4.2 Расчет шатуна.

Шатун подвергается действию силы от давления газов и силам инерции поступательно движущихся частей. Все расчеты шатуна ведем на силу заедания поршня в цилиндре - Р_и

Производим проверку стержня шатуна на прочность от суммарного напряжения в среднем сечении (рис.3) по эмпирической формуле Навьс-Ренкина, используя принятые соотношения в табл.3

Таблица 3.

Параметр и расчетное соотношение	Значение
Длина стержня шатуна, L 3,5Д
Диаметр стержня шатуна, dст 0,3Д
Диаметр внутреннего отверстия стержня, d0 0,3dст
Среднее сечение двутаврового стержня (рис.3) Высота, Н 0,18L Расстояние между полками, h 0,7Н Толщина, b 0,15Н Ширина, В 0,75Н
Внешний диаметр головки, d1 1,8d
Длина втулки, l1
Толщина втулки, δ 0,1d
Длина верхней головки, l3 1d1
Остальные размеры: S=0,3d l2=1,6d
Д – диаметр цилиндра d – диаметр поршневого пальца

После определения размеров стержня и верхней головки шатуна, проверяем:

а) стержень шатуна на суммарное напряжение сжатия с учетом изгиба в плоскости качания

σ=(kP_z)/f_ср=102МПа

где:

f_ср - средняя площадь поперечного сечения стержня шатуна по середине сечения=0,008м²

k=1+C((L/i)^2)=1,17

L – длина шатуна

i= 0,18Н=40,68мм

С – коэффициент, характеризующий упругие свойства материала шатуна = 0,00017

[σ]=120МПа

[σ]≥ σ – условие прочности соблюдено

Рассчитываем верхнюю головку шатуна на растяжение в сечении x-x на силу заедания поршня Р_в (рис. 3)

Где: Р_b=р_b*0,785Д²=0,2 МН

р_в=2МПа – удельное давление от силы заедания

f=l₃S= 0,003м³ - площадь поперечного сечения головки в горизонтальной плоскости

σ_р=Р_b/(2f)=33МПа

[σ_р]=40МПа

Условие прочности соблюдено.

Определяем размеры нижней головки шатуна по таблице 3.

Таблица 3. Конструктивные соотношения неотъемной нижней головки шатуна.

Параметр	Значение
Расстояние между шатунными болтами lш и ширина нижней головки l1
Толщина компрессионной прокладки δ
Толщина вкладыша
Продольный разбег
Диаметр шатунных болтов dш

d =130мм – диаметр кривошипной шейки

h₄ – толщина крышки мотылевого подшипника, определяется из расчета

l₂ – длина нижней головки.

Определяем толщину опасного сечения h₄ из уравнения прочности (рис.4), от силы заедания поршня

σ_из=М_из/W=13,5МПа

М_из=(Р_вl₁)/4=(0,2*0,208)/4=0,0104МН*м – изгибающим момент в опасном сечении

W=(l₂h₄²)/6=(0,23*0,02)/6=0,00077м³ – момент сопротивления опасного сечения

h₄=sqrt((P_в*l_ш)/(l₂*[σ_из]))=sqrt((2*0,163)/(0,23*65))=148мм

[σ_из]=65МПа – условие прочности соблюдено.

Расчет шатунных болтов производим на растяжение от силы заедания поршня – Р_в с учетом предварительной затяжки болтов, которая составляет 1,35Р_в

σ_р=(1,35Р_в)/((πd_ш²)/4*i)=(1,35*0,2)/((3,14*0,11)/4*2)=16,3МПа

[σ_р]=60МПа – условие прочности соблюдено.