6.4.4 Расчёт шатунных болтов

Шатунные болты предназначены для крепления крышки к шатуну. Они изготовлены из стали 40ХН. На болтах нарезана резьба . Количество болтов. Максимальная сила, растягивающая шатунные болты,.

Механические свойства стали 40ХН: ,,.

Сила предварительной затяжки болта [7, стр. 304]:

Суммарная сила, растягивающая болт:

где коэффициент основной нагрузки резьбового соединения,.

Максимальное и минимальное напряжение определяются в сечении болта площадью по внутреннему диаметру резьбы:

где – площадь наименьшего диаметра резьбы болта:

Среднее значение напряжений:

Амплитуда напряжений:

Если возникающие в сечении нормальные напряжения удовлетворяют условию:

то расчёт производим по пределу выносливости, иначе по пределу текучести.

При расчёте стержня шатуна приняли ,

Так как , то запас прочности шатунного болта определяется по пределу текучести:

где,

коэффициент влияния шероховатости поверхности, для случая чистового обтачивания

коэффициент абсолютных размеров поперечного сечения,

Запас прочности для шатунных болтов должен быть не менее 2…2,5.

6.5 Расчёт коленчатого вала

Коленчатый вал является составной частью кривошипно-шатунного механизма и наряду с другими элементами обеспечивает вращательное движение деталей двигателя.

Коленчатый вал выполнен в виде цельной детали, из легированной высокоуглеродистой стали. Вал откован совместно с восемью противовесами, что значительно упрощает конструкцию и снижает затраты на механообработку.

Увеличение количества противовесов на новом валу положительно сказывается на разгрузке коренных подшипников. Более рациональная форма противовесов и щек коленчатого вала позволяет сократить его массу при сохранении прочности. Разработка трёхмерной модели вала позволила сбалансировать все массы вала, что значительно упрощает его балансировку при изготовлении.

В связи с применением задней гитары шестерен, фланец установки маховика напрессован на хвостовик коленчатого вал. Цилиндрический носок коленчатого вала выполнен с 4-мя резьбовыми отверстиями для крепления шкива и демпфера крутильных колебаний.

Рабочие поверхности вала (шатунные и коренные шейки, поверхность под упорные полукольца, поверхности под рабочие кромки манжет) подвергнуты закалке ТВЧ.

6.5.1 Расчёт коренной шейки

Двигатель четырехтактный, четырёхцилиндровый, рядный, типа 4Р. Порядок работы цилиндров: 1-3-4-2. Вал полноопорный, углы расположения колен . Расчётная схема изображена на рисунке 6.8.

Расчёт элементов коленчатого вала сводится к определению запаса прочности. Коренные шейки рассчитываются на кручение под действием тангенциальных сил . Наиболее нагруженная шейка определятся путём расчёта набегающих моментов.

Результаты заносим в таблицу 6.2.

Определяем набегающие моменты:

Значения и заносим в таблицу 6.3.

Рисунок 6.8 – Расчётная схема коренной шейки

Рисунок 6.9 – Расчётная схема шатунной шейки на изгиб

Таблица 6.2 – Тангенциальные силы, действующие на шатунные шейки

0	0	0	0	0
30	-8748,071	-4302,451	-4613,026	39656,687
60	-4961,232	-7802,698	-7928,199	20202,589
90	4055,352	-6731,296	-5265,695	16380,110
120	6891,636	-2201,881	3971,262	12870,557
150	4037,946	-8653,203	8232,974	6152,391
180	0	0	0	0
210	-4302,451	39656,687	-8748,071	-4613,026
240	-7802,698	20202,589	-4961,232	-7928,199
270	-6731,296	16380,110	4055,352	-5265,695
300	-2201,881	12870,557	6891,636	3971,262
330	-8653,203	6152,391	4037,946	8232,974
360	0	0	0	0
390	39656,687	-4613,026	-4302,451	-8748,071
420	20202,589	-7928,199	-7802,698	-4961,232
450	16380,110	-5265,695	-6731,296	4055,352
480	12870,557	3971,262	-2201,881	6891,636
510	6152,391	8232,974	-8653,203	4037,946
540	0	0	0	0
570	-4613,026	-8748,071	39656,687	-4302,451
600	-7928,199	-4961,232	20202,589	-7802,698
630	-5265,695	4055,352	16380,110	-6731,296
660	3971,262	6891,636	12870,557	-2201,881
690	8232,974	4037,946	6152,391	-8653,203
720	0	0	0	0

Таблица 6.3– Определение набегающих моментов

0	0	0	0	0
30	-546,754	-815,658	-1103,972	1374,571
60	-310,077	-797,746	-1293,258	-30,596
90	253,460	-167,247	-496,352	527,404
120	430,727	293,110	541,314	1345,723
150	252,372	-288,454	226,107	610,632
180	0	0	0	0
210	-268,903	2209,640	1662,885	1374,571
240	-487,669	774,993	464,916	-30,596
270	-420,706	603,051	856,510	527,404
300	-137,618	666,792	1097,520	1345,723
330	-540,825	-156,301	96,071	610,632
360	0	0	0	0
390	2478,543	2190,229	1921,326	1374,571
420	1262,662	767,149	279,481	-30,596
450	1023,757	694,651	273,945	527,404
480	804,410	1052,614	914,996	1345,723
510	384,524	899,085	358,260	610,632
540	0	0	0	0
570	-288,314	-835,069	1643,474	1374,571
600	-495,512	-805,589	457,072	-30,596
630	-329,106	-75,646	948,110	527,404
660	248,204	678,931	1483,341	1345,723
690	514,561	766,932	1151,457	610,632
720	0	0	0	0
	2478,543	2209,640	1483,341	1345,723
	-546,754	-835,069	-1293,258	-30,596
	3025,297	3044,708	2776,599	1376,320

Критерием нагруженности шейки служит размах момента .

Наиболее нагруженной является третья коренная шейка. Для неё определяем минимальные и максимальные касательные напряжения:

где – момент сопротивления шейки кручению:

где диаметр коренной шейки,;

– диаметр масляного канала в коренных шейках,.

Амплитуда и среднее напряжение и:

Характеристики механических свойств стали, из которой изготовлен вал (Сталь 40ХН2МА): ,,,,

Расчёт условий, определяющих выбор соответствующего запаса прочности:

где – отношение предела выносливости при изгибе (кручении) к пределу текучести:

– коэффициент приведения асимметричного цикла к равноценному симметричному циклу,.

Условие выполняется, поэтому расчёт производим по пределу усталости:

Запас прочности имеет большую величину, что объясняется большими диаметрами коренных шеек, выбираемых из условий обеспечения высокой жёсткости.