Удельное давление пальца на втулку поршневой головки шатуна

Удельное давление пальца на бобышки

Напряжение изгиба в среднем сечении пальца

где =d_в/d_п= 15 / 23 = 0,065

Касательные напряжения среза в сечениях между бобышками и головкой шатуна

Наибольшее увеличение горизонтального диаметра пальца при овализации

Напряжения овализации на внешней поверхности пальца:

- в горизонтальной плоскости

- в вертикальной плоскости

Напряжения овализации на внутренней поверхности пальца:

- в горизонтальной плоскости

- в вертикальнойплоскости

5.2.Расчет шатунной группы

5.2.1.Расчет поршневой головки Исходные данные для расчета

Масса шатунной группы - m_ш= 0,81 кг

По табл. 13.1 [1] принимаем

Наружный диаметр поршневой головки

d_г= (1,25…1,65)*d_п= (1,25…1,65)*23 = 29…38 мм = 35 мм

Внутренний диаметр поршневой головки

d= (1,1…1,25)*d_п= (1,1…1,25)*23 = 25,3…29,7 мм = 26 мм

Радиальная толщина стенки головки

h_г= (d_г–d)/2 = (35 – 26)/2 = 4,5 мм

Радиальная толщина стенки втулки

s_в= (d–d_п)/2 = (26 – 23)/2 = 1,5 мм

Материал шатуна – углеродистая сталь 45Г2:

Е_ш= 2,2*10⁵МПа;_г= 1*10^-51/К;

- предел прочности - _в= 800 МПа;

- пределы усталости: при изгибе _-1= 350 МПа и при растяжении-сжатии_-1р= 210 МПа;

- предел текучести _т= 420 МПа.

- коэффициенты приведения цикла при изгибе _= 0,17 и растяжении- сжатии_= 0,12.

Материал втулки – бронза: Е_в= 1,15*10⁵МПа;_в= 1,8*10^-51/К;

Определяем коэффициенты

- при изгибе

• при растяжении

Расчет сечения I-I на растяжение

Максимальное напряжение пульсирующего цикла

где m_в.г. = 0,06*m_ш= 0,06*0,81=0,049 кг–масса головки выше сеченияI-I.

Среднее напряжение и амплитуда цикла

_m0=_a0=_max/2 = 37,6/2 = 18,8 МПа

_ак0=_а0*k_/(_м*_п) = 18,8*1,272/(0,86*0,9) = 30,9 МПа

где k_- эффективный коэффициент концентрации напряжений

k_= 1,2 + 1,8 * 10^-4*(_в– 400) = 1,2 + 1,8 * 10^-4* (800 – 400) = 1,272

_м= 0,86 – масштабный коэффициент;

_п= 0,9 – коэффициент шероховатости поверхности.

_ак0/_m0= 35,3/21,5 = 1,64 > (_-_)/(1-_) = 0,76

Запас прочности в сечении I-Iопределяется по пределу усталости

Напряжение от запрессованной втулки

- суммарный натяг

_=+t= 0,04 + 0,023 = 0,063 мм

где = 0,04 мм – натяг бронзовой втулки;

t=d*(_в-_г)*Т = 26*(1,8*1^-5– 1*10^-5)*110 = 0,023 мм – темпера турный натяг;

Т = 110К – средний подогрев головки и втулки.

Удельное давление на поверхности соприкосновения втулки с головкой

Напряжение от суммарного натяга на внутренней поверхности головки

 [] = 150 МПа

Напряжение от суммарного натяга на внешней поверхности головки

 [] = 150 МПа

Расчет сечения А-А на изгиб

Максимальная сила, растягивающая головку на номинальном режиме

Р_jN=m_п*R*²(1+) = 0,54*0,030*565²*(1+0,25) = 7542 Н

Нормальная сила и изгибающий момент в сечении 0-0

N_j0=P_jN*(0,572-0,0008*_ш.з.) = 7542*(0,572-0,00008*105) = 3680 Н

М_j0=P_jN*r_ср* (0,00033*_ш.з.– 0,0297) =

= 7542*0,015*(0,00033*105-0,0297)= 0,56 Н*м

где r_ср= (d_г+d)/4 = (35+26)/4 = 15,25 мм – средний радиус головки;

_ш.з= 105- угол заделки.

Нормальная сила и изгибающий момент в расчетном сечении от растягивающей силы

N_{j ш.з.}=N_j0*cos_ш.з.+ 0,5*Р_jN*(sin_ш.з.–cos_ш.з.) =

= 3680*cos105+0,5*7542*(sin105-cos105) = 3452H

M_jш.з.= М_j0+N_j0*r_ср*(1-cos_ш.з.)-0,5*Р_jN*r_ср*(sin_ш.з.-cos_ш.з.)=

= 0,56+3680*0,015*(1-cos105)-0,5*7542*0,015(sin105-cos105) =

= 0,91 Н*м

Напряжение на внешнем волокне от растягивающей силы

где

F_г= (d_г–d)*l_ш= (35-26)*30=270 мм² ; F_в= (d–d_п)*l_ш= (26-23)*30=90 мм²

Суммарная сила, сжимающая головку

Р_сж= (р_zд– р₀)*F_п–m_п*R*²*[cos+*cos(2*)] =

= (6,88-0,1)*0,0054*10⁶-0,54*0,035*565²*[cos380+0,25*cos(2*380)] =

= 23787 Н

Нормальная сила и изгибающий момент в расчетном сечении от сжимающей силы

где N_сж0/Р_сж= 0,0005; М_сж0/(Р_сж*r_ср) = 0,0001

определены по таб. 13.2 и 13.3. [1].

Напряжение на внешнем волокне от сжимающей силы

Максимальное и минимальное напряжения асимметричного цикла

_max = '_a + _aj = 69 + 29,9 = 98,9 МПа

_min = '_a + _{a сж} = 69 – 3,7 =65,3 МПа

Среднее напряжение и амплитуда напряжений

_m= (_max+_min)/2 = (98,9 + 65,3)/2 = 82 МПа

_а= (_max-_min)/2 = (98,9 - 65,3)/2 = 16,8 МПа

_ак=_а*k_/(_м*_п) = 16,8*1,272/(0,86*0,9) = 27,6 МПа

_ак/_m= 32,2/85 = 0,38 < (_-_)/(1-_) = 2,56

Запас прочности в сечении А-А определяем по пределу текучести

n_т=_т/(_ак+_m) = 420/(27,6+82) = 3,8