6 Шатун
– момент
сопротивления расчетного сечения
крышки без учета ребер жесткости;
– внутренний радиус кривошипной
головки;
−
диаметр шатунной шейки;
– толщина вкладыша;
0,5
– суммарная площадь крышки и вкладыша
в расчетном сечении.
Значение
изменяется в пределах 100 – 300 МПа.
Расчет стержня шатуна
Стержень шатуна
рассчитывают на усталостную прочность
в среднем сечении В
– В от действия знакопеременной
суммарной силы, возникающей на режиме
.или
.
Запас прочности определяется в плоскости
качания шатуна и в перпендикулярной
ей плоскости.
Сила, сжимающая шатун,
.
Сила, растягивающая шатун,
.
Напряжение сжатия в плоскости качания шатуна
,
где
– коэффициент, учитывающий влияние
продольного изгиба шатуна в плоскости
качания шатуна;
– предел упругости материала шатуна;
– длина шатуна;
– момент инерции сечения В−В
относительно оси x−x;
– площадь среднего сечения шатуна.
Максимальное напряжение сжатия в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна,
,
где
– коэффициент, учитывающий влияние
продольного изгиба шатуна в плоскости,
перпендикулярной плоскости качания
шатуна;
– длина стержня
7 Шатун
шатуна между
поршневой и кривошипной головками, м;
– момент инерции сечения В−В
относительно оси y−y,
м4.
Для современных
автомобильных и тракторных двигателей
напряжения
и
не должны превышать 160−250 МПа для
углеродистых и 200−350 Мпа для легированных
сталей.
Минимальное
напряжение в сечении В−В
от растягивающей силы
.
Методика определения запасов прочности представлена в разделе «Расчет на прочность с учетом переменной нагрузки».
Запас прочности
определяется в плоскости качания шатуна
(
)
и в плоскости, перпендикулярной плоскости
качания шатуна, (
).
Для автомобильных и тракторных двигателей
запасы прочности должны быть не менее
1,5.
Расчет шатунного болта
В четырехтактных двигателях шатунные болты подвергаются растяжению от действия сил инерции масс деталей поршневой группы и части массы шатуна, расположенной над плоскостью разъема кривошипной головки. Величина этих сил определяют по формуле, представленной в разделе «Расчет кривошипной головки шатуна». Кроме того, болты испытывают растяжение от предварительной затяжки.
Шатунные болты должны обладать высокой механической прочностью и надежностью. Изготовляют их из стали 35Х, 40Х, 35ХМА, 37ХНЗА. В высокофорсированных двигателях в качестве материала для изготовления шатунных болтов используются стали с более высокими пределами текучести: 18ХНВА, 20ХНЗА, 40ХН, 40ХНМА.
При работе двигателя силы инерции стремятся разорвать болты. В связи с этим они должны быть затянуты настолько, чтобы при действии силы не была нарушена плотность стыка шатуна с его крышкой.
8 Шатун
Сила предварительной затяжки
где
− число шатунных болтов.
Суммарная сила, растягивающая болт,
,
где
− коэффициент основной нагрузки
резьбового соединения
,
где
– податливость стягиваемых частей
шатуна;
– податливость болта.
По опытным данным коэффициент изменяется в пределах 0,15 − 0,25. С уменьшением диаметра шатунного болта значение уменьшается.
Максимальные и минимальные напряжения, возникающие в болте, определяют в сечении по внутреннему диаметру резьбы:
,
а также в минимальном сечении:
,
,
где
− внутренний диаметр резьбы болта, мм;
d
– номинальный
диаметр резьбовой части болта, мм; t
− шаг резьбы,
мм;
−
минимальный
диаметр болта, мм.
Методика определения запасов прочности представлена в разделе «Расчет на прочность с учетом переменной нагрузки».
Значения запаса прочности для шатунных болтов не должны быть ниже 2.