2.2 Колінна головка

За табл. 2.4 приймаємо діаметр хитневої шийки d_хш = (0,56...0,75)D = 46 мм; товщину стінки вкладеня t_в = (0,03...0,05)d_хш = 1,5 мм; відстань між хитневими прогоничами с_б = (1,30...1,75)d_хш = 66 мм; довжину колінної головки l_к = (0,45...0,95)d_хш = 28 мм.

Колінну головку розраховуємо на згин від дії інерційних сил в середньому перерізі ІІ-ІІ кришки головки в режимі максимальних обертів марного ходу.

Маса хитневої групи, що здійснює

зворотно-поступальний рух m_хп = 0,275m_х = 0,275·0,855 = 0,235 кг,

обертальний рух m_хк = 0,725m_х = 0,725·0,855 = 0,620 кг.

Масу кришки колінної головки приймаємо

m_кр = (0,20...0,28)m_х = 0,225·0,855 = 0,192 кг.

Максимальна сила інерції в розрахунковому перерізі ІІ-ІІ (рис. 2.1)

=

= –628,32²35[(0,553+0,235)(1+0,265)+(0,620–0,192)]·10^–3 = –19 676 Н.

Внутрішній радіус колінної головки r₁ = 0,5(d_хш+2t_в) = 0,5·(46+2·1,5) = 24,5 мм.

Момент опору розрахункового перерізу кришки без врахування ребер жорсткості

= 28·(0,566–24,5)²/6 = 337,2 мм³.

Моменти інерції розрахункового перерізу вкладеня і кришки

J_в = l_кt_в³ =281,5³ = 94,5 мм⁴; J = l_к (0,5с_б – r₁)³=28·(0,566–24,5)³ = 17 196 мм⁴.

Сумарна площа кришки і вкладеня в розрахунковому перерізі

A_г = l_к0,5(с_б – d_хш) = 280,5·(66–46) = 280,0 мм².

Напруження згину кришки з врахуванням сумісної деформації вкладенів

=

= 19 676·[0,02366/((1+94,5/17 196)·337,2)+0,4/280,0] = 116,21 МПа.

Значення _зг змінюється в межах 100...300 МПа.

2.3 Стрижень хитня

Довжина хитня L_х = R/_х = 35/0,265 = 132,1 мм. За табл. 2.5 приймаємо розміри перерізу B-B (рис. 2.1) стрижня хитня: h_х min = (0,50...0,55)d_г = 18 мм; h_х = = (1,2...1,4)h_хmin = 24 мм; b_х = (0,5...0,6)l_х = 16 мм; a_х = 2,5... 4,0 мм, a_х =3,5 мм; t_х = 2,5... 4,0 мм = 3,5 мм.

Стрижень хитня розраховуємо на втомну міцність з врахуванням поздовжнього згину в середньому перерізі В-В від дії знакозмінних сумарних сил (газових та інерційних) в режимі максимальної потужності при n = n_е.

Сила, що стискає хитень

=

= (5,61–0,1)·5 026,5–0,78835607,37²(1+0,265)·10^-3= 14 827 Н,

де m_j=m_п+m_хп=0,553+0,235=0,788 кг.

Сила, що розтягує хитень

=

=0,125 026,5–0,78835607,37²(1+0,265)·10^–3= ‑12 266 Н,

де p_r ‑ тиск залишкових газів, приймаємо p_r = 0,12 МПа.

Площа середнього перерізу

A_сер = h_х b_х – (b_х – a_х)(h_х – 2t_х)=24·16 – (16 ‑ 3,5)·(24 ‑ 2·3,5) = 171,5 мм².

Момент інерції перерізу В-В відносно осі х-х

=[(1624³–(16–3,5)·(24–23,5)³]/12 = 13 314 мм⁴.

Момент інерції перерізу В-В відносно осі y-y

=[2416³–(24–23,5)·(16–3,5)³]/12 = 5 425,1 мм⁴.

Границя пружності матеріалу хитня _е = _в = 800 МПа.

Коефіцієнт, що враховує вплив повздовжнього згину в площині коливання хитня

= 1+800132,1²171,5/(3,14²2,210⁵13 314) = 1,0828.

Довжина стрижня хитня між поршневою і колінною головками

L₁ = L_х – 0,5(d+2·r₁) = 132,1‑0,5·(26+2·24,5) = 94,6 мм.

Коефіцієнт, що враховує вплив повздовжнього згину хитня в площині перпендикулярній до площини коливання

= 1+80094,6²171,5/(4·3,14²2,210⁵5 425,1) = 1,0260.

Максимальні напруження стиску і повздовжнього згину:

в площині хитня =1,082814 827/171,5 = 93,613 МПа;

в площині, перпендикулярній до площини коливання

= 1,026014 827/171,5 = 88,707 МПа.

Для сучасних автомобільних і тракторних двигунів напруження _max x і _max y не повинні перевищувати: для вуглецевих сталей 160...250 МПа, для легованих сталей 200...350 МПа.

Мінімальне напруження в перерізі В-В від сили розтягу F_p однакове в обох площинах

= –12 266/171,5 = –71,522 МПа.

Середні напруження та амплітуда циклу напружень

_mx = 0,5(_{max х} + _min) = 0,5·(93,613+(–71,522)) = 11,05 МПа;

_my = 0,5(_{max y} + _min) = 0,5·(88,707+(–71,522)) = 8,59 МПа;

_ax = 0,5(_{max х} – _min) = 0,5·(93,613–(–71,522)) = 82,567 МПа;

_ay = 0,5(_{max y} – _min) = 0,5·(88,707–(–71,522)) = 80,114 МПа;

_aкx = _ax k_ / (_м_п) = 82,5671,27/(0,881,3) = 92,33 МПа;

_aкy = _ay k_ / (_м_п) = 80,1141,27/(0,881,3) = 89,59 МПа.

Ефективний коефіцієнт концентрації напружень k_ = 1,27 визначений в п. 2.1. Масштабний коефіцієнт _м = 0,88 при максимальному розмірі перерізу h_х = 24 мм (табл. І.5). Коефіцієнт поверхневої чутливості _п = 1,3 (обробка дробом, табл. І.7).

Оскільки _акx/ _mx = 92,33/ 11,05 = 8,359 > (_р–_р)/(1–_р) = 0,720,

_акy/ _my = 89,59/ 8,59 = 10,426 > (_р–_р)/(1–_р) = 0,720,

то запас міцності в обох площинах визначаємо за межею втоми

n_x =_–1p /(_акx+_р _mx) = 210/(92,33+0,14·11,05) = 2,237,

n_y =_–1p /(_акy+_р _my) = 210/(89,59+0,14·8,59) = 2,313.

Для хитнів автомобільних і тракторних двигунів значення n_x і n_y не повинні бути нижчими за 1,5.