Проект модернізації конструкції шатуну автомобільного двигуна (стр. 5 из 7)

де σ_-1р – межа утоми при розтяганні-стиску, МПа

α_δ – коефіцієнт приведення циклу.

σ_-1р = 210 Мпа

α_δ = 0,12

=

Величини значень напруг знаходяться в межах, що допускаються, [s] = 100

– 150 Мпа. Отже, прийнятірозміризабезпечуютьнеобхіднуміцність.

2.5.4 Розрахунок на міцність кривошипної голівки

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

Розрахунок кривошипної голівки

Розрахунок кривошипної голівки зводиться до визначення напруги вигину в середньому перетині кришки голівки від інерційних сил. Вихідні дані для розрахунку кривошипної голівки приведені в таблиці 2,16.

Таблиця 2.16 – Вихідні дані для розрахунку кривошипної голівки

Найменування	Позначення	Значення
Маса шатуна, зосередження на осі поршневого пальця, кгМаса шатуна зосереджена на осі кривошипа, кгДіаметр шатунної шийки, м Товщина стінки вкладиша, мВідстань між шатунними болтами, мДовжина кривошипної головки, мМаса кришки головки, кг	mш.п. mш.к. dш.ш. tв Cd lk mкр	0,147 0,389 0,045 0,0015 0,0565 0,023 0,12

Максимальні сили інерції визначаємо за формулою (18)

P_jp = - ω²_x.x.max · R[(m_п + m_ш.п.) · (1 + λ) + (м_ш.к. – m_кр.)] · 10^-6 (18)

P_jp = - 628²×0,03175×[(0,357 + 0,147)×(1 + 0,264) + (0,389–0,12)]× 10^-6 = =0,011344 МН

Момент опору перетину визначаємо за формулою (19)

= * ) (19)

де r₁ – внутрішній радіус кривошипної голівки, м

Внутрішній радіус кривошипної голівки визначаємо за формулою (20)

r₁ = 0,5 (d_ш.ш. +2t_в) (20)

r₁ = 0,5 (0,045 +2·0,0015) = 0,024 м

=0,023 ×(0,5 × 0,0565 – 0,024) = 6,83 × 10^-3 м ³

Момент інерції вкладиша визначаємо за формулою (21)

J_в = l_k·t_в³ (21)

J_в = 0,023 · 0,0015³ = 77,625 · 10^-12 м⁴

Момент інерції кришки визначаємо за формулою (22)

J = l_k·

(22)

J = 0,023 · (0,5×0,0565 - 0,024)³ = 62,56×10^-12 м⁴

Напругу вигину кришки вкладиша визначаємо за формулою (23)

(23)

де F_г - сумарна площа кришки і вкладиша в розрахунковому перетині, м²

Сумарну площу кришки і вкладиша в перетині визначаємо за формулою (24)

F_г = l_k · 0,5 (C_б – d_ш.ш.) (24)

F_г = 0,023 · 0,5 ×(0,0565 – 0,045) = 0,000132 м²

Значення σ_зі змінюється в межах 100-300МПа, а значить розрахунок виконаний вірно.

Стрижень шатуна

Стрижень шатуна розраховують на утомлену міцність у середньому перетині від дії знакоперемінних сумарних сил, що виникають при роботі двигуна на максимальній потужності. Вихідні дані для розрахунку приведені в таблиці 2.17.

Таблиця 2.17 – Вихідні данні ля розрахунку стрижня шатуна

Найменування	Позначення	Параметри
Маса зворотно поступальних частин, що рухаються, кгДовжина перетину, мШирина перетину, мТовщина середини двотавра, мТовщина країв, мДовжина шатуна, мДовжина стрижня шатуна між поршневою і кривошипною голівками, мВнутрішній діаметр кривошипної голівки, м	mj hш bш aш tш Lш L1 d1	0,505 0,0215 0,014 0,003 0,0025 0,120 0,078 0,048

Максимальну силу, що стискає шатун обумовлений за формулою (25)

P_сж = [F_п · (P_r - P₀) - m_j · R · ω²(cosφ + λ · cos2φ)] · 10^-6, (25)

де φ – кут повороту кривошипа при P_r.

φ = 370є

P_сж = [0,00357· (632173 - 100000) – 0,505· 0,03175 · 628²(cos 370 + 0,264 · cos2 · 370)] · 10^-6 = 0,016879 МН

Максимальну силу, що розтягує шатун, визначаємо за формулою (26)

P_p = [P_r · F_n – m_j · R · ω²(1+λ)] · 10^-6, (26)

де P_r – тиск залишкових газів, МПа

P_r = 0,116 МПа

P_p = [116000· 0,00357 – 0,505· 0,03175 · 628² · (1+0,264)] · 10^-6 =

= - 0,009259 МПа

Площу розрахункового перетину визначаємо за формулою (27)

F_ср = h_ш · b_ш - (b_ш – a_ш) · (h_ш - 2t_ш), (27)

F_ср = 0,0215 · 0,014- (0,014– 0,003) · (0,0215– 2 · 0,0025) = 119 · 10^-6 м²

Момент інерції розрахункового перетину визначаємо за формулою (28) і (29)

J_x =

, (28)

J_x =

= 70 · 10^-10 м⁴

J_y =

, (29)

J_y =

= 300·10^-11м⁴

Максимальна напруга від стискаючої сили:

а) у площині хитання шатуна визначаємо за формулою (30)

σ_max.x=

(30)

де K_x – коефіцієнт, що враховує вплив поздовжнього вигину шатуна в площині хитання шатуна.

Коефіцієнт, що враховує вплив поздовжнього вигину шатуна в площині хитання шатуна, визначаємо за формулою (31).

K_x = 1 +

(31)

K_x = 1 +

= 1,0902

σ_max.x=

=154,63 МПа

б) у площині, перпендикулярній площині хитання шатуна визначаємо за формулою (32)

σ_max.у=

(32)

де K_y – коефіцієнт, що враховує вплив поздовжнього вигину шатуна в площині, перпендикулярній площині хитання шатуна.

Коефіцієнт, що враховує вплив поздовжнього вигину шатуна в площині, перпендикулярній площині хитання шатуна визначаємо за формулою (33)

K_y = 1 +

(33)

K_у = 1 +

=1,022

σ_max.у=

= 144,96 МПа

Мінімальна напруга від сили, що розтягує, визначаємо за формулою (34)

σ_min=

, (34)

σ_min =

, МПа

Середню напругу визначаємо за формулами (35), (36), (37), (38)

= , (35)

= МПа

, (36)

МПа

= , (37)

= МПа

(38)

МПа

Амплітуди циклу визначаємо за формулами (39) і (40)

(39)

МПа