Проект модернізації конструкції шатуну автомобільного двигуна (стр. 4 из 7)

Таблиця 2.11 – Основні розміри елементів шатуна

Найменування	Позначення		Співвідношення		Значення
1 Поршнева головка
Внутрішній діаметр поршневої головки із втулкою, мм	d		(1,1 – 1,25) dп		19 (20,9 – 25)
Довжина поршневої головки шатуна, мм	lm		(0,33 – 0,45) dп		22 (22,77 – 31,05)
Зовнішній діаметр головки, мм	dr		(1,25 – 1,65) dп		27 (23,75 – 31,35)
Мінімальна радіальна товщина стінки головки, мм	nr		(0,16 – 0,27) dп		3,5 (3,2 – 5,4)
2 Кривошипна головка
2.1 Діаметр шатунної шийки, мм	dм		(0,56 – 0,75)D		45 (39,2 – 54,25)
2.2 Товщина стінки вкладиша, мм	tв		(0,03 – 0,05) dшг		1,5 (1,35 – 2,25)
Найменування		Позначення		Співвідношення		Значення
2.3 Відстань між болтами, мм		сб		(0,1 – 0,75) dшг		56,5 (56,5 – 77,5)
2.4 Діаметр кривошипної головки, мм		lп		(0,45 – 0,95) dшг		23 (19,1 – 40,8)

Розрахунок основних конструкторських розмірів елементів клапана приведені в таблиці 2.12

Таблиця 2.12 – Основні розміри клапана

Найменування	Позначення		Співвідношення		Значення
1 Площа прохідного перетину в сідлі клапана, м2	Fкл				0,0004
2 Площа прохідного перетину в головці клапанів, м2	Fгор		(1,2 – 1,3)∙ Fкл		(0,48 – 0,52)∙10-3
3 Діаметр горловини, м	dгол				0,027
4 Максимальна висота підйому клапана, мм	hкл		(0,18 – 0,3) ∙ dr		8 (4,97 – 8,29)
5 Діаметр стержня клапана, мм	dс		(0,25 – 0,3) ∙ dr		8 (6,9 – 8,29)∙10-3
Найменування	Позначення	Співвідношення		Значення
6 Зовнішній діаметр тарілки, мм	cнт	(1,1 – 1,2) dr		30 (0,55 – 0,6) ∙10-3
7 Товщина тарілки, мм	b	(0,15 – 0,18) dr		4 (4,14 – 4,97) ∙10-3
8 Довжина клапана, мм	l	(2,3 – 3,5) dr		94 (63,5 – 96,7) ∙10-3

2.5 Проектування або модернізація вузла деталі складальної одиниці, систем.

2.5.1 Конструктивний опис вузла деталі складальної, одиниці, системи

Шатун піддається впливу перемінного навантаження від тиску газів і сил інерції. Шатун складається зі стрижня, поршневої і кривошипної голівок, шатунних болтів. Стрижень шатуна випробує осьові циклічні зусилля, однак через наявність визначеного поперечного вигину в площині руху шатуна, найбільш раціональним буде двотавровий профіль стрижня, до того ж це дозволяє здійснити плавний перехід його полиць у криволінійні обриси голівок. Поршнева голівка являє собою цільне замкнуте вушко овальної форми, що має плавне сполучення зі стрижнем шатуна і симетричної щодо його подовжньої осі. В отвір голівки встановлюють з початковим натягом втулку з бронзи. Кривошипна голівка рознімна, виконана у вигляді плоскосиметричного вушка. У кривошипній голівці встановлюють тонкостінні вкладиші з заданим натягом для створення гарантованої щільності посадки в постелі. Шатунні болти мають високу точність і міцність, надійні при тривалій роботі.

2.5.2 Вибір матеріалу для виготовлення шатуна

Шатуни виготовляють зі сталі марок 40, 45М₂, 40Х, 49ХНМА та інших. Для

підвищення утомленої міцності шатуни після штампування піддають механічній і термічній обробці: поліруванню, обдуванню дробом, нормалізації, загартуванню і відпустці. Для виготовлення шатуна вибираємо сталь 45М₂. Хімічний склад сталі 45М₂ у таблиці 2,13. Механічна характеристика сталі 45М₂ у таблиці 2.14.

Таблиця 2.13 – Хімічний склад стали 45Р

C, %	Si, %	Mn, %	P, %	S, %	Cu, %	Ni, %	Cr, %
0,41-0,49	0,17-0,37	1,4-1,8	0,035	0,035	0,3	0,3	0,3

Таблиця 2.14 – Механічна характеристика стали

σу, МПа	σт, МПа	σ-1, МПа	σ-1Р, МПа	τт, МПа	τ-1,МПа
800	420	380	210	260	200

2.5.3 Розрахунок на міцність поршневої головки

Розрахунковими елементами шатуна є: поршнева і кривошипна голівки, стрижень шатуна

Поршнева голівка розраховується на: утомлену міцність від дії інерційних сил, напруги, виникаючої в голівці від впливу на неї запресованої втулки, усталісну міцність від дії сумарних сил і запресованої втулки.

Таблиця 2.15 – Вихідні дані для розрахунку поршневої голівки

Найменування		Позначення	Параметри
Тиск згоряння, МПа		Pz	6,95
Зовнішній діаметр голівки, м		dг	0,026
Внутрішній діаметр голівки, м		d	0,021
Діаметр поршневого пальця, м		dп	0,019
Найменування	Позначення		Параметри
Довжина поршневої голівки, м	lш		0,022
Матеріал шатуна	Сталь 45Р
Радіальна товщина стінки головки, м	hг		0,004
Модуль пружності шатуна, МПа	Еш		2,2 ∙ 105
Модуль пружності втулки, МПа	Ев		1,15 ∙ 105
Маса поршневої групи, кг	mп		0,357
Маса шатунної групи, кг	mш		0,536
Площа поршня, м2	Fп		0,00357

Розрахунок перетину 1-1

Максимальну напругу пульсуючого циклу визначаємо за формулою (11)

= , (11)

де m_n – маса поршневої групи, кг;

m_вг – маса частини голівки вище перетину 1-1, кг;

ω_{xx max} – максимальна кутова швидкість при холостому ході, з^-1;

R – радіус кривошипа, м;

λ – відношення радіуса до довжини шатуна;

h_г – радіальна товщина стінки голівки, м;

l_ш– довжина поршневої голівки, м.

m_n = 0,357 кг

R = 0,03175 м

λ = 0,264

h_г = 0,004 м

l_ш= 0,022 м

Масу частини голівки вище перетину 1-1 визначаємо за формулою (12)

m_в.м. = 0,06·m_ш, (12)

де m_ш – маса шатунної групи, кг

m_ш = 0,536 кг

m_в.м. = 0,06 · 0,536 = 0,03216 кг

Максимальну кутову швидкість при холостому ході визначаємо за формулою (2.13)

= , (13)

де n_x.x.max – максимальна частота обертання колінвалу при холостому ході, хв^-1

n_x.x.max = 6000 хв^-1

з^-1

= МПа

Середню напругу визначаємо за формулою (14)

= , (14)

= МПа

Амплітуду напруг визначаємо за формулою (15)

= , (15)

де R_δ – ефективний коефіцієнт концентрації напруг;

ε_м – масштабний коефіцієнт;

ε_п – коефіцієнт поверхневої чутливості.

ε_м = 0,86 [2, стор.203,таб.48]

ε_п = 0,9 [2, стор.203,таб.49]

Ефективний коефіцієнт концентрації напруг визначаємо за формулою (16)

R_δ = 1,2 + 1,8·10^-4 (σ_у – 400), (16)

де σ_у – межа міцності, МПа

σ_в = 800 МПа

R_δ = 1,2 + 1,8 · 10^-4 (800 – 400) = 1,272

= МПа

Запас міцності в перетині 1-1 визначаємо по межі утоми за формулою (17)

= , (17)