1.5.3 Прочностной расчет

Определение наиболее нагруженного мотыля и сил, действующих на него в первом опасном положении.

№ мотыля

МПа

Углы поворота мотыля, град

Порядок вспышек

0

60

120

180

240

300

360

420

480

540

600

660

1

P_K

0,0000

-0,1052

0,2886

0,0000

-0,3342

-0,1296

0,0000

0,7994

0,6006

0,0000

-0,3080

0,0814

1

P_P

-0,4952

-0,0383

-0,2419

-0,4671

-0,2802

0,0472

3,0144

0,2914

-0,5035

-0,6860

-0,2582

-0,0297

2

P_K

0,6006

0,0000

-0,3080

0,0814

0,0000

-0,1052

0,2886

0,0000

-0,3342

-0,1296

0,0000

0,7994

5

P_K

0,6006

-0,1052

-0,0194

0,0814

-0,3342

-0,2348

0,2886

0,7994

0,2664

-0,1296

-0,3080

0,8808

P_P

-0,5035

-0,6860

-0,2582

-0,0297

-0,4952

-0,0383

-0,2419

-0,4671

-0,2802

0,0472

3,0144

0,2914

3

P_K

-0,3080

0,0814

0,0000

-0,1052

0,2886

0,0000

-0,3342

-0,1296

0,0000

0,7994

0,6006

0,0000

3

P_K

0,2926

-0,0238

-0,0194

-0,0238

-0,0456

-0,2348

-0,0456

0,6698

0,2664

0,6698

0,2926

0,8808

P_P

-0,2582

-0,0297

-0,4952

-0,0383

-0,2419

-0,4671

-0,2802

0,0472

3,0144

0,2914

-0,5035

-0,6860

4

P_K

0,7994

0,6006

0,0000

-0,3080

0,0814

0,0000

-0,1052

0,2886

0,0000

-0,3342

-0,1296

0,0000

6

P_K

1,0920

0,5768

-0,0194

-0,3318

0,0358

-0,2348

-0,1509

0,9584

0,2664

0,3356

0,1630

0,8808

P_P

0,2914

-0,5035

-0,6860

-0,2582

-0,0297

-0,4952

-0,0383

-0,2419

-0,4671

-0,2802

0,0472

3,0144

5

P_K

0,0814

0,0000

-0,1052

0,2886

0,0000

-0,3342

-0,1296

0,0000

0,7994

0,6006

0,0000

-0,3080

2

P_K

1,1734

0,5768

-0,1246

-0,0432

0,0358

-0,5690

-0,2804

0,9584

1,0658

0,9362

0,1630

0,5729

P_P

-0,0297

-0,4952

-0,0383

-0,2419

-0,4671

-0,2802

0,0472

3,0144

0,2914

-0,5035

-0,6860

-0,2582

6

P_K

0,0000

-0,3080

0,0814

0,0000

-0,1052

0,2886

0,0000

-0,3342

-0,1296

0,0000

0,7994

0,6006

4

P_K

1,1734

0,2688

-0,0432

-0,0432

-0,0694

-0,2804

-0,2804

0,6242

0,9362

0,9362

0,9625

1,1734

P_P

-0,6860

-0,2582

-0,0297

-0,4952

-0,0383

-0,2419

-0,4671

-0,2802

0,0472

3,0144

0,2914

-0,5035

7

P_K

-0,1052

0,2886

0,0000

-0,3342

-0,1296

0,0000

0,7994

0,6006

0,0000

-0,3080

0,0814

0,0000

0

P_K

1,0682

0,5574

-0,0432

-0,3774

-0,1990

-0,2804

0,5190

1,2248

0,9362

0,6282

1,0439

1,1734

P_P

-0,0383

-0,2419

-0,4671

-0,2802

0,0472

3,0144

0,2914

-0,5035

-0,6860

-0,2582

-0,0297

-0,4703

8

P_K

-0,1052

0,2886

0,0000

-0,3342

-0,1296

0,0000

0,7994

0,6006

0,0000

-0,3080

0,0814

0,0000

0

P_K

0,9630

0,8459

-0,0432

-0,7116

-0,3286

-0,2804

1,3184

1,8254

0,9362

0,3203

1,1253

1,1734

P_P

-0,0383

-0,2419

-0,4671

-0,2802

0,0472

3,0144

0,2914

-0,5035

-0,6860

-0,2582

-0,0297

-0,4703

9

P_K

-0,1052

0,2886

0,0000

-0,3342

-0,1296

0,0000

0,7994

0,6006

0,0000

-0,3080

0,0814

0,0000

0

P_K

0,8578

1,1345

-0,0432

-1,0458

-0,4582

-0,2804

2,1178

2,4259

0,9362

0,0123

1,2067

1,1734

P_P

-0,0383

-0,2419

-0,4671

-0,2802

0,0472

3,0144

0,2914

-0,5035

-0,6860

-0,2582

-0,0297

-0,4703

10

P_K

-0,1052

0,2886

0,0000

-0,3342

-0,1296

0,0000

0,7994

0,6006

0,0000

-0,3080

0,0814

0,0000

0

P_K

0,7526

1,4231

-0,0432

-1,3800

-0,5877

-0,2804

2,9172

3,0265

0,9362

-0,2957

1,2881

1,1734

P_P

-0,0383

-0,2419

-0,4671

-0,2802

0,0472

3,0144

0,2914

-0,5035

-0,6860

-0,2582

-0,0297

-0,4703

11

P_K

-0,1052

0,2886

0,0000

-0,3342

-0,1296

0,0000

0,7994

0,6006

0,0000

-0,3080

0,0814

0,0000

0

P_K

0,6474

1,7116

-0,0432

-1,7143

-0,7173

-0,2804

3,7167

3,6271

0,9362

-0,6036

1,3695

1,1734

P_P

-0,0383

-0,2419

-0,4671

-0,2802

0,0472

3,0144

0,2914

-0,5035

-0,6860

-0,2582

-0,0297

-0,4703

12

P_K

-0,1052

0,2886

0,0000

-0,3342

-0,1296

0,0000

0,7994

0,6006

0,0000

-0,3080

0,0814

0,0000

0

P_K

0,5422

2,0002

-0,0432

-2,0485

-0,8469

-0,2804

4,5161

4,2277

0,9362

-0,9116

1,4509

1,1734

P_P

-0,0383

-0,2419

-0,4671

-0,2802

0,0472

3,0144

0,2914

-0,5035

-0,6860

-0,2582

-0,0297

-0,4703

Наибольшая радиальная сила

3,0144

МПа

Наибольшее касательное усилие, передаваемое от других цилиндров

0,9584

МПа

Наиболее нагруженный мотыль

5

Определение наиболее нагруженного мотыля и сил, действующих на него в первом опасном положении.

№ мотыля

МПа

Углы поворота мотыля, град

Порядок вспышек

22

82

142

202

262

322

382

442

502

562

622

682

1

P_K

-0,1924

0,1097

0,2269

-0,1448

-0,3287

-0,0988

0,9256

0,7789

0,3904

-0,1476

-0,2565

0,2107

1

P_P

-0,3894

-0,0066

-0,3786

-0,4537

-0,1159

0,0986

1,8730

-0,0466

-0,6516

-0,4624

-0,0904

-0,2102

2

P_K

0,3904

-0,1476

-0,2565

0,2107

-0,1924

0,1097

0,2269

-0,1448

-0,3287

-0,0988

0,9256

0,7789

5

P_K

0,1979

-0,0379

-0,0296

0,0659

-0,5211

0,0109

1,1524

0,6341

0,0617

-0,2464

0,6691

0,9896

P_P

-0,6516

-0,4624

-0,0904

-0,2102

-0,3894

-0,0066

-0,3786

-0,4537

-0,1159

0,0986

1,8730

-0,0466

3

P_K

-0,2565

0,2107

-0,1924

0,1097

0,2269

-0,1448

-0,3287

-0,0988

0,9256

0,7789

0,3904

-0,1476

3

P_K

-0,0585

0,1728

-0,2221

0,1755

-0,2943

-0,1340

0,8237

0,5352

0,9873

0,5325

1,0594

0,8420

P_P

-0,0904

-0,2102

-0,3894

-0,0066

-0,3786

-0,4537

-0,1159

0,0986

1,8730

-0,0466

-0,6516

-0,4624

4

P_K

0,7789

0,3904

-0,1476

-0,2565

0,2107

-0,1924

0,1097

0,2269

-0,1448

-0,3287

-0,0988

0,9256

6

P_K

0,7203

0,5632

-0,3697

-0,0809

-0,0836

-0,3264

0,9334

0,7621

0,8424

0,2038

0,9606

1,7675

P_P

-0,0466

-0,6516

-0,4624

-0,0904

-0,2102

-0,3894

-0,0066

-0,3786

-0,4537

-0,1159

0,0986

1,8730

5

P_K

0,2107

-0,1924

0,1097

0,2269

-0,1448

-0,3287

-0,0988

0,9256

0,7789

0,3904

-0,1476

-0,2565

2

P_K

0,9310

0,3707

-0,2600

0,1459

-0,2284

-0,6551

0,8346

1,6876

1,6213

0,5942

0,8130

1,5110

P_P

-0,2102

-0,3894

-0,0066

-0,3786

-0,4537

-0,1159

0,0986

1,8730

-0,0466

-0,6516

-0,4624

-0,0904

6

P_K

-0,1476

-0,2565

0,2107

-0,1924

0,1097

0,2269

-0,1448

-0,3287

-0,0988

0,9256

0,7789

0,3904

4

P_K

0,7834

0,1142

-0,0493

-0,0465

-0,1187

-0,4282

0,6898

1,3590

1,5225

1,5197

1,5919

1,9014

P_P

-0,4624

-0,0904

-0,2102

-0,3894

-0,0066

-0,3786

-0,4537

-0,1159

0,0986

1,8730

-0,0466

-0,6516

7

P_K

0,1097

0,2269

-0,1448

-0,3287

-0,0988

0,9256

0,7789

0,3904

-0,1476

-0,2565

0,2107

0,0000

0

P_K

0,8931

0,3411

-0,1941

-0,3752

-0,2175

0,4973

1,4687

1,7493

1,3749

1,2632

1,8026

1,9014

P_P

-0,0066

-0,3786

-0,4537

-0,1159

0,0986

1,8730

-0,0466

-0,6516

-0,4624

-0,0904

-0,2102

-0,4703

8

P_K

0,1097

0,2269

-0,1448

-0,3287

-0,0988

0,9256

0,7789

0,3904

-0,1476

-0,2565

0,2107

0,0000

0

P_K

1,0028

0,5680

-0,3390

-0,7039

-0,3164

1,4229

2,2475

2,1397

1,2273

1,0068

2,0133

1,9014

P_P

-0,0066

-0,3786

-0,4537

-0,1159

0,0986

1,8730

-0,0466

-0,6516

-0,4624

-0,0904

-0,2102

-0,4703

9

P_K

0,1097

0,2269

-0,1448

-0,3287

-0,0988

0,9256

0,7789

0,3904

-0,1476

-0,2565

0,2107

0,0000

0

P_K

1,1125

0,7948

-0,4838

-1,0325

-0,4152

2,3484

3,0264

2,5301

1,0797

0,7503

2,2240

1,9014

P_P

-0,0066

-0,3786

-0,4537

-0,1159

0,0986

1,8730

-0,0466

-0,6516

-0,4624

-0,0904

-0,2102

-0,4703

10

P_K

0,1097

0,2269

-0,1448

-0,3287

-0,0988

0,9256

0,7789

0,3904

-0,1476

-0,2565

0,2107

0,0000

0

P_K

1,2222

1,0217

-0,6286

-1,3612

-0,5140

3,2740

3,8053

2,9205

0,9321

0,4938

2,4347

1,9014

P_P

-0,0066

-0,3786

-0,4537

-0,1159

0,0986

1,8730

-0,0466

-0,6516

-0,4624

-0,0904

-0,2102

-0,4703

11

P_K

0,1097

0,2269

-0,1448

-0,3287

-0,0988

0,9256

0,7789

0,3904

-0,1476

-0,2565

0,2107

0,0000

0

P_K

1,3319

1,2485

-0,7735

-1,6899

-0,6128

4,1995

4,5842

3,3109

0,7845

0,2373

2,6453

1,9014

P_P

-0,0066

-0,3786

-0,4537

-0,1159

0,0986

1,8730

-0,0466

-0,6516

-0,4624

-0,0904

-0,2102

-0,4703

12

P_K

0,1097

0,2269

-0,1448

-0,3287

-0,0988

0,9256

0,7789

0,3904

-0,1476

-0,2565

0,2107

0,0000

0

P_K

1,4416

1,4754

-0,9183

-2,0186

-0,7116

5,1251

5,3631

3,7012

0,6369

-0,0192

2,8560

1,9014

P_P

-0,0066

-0,3786

-0,4537

-0,1159

0,0986

1,8730

-0,0466

-0,6516

-0,4624

-0,0904

-0,2102

-0,4703

Наибольшая радиальная сила

1,8730

МПа

Наибольшее касательное усилие, передаваемое от других цилиндров

5,1251

МПа

Наиболее нагруженный мотыль

12

Наименование величины

Формула или источник

Численное значение

Размер-ность

Детали поршневой группы

Расчет поршня.

Принимаем материал поршня - сталь; днище плоское

Допускаемое напряжение на изгиб

400

МПа 

Диаметр головки поршня

229

мм

Диаметр юбки поршня

229

мм

Толщина днища

39

мм

Напряжения на изгиб в днище поршня

7,75

МПа

Расстояние от первого кольца до кромок днища

57,2

мм

Толщина цилиндрической стенки головки

18

мм

Толщина направляющей части (юбки)

10,4

мм

Длина направляющей части (юбки)

221,0

мм

Максимальное давление на боковую поверхность поршня

29852

Па

Допустимое удельное давление на единицу площади боковой поверхности поршня

К = 200000…400000 - для тихоходных ДВС; К = 400000...700000 - для быстроходных ДВС.

550000

Па

Необходимая длина направляющей части поршня

11

мм

Расстояние от нижней кромки юбки до оси поршневого пальца

L_П = (0,9…1,2)^.D - для тихоходных ДВС; L_П = (0,6…0,9)^.D - для быстроходных ДВС.

195

мм

Полная длина поршня

L = (1,1…1,7)^.S - для тихоходных ДВС; L = (1,05…1,3)^.S - для быстроходных ДВС.

312

мм

Расчет поршневого пальца

Диаметр пальца

114,4

мм

Длина вкладыша головного подшипника

117

мм

Внутренний диаметр пальца

45,76

мм

Длина пальца

226,2

мм

Расстояние между серединами опор пальца

171,6

мм

Длина опорной части бобышки

54,6

мм

Максимальное напряжение изгиба

71,82

МПа

Максимальное напряжение среза

21,62

МПа

Допускаемое напряжение изгиба

[]_ИЗ = (80…120)^.10⁶ - для углеродистой стали; []_ИЗ = (150…180)^.10⁶ - для легированной стали

150

МПа

Допускаемое напряжение среза

50

МПа

Модуль упругости материала поршня

21010⁹

Па

0,00254

мм

Допускаемое удельное давление в подшипнике скольжения

28

МПа

Удельное давление в подшипнике скольжения

[K]_П = (12…20)^.10⁶ - для вкладыша залитого баббитом; [K]_П = (20…25)^.10⁶ - для бронзового вкладыша; [K]_П = (30…60)^.10⁶ - для игольчатых подшипников.

60

МПа

Удельное давление на грудь бобышки

29,9

МПа

Допускаемое удельное давление на грудь бобышки

[K]_б = (25…45)^.10⁶ - для бобышек из чугуна; [K]_б = (25…35)^.10⁶ - для бобышек из алюминиевого сплава.

45

МПа

Расчет коленчатого вала

Материал вала

стали: 45Х,30Х,18ХН,35ХМ,35,45,65Г

45Х

Предел прочности при растяжении

_P

105

кг/мм²

Предел текучести

_Т

85

кг/мм²

А - безразмерный коэффициент зависящий от P_i

28,1

B - безразмерный коэффициент зависящий от P_z

103,2

C - безразмерный коэффициент зависящий от числа цилиндров и тактности

1,19

К - безразмерный коэффициент

0,794

Расстояние между центрами рамовых подшипников

0,32

м

Рекомендуемый диаметр коленчатого вала

0,109

м

Принимаемый диаметр коленчатого вала

0,095

м

Диаметр шатунной шейки

d_Ш>d

0,17

м

Диаметр рамовой шейки

d_P>d

0,17

м

Толщина щеки

0,097

м

Ширина щеки

0,228

м

Длина шатунной шейки

0,111

м

Длина рамовой шейки

0,145

м

Расстояние между осями рамовой и шатунной шеек

R

0,255

м

Расстояние между средним слоем щеки и серединой рамового подшипника

0,121

м

Расстояние между серединами рамовых шеек

0,449

м

Радиус закруглений мотылевой шейки

0,014

м

Радиус закруглений рамовой шейки

0,094

м

Радиус закруглений фланца

0,022

м

Определение критических параметров коленчатого вала

Для первого опасного положения

Наиболее нагруженный мотыль

5

Наибольшая радиальная сила

p_Р

3014421

Па

Наибольшее касательное усилие передаваемое от других цилиндров

958410

Па

Для второго опасного положения

Наиболее нагруженный мотыль

2

Наибольшая радиальная сила

p_Р

1872981

Па

Наибольшее касательное усилие передаваемое от других цилиндров

5125085

Па

Первое опасное положение

Расчет шатунной шейки

Сила давления в конце горения

0,2409

МН

Момент изгибающий шатунную шейку

41,889

кН^.м

Осевой момент сопротивления

0,000482

м³

Напряжение изгиба

86,8

МПа

Наибольшее касательное усилие от расположенных впереди цилиндров

50884

Па

Момент, скручивающий мотылевую шейку

12975,6

Н ^. м

Напряжение кручения

13,45

МПа

Эквивалентное напряжение в шейке

90,92

МПа

Допускаемое напряжение

[]: до 100 МПа для валов из стали, до 130 МПа для валов из легированной стали

120

МПа

Расчет рамовой шейки

Изгибающий момент

13,49

кН ^. м

Н апряжение изгиба

28

МПа

Напряжение кручения

13,45

МПа

Эквивалентное напряжение в шейке

38,8

МПа

Расчет щеки

Изгибающий момент

13,49

кН ^. м

Момент сопротивления на широкой стороне щеки

0,00107

м³

Напряжение изгиба на широкой стороне щеки

21,07

МПа

Момент сопротивления на узкой стороне щеки

0,000356

м³

Изгибающий момент на узкой стороне щеки

0,01297

МН ^. м

Напряжение изгиба на узкой стороне щеки

36,4

МПа

Напряжение сжатия от силы P_z/2

8,45

МПа

Суммарное напряжение

65,92

МПа

Второе опасное положение

Расчет шатунной шейки

Наибольшее касательное усилие одного цилиндра

49,14

кПа

Наибольшее радиальное усилие одного цилиндра

99,442

кПа

Изгибающий момент от наибольшего касательного усилия

5513,5

Н ^. м

Изгибающий момент от наибольшего радиального усилия

0,21

МН ^. м

Момент сопротивления кручению

0,00048

м³

Напряжение изгиба от действия М_ИЗк

11,4

МПа

Напряжение изгиба от действия М_ИЗр

435,7

МПа

Равнодействующее напряжение изгиба

435,8

МПа

Суммарное касательное усилие, передаваемое шейкой рамового подшипника

0,272

МH

Касательное усилие от впереди расположенных цилиндров

0,2229

МH

Крутящий момент от касательной силы

56,856

кН ^. м

Крутящий момент от касатльной силы одного цилиндра

6,265

кН ^. м

Напряжение кручения от момента М_кр1

6,495

МПа

Напряжение кручения от момента М_крП

58,9

МПа

Суммарное напряжение кручения

65,43

МПа

Эквивалентное напряжение в шатунной шейке

455,1

МПа

Расчет щеки

Изгибающий момент на широкой стороне щеки

6001,32

Н ^. м

Напряжение изгиба на широкой стороне щеки

5,611

МПа

Напряжение изгиба на узкой стороне щеки

194,6

МПа

Напряжение сжатия от силы Pp/2

2,252

МПа

Суммарное напряжение

202,5

МПа

Момент, скручивающий щеку

2,965

кН ^. м

Момент сопротивления кручению на середине широкой стороны щеки

0,000475

м³

Касательное напряжение на середине широкой стороны щеки

6,24

МПа

Напряжение кручения на середине узкой стороны щеки

2,65

МПа

Равнодействующее напряжение на середине широкой стороны щеки

14,75

МПа

Равнодействующее напряжение на середине узкой стороны щеки

197

МПа

Расчет рамовой шейки

Изгибающий момент силы Р_к

1,775

кН ^. м

Изгибающий момент силы Рp

3,592

кН ^. м

Равнодействующий изгибающий момент

4,007

кН ^. м

Осевой момент сопротивления рамовой шейки

0,0004823

м³

Напряжение изгиба

8,3

МПа

Момент, скручивающий рамовую шейку

69,386

кН ^. м

Напряжение кручения

71,93

МПа

Суммарное напряжение в рамовой шейке

144,1

МПа