2514

Суммарные напряжения, вызываемые в сечении А – А газовыми и инерционными силами и запрессованной втулкой, изменяются по асимметричному циклу, и минимальным запасом прочности обладает наружное волокно головки.

Запас прочности принимают 2,5...5,0. Снижение напряжений достигают за счет смещения расчетного сечения А-А до ш3 = 90° и увеличения радиуса сопряжения головки со стержнем шатуна.

Лекция 10. Расчет кривошипной головки

Соотношения размеров в кривошипной головке приведены в табл. 10.1.

Приближенный расчет кривошипной головки сводится к определению напряжения изгиба в среднем сечении II-II крышки головки от центробежных сил (МН), имеющих максимальное значение в начале пуска ( =0°) при работе дизеля на режиме максимальной частоты вращения холостого хода.

Pjp= - 2xx maxR[(mп+mшп)(1+ ) + (mшк-mкр)] 10-6,

где mп – масса поршневой группы;

mшп, mшк – соответственно массы шатуна, прилегающего к поршневой головке и к кривошипной; mш = mшп + mшк – масса шатуна, совершающая возвратно-поступательное движение, кг;

mкр (0,20 ... 0,28) mш – масса крышки кривошипной головки, кг. Напряжение изгиба крышки с учетом совместной деформации

вкладыша равно

где С – расстояние между шатунными болтами, м (рис. 8.1),

JB tB3 м4; ( – длина крышки, tB – толщина стенки вкладыша, м); J= а[(0,5(C – d1)]3 – момент инерции расчетного сечения II-II, м4; Wиз = а [(0,5(C – d1)]2/6 – момент сопротивления сечения II-II крышки без учета ребер жесткости, м3;

r1=0,5 (dшш+2tв) – внутренний радиус кривошипной головки, м; dшш – диаметр шатунной шейки, м; tв – толщина вкладыша, м. FВ= а 0,5(C - dшш) – суммарная площадь крышки и вкладыша в расчетном сечении, м2.

[ ] = 100…300 МПа.

Конструктивно вкладыши выполняют биметаллическими, имеющими стальную основу и антифрикционный слой. Общая величина

60

Кривошипный вал состоит из нескольких кривошипов (по числу поршней) и двух хвостовиков, на одном из которых крепится маховик, а на другом звездочка или шкив привода распределительных валов клапанного механизма. Количество коренных шеек равно i+1, где i – число кривошипов или поршней. Это обеспечивает большую жесткость валу. У двигателей КамАЗ и ЯМЗ с двумя совмещенными шатунами на поршневой шейке всего пять коренных, но восемь поршневых шеек. Особое значение имеет несоосность коренных опор, при эксцентриситете 0,1...0,15 мм запас прочности вала уменьшается на 30...50 %. Исследования НАТИ показали, что при неравномерности износа подшипников 0,05...0,06 мм возникает опасность поломки ко-

Рассмотрим вначале разрезную схему, для которой вырезается

Однако учесть все концентраторы напряжений, местное изменение характеристик материала -1, -1, т и т и др. в зависимости от технологических методов упрочнения, несоосность опор и коренных шеек, неравномерность износа и деформаций опор невозможно. Поэтому рассмотрим расчет по разрезной схеме. Размеры элементов коленвала можно принимать из соотношений табл. 11.1 по диаметру

65

поршня или по размерам вала двигателя прототипа.

Расчет коренных шеек

Коренные шейки нагружаются главным образом крутящим моментом из-за малой их длины, поэтому оцениваются по касательным напряжениям. Итак:

Первый шаг. По данным динамического расчета составляют таблицу или строят графики набегающих моментов кручения вала и выбирают наибольшую амплитуду.

Второй шаг. Определяют максимальное и минимальное значение касательных напряжений (МПа) при моменте сопротивления W(м2):

Четвертый шаг. Определяют запас прочности nт. Для этого найдем отношение эффективного коэффициента концентрации напряжений К к произведению масштабного м и технологического факторов К = =к / м.

Затем находят запас прочности Т:

-1 берут из табл. П.5, K – из табл.П.2, П.7, м п – из табл. 2.3 и табл. 2.1, – из табл. 2.2.

Полученные по (11.3) значения сравниваются с минимальными допускаемыми значениями, принятыми в машиностроении. Необходимо, чтобы Т Т .

Для расчетов Р.С. Кинасошвили рекомендует принимать К = 2,5. По опыту эксплуатации принимают: для автомобильных двига-

телей [nт] =3...4, тракторных [nт] = 4...5.

66

Лекция 12. Расчет шатунных шеек

На шатунные шейки действуют в основном переменные изгибающие моменты и небольшие крутящие от трения в подшипнике шатуна.

Запасы прочности по касательным напряжениям определяются в местах галтелей у щек, работающих на срез от набегающих крутящих моментов.

Изгибающие моменты возникают от шатуна, центробежных сил щек и противовесов и набегающих крутящих моментов.

От этих сил создаются изгибающие моменты в плоскости кривошипа Мк и в перпендикулярной плоскости Мт (т.е. в плоскости вращения). Расчеты выполняются по табл. 12.1 с учетом табл. 12.2.

Для этой же шатунной шейки и для тех же углов поворота вала находим значения К (силы давления на кривошип, МН) и затем по урав-

нению (12.1) вычисляем изгибающий момент Мк (Н м), где

(Кшш+Кшк)=(mшш+ mшк) 2R 10-6; (12.2) Кщ = mщ 2(R/2) 10-6;

Кпр = mпр ) 2Z 10-6;

Z – расстояние до центра тяжести противовеса. Суммарный изгибающий момент (Н м) равен

Плоскость его действия и значения при вращении вала будут меняться.

Крутящие моменты МТ по углу мы уже подсчитали в табл. 12.1, там же рассчитана сила К, действующая на кривошип. На коленвал действуют центробежные силы, которые зависят только от массы детали, частоты вращения и радиуса от оси вращения до центра массы детали и не зависят от угла поворота кривошипа. Поэтому, вычислив их один раз, можно подсчитать суммарные изгибающие моменты по углу поворота кривошипа и найти максимальный, одинаковый для всех цилиндров. Так как максимальная концентрация напряжений шейки имеет место у маслоподводящего отверстия, то усталостное разрушение шатунной шейки наиболее вероятно в этом сечении, по которому проводят расчет.

67

Примечания:

1.Данная таблица предназначена для расчета крутящих моментов

сучетом воздействия инерционных масс поршневой группы и части шатуна.

2.Обозначения действующих сил приняты по рис. 1.1. R – радиус кри-

вошипа; Fп – площадь днища поршня; n – средняя угловая скорость вра-

30

щения, мин-1; m = mп +0,275 mшп – сумма массы поршневой группы u 0,275 массы шатуна, отнесенной к пальцу.

3. Значения моментов Мкр-1, Мкр-2, Мкр-3, Мкр-4 даны для углов кривошипа вала, приведенных в табл. 12.1.