6. Расчет стержня шатуна

Рис. 5 Сечение B–B стержня шатуна

Из динамического расчета получаем P_сж=0,0392 МН и P_р= -0,014 МН при φ= 180^o (φ=360^o).

Принимаем h_ш=0,024 м; b_ш=0,015 м; а_ш=0,004 м; t_ш=0,004 м. Из чертежа поршневой и кривошипной головки шатуна d=0,026 м; d₁=0,055 м, характеристики прочности материала шатуна (сталь 45).

Площадь и моменты инерции расчетного сечения В-В, м²

(стр. 300 [1])

Моменты инерции, м⁴

(стр. 300 [1])

(стр. 300 [1])

Максимальное напряжение от сжимающей силы, МПа

в плоскости качания шатуна

(стр. 300 [1])

где (стр. 300 [1])

в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна

(стр. 300 [1])

где (стр. 300 [1])

длина стержня шатуна между поршневой и кривошипной головками (стр. 300 [1])

Минимальное напряжение от растягивающей силы, МПа:

(стр. 301 [1])

Средние напряжения и амплитуды цикла, МПа:

(стр. 302 [1])

(стр. 302 [1])

(стр. 302 [1])

(стр. 302 [1])

(стр. 302 [1])

(стр. 302 [1])

Так как и то запас прочности в сечении B - B определяется по пределу усталости

(стр. 302 [1])

(стр. 302 [1])

Вывод: данные значения не ниже 1,5, следовательно, условие прочности выполняется.

9.7 Прочностной расчет шатунных болтов

Номинальный диаметр болта d = 14 мм, шаг резьбы t = 1 мм, число болтов i_s = 2, материал – сталь 20XН3А, предел прочности σ_в = 1200 МПа, предел текучести σ_т = 1000 МПа, предел усталости при растяжении- сжатии σ_-1р = 310 МПа, коэффициент цикла при растяжении-сжатии α_δ = 0,12.

Максимальная сила инерции, разрывающая пластичные болты, МН

P_jp=0,0106 МН

Сила предварительной затяжки, МН

(стр. 304 [1])

Суммарная сила, растягивающая болт, МН

(стр. 304 [1])

Максимальные и минимальные напряжения в болте, МПа

(стр. 304 [1])

(стр. 304 [1])

где (стр. 304 [1])

Среднее напряжение и амплитуды цикла, МПа

(стр. 305 [1])

(стр. 305 [1])

(стр. 305 [1])

где , ,

Так как , то запас прочности болта определяется по пределу текучести

(стр. 306 [1])

Вывод: условие прочности выполняется болт выдерживает нагрузку, ( ).

10. . Анализ уравновешенности автомобильного двигателя с кшм

Уравновешенным называется двигатель, который на установленном режиме работы передает опорам постоянные по направлению силы и моменты, обуславливаемые этими силами.

Уравновешивание можно осуществить двумя способами:

1. расположение определенным образом цилиндров и выбором такой кривошипной системы коленчатого вала, чтобы переменные силы инерции и их моменты взаимно уравновешивались;

2. созданием с помощью дополнительных масс (противовесов) новых сил, в любой момент времени равных по величине, но противоположных по направлению основным уравновешиваемым силам.

Динамический расчёт показывает, что на КШМ действуют:

- силы инерции поступательно движущихся масс и ,

- центробежные силы инерции ,

- возникают моменты , , , .

Все эти силы и моменты вызывают неуравновешенность двигателя.

Следует учитывать, что опрокидывающий (крутящий) момент уравновесить невозможно, так как двигатель имеет один коленчатый вал. Следовательно, считаем двигатель уравновешенным, если выполняются следующие условия:

 =0,  =0,

 =0,  =0,

 =0, =0.

Силы инерции, действующие на КШМ

Р_j = m_s∙R∙ω²∙cosφ + m_s∙R∙ω²∙λ∙cos2φ = CI∙cosφ + CII∙cos2φ = PI + PII

Угол между кривошипами

где i – количество цилиндров.

Для четырехтактного четырехцилиндрового рядного двигателя с кривошипами под углом 180 имеем:

Рис. 6. а) Схема расположения кривошипов 1-4; б) схема расположения радиус-векторов центробежных сил инерции P_R

Вектор реально действующей центробежной силы инерции направлен по радиусу кривошипа и вращается вместе с ним с угловой скоростью ω. Это означает, что радиус-векторы реально действующих центробежных сил инерции будут повторять схему расположения кривошипов КВ, представленную на рис. 6.

Анализ схемы расположения радиус-векторов показывает, что  =0. Следовательно, двигатель самоуравновешен по (1) признаку.

Поскольку данный двигатель имеет КВ с равномерной продольно-симметричной схемой расположения кривошипов, неизбежно получается, что  =0 т. е. двигатель также самоуравновешен и по (2) признаку.

В соответствии с правилами для рассматриваемого двигателя схема расположения фиктивных радиус-векторов будет выглядеть так:

Рис. 7. а) Схема расположения кривошипов 1-4; б) схема расположения фиктивных радиус-векторов сил инерции первого порядка С_I

Из рис. 7 видно, что при полученной схеме расположения фиктивных радиус-векторов всегда  =0. Отсюда следует, что при проецировании фиктивных радиус-векторов на оси соответствующих цилиндров будет получен результат:  =0, т. е. по признаку (3) двигатель самоуравновешен.

При продольной симметрии кривошипов КВ соответствующие пары фиктивных радиус-векторов располагаются также симметрично относительно центра тяжести КВ. Это означает, что  =0 и соответственно  =0. Таким образом, по признаку (4) двигатель самоуравновешен.

Рис. 8. а) схема расположения кривошипов 1-4; б) схема расположения фиктивных радиус-векторов сил инерции второго порядка .

Видно, что все четыре вектора направлены вверх. Система этих векторов вращается в направлении вращения КВ со скоростью 2ω. Очевидно, что результирующая сила инерции второго порядка  =0, т. е. по признаку (5) двигатель не самоуравновешен, но на практике мы пренебрегаем этим.

Из рассмотрения схемы расположения фиктивных радиус-векторов по длине КВ очевидно, что  =0. Это означает, что  =0, т. е. по признаку (6) двигатель самоуравновешен.