Расчет на прочность верхней головки шатуна
Рис. 4.2. Расчётная схема верхней головки шатуна
Определим среднее давление на головку шатуна по формуле
МПа.
Напряжение растяжения:
МПа.
По условиям прочности σр < 20 МПа.
Момент инерции:
м4.
Амплитудное напряжение:
МПа.
Среднее напряжение:
МПа.
Запас усталостной прочности головки шатуна:
,
где кσ = 1 – 2,
По рекомендации n > 3 – 5.
Расчет шатунного болта
Конструктивно диаметр болта [5] (рис. 4.3) лежит в пределах d = (0,18 – 0,25)D, где D – диаметр мотылевой шейки коленчатого вала (0,18 м) d = 0,038 м.
Рис.
4.3. Расчётная схема шатунного болта
Рассчитаем болт на растяжение под действием максимальной силы:
,
где mпд = 130 кг, mшr = 9,1 кг (см. разд. 3).
кН; 
,
где z – число болтов, z = 2, а dвн – внутренний диаметр болта dвн = 0,036 м.
МПа.
По условиям прочности σр < 60 МПа.
Определим напряжение при затяжке болта:
,
где к = 2,5 – 4.
МПа.
Момент на ключе:
,
где для резьбы без покрытия и смазочного материала fтр = 0,2.
Нм.
Расчет мотылёвой (кривошипной) головки шатуна
Исходные данные для расчёта (рис. 4.4):
– площадь крышки Fкр = (Rн – Rвн)В, В = 0,080м, Rн = 0,0525м, Rвн = 0,045м,
Fкр = (0,0525 – 0,045)0,08 = 0,0006 м2,
– площадь втулки Fвт = (Rвн – Rо)В = (0,045 – 0,035)0,08 = 0,0008 м2, R0 = 0,035м [5, 8].
Сила, действующая на крейцкопфную головку шатуна:
,
где ω = 2πn = 62,8 рад/с; λ = r/l= 0,2; mпд = 126,37 кг; mшr = 0,7·13 = 9,1 кг; mкр.ш = 4,5 кг(см. разд. 3).
кН.
Моменты инерции относительно крышки и втулки:
м4;
.
Рис. 4.4. Расчётная схема нижней головки шатуна
Момент сопротивления:
м3.
Изгибающий момент верхней части разъемной головки шатуна:
;
МПа.
Момент силы:
,
где
Нм;
м;
Нм;
кН,
где
Н.
Изгибающий момент нижней части разъемной головки шатуна:
МПа.
Для того чтобы выбрать по какому методу рассчитывать шток, определим в соответствии с рис. 4.5 L/d (где L – длина штока, а его диаметр d = 0,05 м).
mшт = 6,07кг (см. разд. 2), ρсталь40 = 7,81·103 кг/м3, mшт = Vρ, откуда L = 4mшт/πd2ρ = 4·6,07/3,14(0,05)27,81·103 = 0,40 м.
L/d = 0,40/0,05 = 8 < 25 рассчитываем по Ясинскому:
м.
Определим критическую силу:
кН,
где для стали 40 a = 469 МПа, b = 2,62 МПа.
Расчет штока
Рис. 4.5. Расчётная схема штока
Запас усталостной прочности штока:
.
По рекомендации n >10.
Расчет литого чугунного цилиндра
Диаметр клапана dкл = 0,16м; толщина стенки цилиндра s = D/40 + 0,015; где D = 0,32 м; толщина стенок водяной рубашки s1 = 0,8s [5] (рис. 4.6). Сила прижатия клапана P = 1,01 Н (см. разд. 1). Избыточное давление Рmax = Р наг – Рабс. При подстановке получим
м; 
м.
Рис. 4.6. Расчётная схема цилиндра
Площадь перемычки Fпер =2·lb1 + 2b1hн + 2·lhн, где hн = 0,012 м (разд. 1), l = 0,02м – расстояние между клапанами (определяется по чертежу), b1 = dкл1/2 = 0,16·1/2 = 0,08 м – длина перемычки (так же определяется по чертежу). При подстановке получим
м2.
Расчет для Рнаг = 1,9 МПа:
Избыточное давление Рmax = Рнаг – Рабс = 1,9 – 0,1 = 1,8 МПа,
МПа.
Для модифицированных чугунов σр < 20…28 МПа.
кН.
Давление на перемычку:
,
где d2 = 0,175 м (см. разд. 1).
Н/м.
Изгибающее напряжение:
Па.
Тангенциальное напряжение:
МПа.
Радиальное напряжение:
МПа.
Эквивалентное напряжение:
МПа,
где ν = 0,3 рад – угол раскрытия канала.
Запас усталостной прочности:
,
где σ-1 = 700 МПа – предел текучести чугуна.
Расчет для Рнаг = 1,5 МПа
Избыточное давление Рmax = Рнаг – Рабс = 1,5 – 0,1 = 1,4 МПа.
МПа;
кН.
Давление на перемычку:
Н/м.
Изгибающее напряжение:
Па.
Тангенциальное напряжение:
МПа.
Радиальное напряжение:
МПа.
Эквивалентное напряжение:
МПа.
Запас усталостной прочности:
.