3.3. Расчёт крышки нижней головки шатуна

Крышка проверяется в опасном среднем сечении "II—II" [1, рис. 13.1] на поперечный изгиб под действием суммарной силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс поршневой и вращающихся масс шатунной групп на режиме максимальной частоты вращения.

Расчётная суммарная сила инерции P_jΣ, МН

где m'_ШК =82,5 — конструктивная масса шатунной группы, сосредоточенная на оси шатунной шейки, кг/м² (из динамического расчёта); m'_КР — конструктивная масса крышки нижней головки, кг/м² ( ).

Напряжение поперечного изгиба крышки σ_И, МПа

где С_Б =1,5*dшш = 0,0693 - расстояние между осями шатунных болтов, м [1, табл. 13.4]; W_И - момент сопротивления среднего сечения крышки "II—II", м³; F_К — площадь среднего сечения крышки с учётом толщины вкладыша, м²; — допускаемое напряжение изгиба, МПа ( =100…300 МПа).

Момент сопротивления среднего сечения крышки W_И определяется по формуле

где l_К=0,03465, d_ШШ=0,0462, t_В = 0,00231— размеры кривошипной головки шатуна, м [1, табл. 13.4].

Площадь среднего сечения крышки F_К

3.4. Расчёт шатунных болтов

Шатунные болты рассчитываются на разрыв в опасном сечении с учётом усталости от действия суммарной нагрузки от сил инерции возвратно-поступательно и вращательно движущихся масс КШМ и силы предварительной затяжки на режиме максимальной частоты вращения.

Максимальная суммарная сила, нагружающая шатунный болт, P_Б, МН

где P_ПР — сила предварительной затяжки шатунного болта, МН ( ); χ — коэффициент основной нагрузки резьбового соединения, (χ=0,15…0,25); i_Б — количество шатунных болтов (i_Б=2).

М аксимальное σ_max, минимальное σ_min, среднее σ_СР напряжения и амплитуда σ_а цикла, МПа

где f_min =3,14*0,0001/4=0,0000785 — минимальная площадь поперечного сечения шатунного болта, м² (предварительно рекомендуется принять минимальный диаметр равным 8…10 мм).

Расчётный коэффициент асимметрии цикла r

Действительный коэффициент асимметрии цикла r_Д

где σ_-1Р — предел выносливости материала болтов на растяжение, МПа; σ_Т — предел текучести, МПа; σ₀ — предел выносливости при пульсирующем цикле нормальных напряжений, МПа

( ) [1, табл. 11.3, 11.4].

Далее в зависимости от соотношения r и r_Д определяется запас прочности

— если r_Д ≤ r ≤ 1

где k_σ=4…5; ε_σ=0,9; α_σ=0,2; =2.

По результатам расчёта шатунной группы необходимо выполнить её чертёж по окончательно принятым размерам, ориентируясь на пример, приведённый в справочной литературе [1, рис. 13.1].

4. Расчёт коленчатого вала

4.1. Расчёт шеек коленчатого вала на износостойкость

П ри расчёте шеек коленчатого вала на износостойкость определяются максимальное и среднее удельные давления на шатунные шейки, МПа:

где и — максимальное и среднее значения удельной результирующей силы, действующей на шатунную шейку, МПа (из динамического расчёта); d_ШШ = 0,7*0,066=0,0462 и

l'_ШШ =0,65*0,066=0,0429 — диаметр шатунной шейки и рабочая ширина вкладыша шейки, м [1, табл. 14.1]; — допускаемое максимальное удельное давление на шатунную шейку, МПа (для карбюраторных двигателей =7…28 МПа, — допускаемое среднее удельное давление (для карбюраторных двигателей =4…12 МПа,