5. Коленчатый вал

1. Условия работы:

Воспринимает периодические нагрузки от сил давления газов,

Воспринимает периодические нагрузки от сил инерции и их моментов.

Действие этих сил и моментов приводит к возникновению в материале коленчатого вала значительных напряжений скручивания, изгиба и растяжения — сжатия. Кроме того, периодически изменяющиеся моменты вызывают крутильные колебания вала, которые создают дополнительные напряжения кручения.

2. Требования:

Высокая прочность и вязкостью

Большая сопротивляемость износу и усталостным напряжениям

Сопротивление действию ударных нагрузок и твердостью

Жесткость

3. Способы упрочнения

Поверхности шеек чугунных валов в целях повышения их твердости и износостойкости обрабатываются токами высокой частоты, а стальные — подвергаются азотированию на глубину 0,5 — 0,8 мм.

Шейки вала подвергаются поверхностному упрочнению путем их обкатки профилированными роликами, а сверления для подвода к ним масла – дорнованию, выглаживающему следы их механической обработки, которые могут стать концентратами напряжений.

Все поверхности скольжения коленчатого вала должны иметь высокую чистоту, которая достигается суперфинишной обработкой — полированием после шлифования.

Расчет:

Определение удельного давления на поверхности шеек.

Сначала определяем среднее удельное давление на шейки. Под его действие не допустимо выдавливание масляного слоя и разрушение антифрикционного материала.

Вывод: Величина среднего удельного давления не превышает 15Мн/м². Следовательно, работоспособность обеспечивается.

Расчет коренных шеек

Коренные шейки рассчитываем только на кручение. Напряжениями от изгиба в виду и малости пренебрегаем.

Набегающие моменты, скручивающие коренные шейки, рассчитаны графическим способом.

Скручивание коренных шеек приводит к возникновению касательных напряжений. По которым определяем запас прочности.

Вывод: Величина расчетного значения запаса прочности коренных шеек превышает 5. Следовательно, работоспособность обеспечивается.

Расчет шатунных шеек.

Под действием набегающего момента происходит скручивание шатунной шейки, а под действием изгибающих моментов в плоскости кривошипа изгиб. Набегающие моменты скручивающие шатунные шейки определены графическим способом.

Запас прочности определяется с учетом наличия концентрации напряжений от масляного отверстия.

Моменты, изгибающие шатунную шейку, определяем табличным методом. По полученным значениям моментов определяем экстремальные значения напряжений изгиба в шатунной шейке.

Расчет щек.

Щеки коленчатого вала воспринимают сложные переменные напряжения: касательные от кручения и нормальные от изгиба и растяжения – сжатия. Наибольшие напряжения возникают в местах перехода шейки в щеку в галтелях.

Вывод: Величины расчетных значений запасов прочности коренных и шатунных шеек, щек превышают рекомендуемые значения. Следовательно, работоспособность обеспечивается.

4. Материалы:

Правильно обработанные углеродистые и легированные стали, а также высококачественный чугун. Изготовляют из сталей 45, 45Х, 40ХФА, 42ХМФА, 18Х2Н4ВА и др.

5. Технология изготовления:

Горячая штамповка

Литье по выплавляемым моделям (высокопрочного чугуна с шаровидным графитом)