3.4 Расчёт стержня шатуна

В двухтактных двигателях характер нагружение шатуна определяется знаком силы действующей по оси шатуна. Если знак положительный, то сила сжимающая, если знак отрицательный, то растягивающая. В данном случае и , больше нуля, следовательно стержень рассчитывается на сжатие.

Стержень шатуна имеет круглое сечение. Основные размеры круга в среднем сечении стержня: , . Геометрические характеристики сечения

Из чертежа (Рисунок 8) шатунной группы двигателя 6ДКРН60/202 имеем:

Определим напряжения сжатия в среднем сечении стержня:

- в плоскости качения шатуна

где - модуль упругости,

- в плоскости перпендикулярной к плоскости качения

Характер изменения напряжения в стержне шатуна знакопостоянный. Для данного цикла амплитудное и среднее напряжения в плоскости качения шатуна

Соответствующие значения напряжений для плоскости, перпендикулярной плоскости качения шатуна

Для рассматриваемого цикла коэффициенты запаса прочности вычисляем по пределу выносливости. Коэффициент запаса прочности:

- в плоскости качения шатуна

где - масштабный фактор, для заданных размеров верхней головки

- в плоскости, перпендикулярной плоскости качения шатуна

3.5 Расчёт кривошипной головки шатуна.

Кривошипа головка шатуна имеет следующие размеры: диаметр шатунной шейки ширина кривошипной головки расстояние между осями шатунных болтов 830 мм, толщина вкладыша Радиус кривизны расчётного сечения

Из динамического расчёта двигателя имеем

Вычислим усилие нагружающее крышку кривошипной головки

Среднее сечение крышки определяется углом Ориентировочно принимаем . Для данного сечения нормальная сила и изгибающий момент будут равны

Площадь поперечного сечения и момент инерции крышки

где h – толщина крышки, h=15 мм.

Площадь поперечного сечения и момент инерции вкладыша:

Расчётное сечение крышки нагружается продольной силой и изгибающим моментом. Их значения

Напряжения в крышке от усилий N и M

Характер изменения напряжений в крышке, кривошипной головки, от нулевой, поэтому амплитудное и среднее значения напряжений определяем по формуле

Коэффициент запаса прочности на выносливость

3.6 Расчёт шатунных шпилек.

Шатунные шпильки относятся к наиболее ответственным деталям шатунной группы. Разрыв шпильки приводит, как правило, к аварии двигателя со всеми вытекающими отсюда последствиями:

-недостаточное усилие предварительной затяжки, что вызывает раскрытие стыка и образование

-наклёпа на контактируемых поверхностях;

-перетяжка шпилек, превышающая предел текучести материала последующим ослаблением затяжки;

-чрезмерные динамические нагрузки, которые обусловливают усталостные трещины.

3.6.1 Расчёт шпилек нижней головки шатуна

Нижняя крышка шатуна крепиться двумя шпильками с резьбой М64×3 ГОСТ 24705-81. Усилие, нагружающее крышку кривошипной головки Усилие затяжки шатунного болта, исключающее раскрытие стыка

где – коэффициент запаса затяжки, принимаем ;

– коэффициент основной нагрузки, принимаем ;

– число шпилек.

Тогда расчётная нагрузка на шпильку

Максимальные и минимальные напряжения в резьбе шпильки при работе двигателя

где – минимальная площадь поперечного сечения резьбы,

Среднее напряжение и амплитуда цикла

Так как характер изменения напряжений в шатунном болте знакопостоянный, запас прочности находим в функции от предела текучести. В частности, для резьбы теоретический коэффициент концентрации напряжения вычисляем по формуле:

где - шаг резьбы,

– радиус округление впадин витков резьбы, для обычной резьбы

;

Соответствующий этому значению эффективный коэффициент концентрации напряжений

где масштабный фактор для рассматриваемого сечения

С учётом численных значений этих коэффициентов запас прочности

Условие прочности на выносливость выполняется.