Расчет двигателя типа 6ЧН 2634 (стр. 4 из 4)

Расчёт на прочность шатуна

Шатун является звеном кривошипно-шатунного механизма, которое передает усилие поршня к коленчатому валу. Преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Нижняя головка шатуна обеспечивает шарнирное соединение шатуна с кривошипной шейкой коленчатого вала и образует корпус шатунного подшипника.

Определение основных размеров шатуна.

Диаметр поршневого пальца.

d_пп = (0.3-0.38)*D_ц = 0,35*0,26 = 0,091 м;

Внутренний диаметр верхней головки.

d_в = (1,2-1,25)* d_пп = 1,2*0,091 = 0,1092 м;

Наружный диаметр верхней головки.

d_н = (1,3-1,7)* d_пп = 1,7*0,091 = 0,1547 м;

Длина верхней головки шатуна.

l_в = (0.33-0.4)*D_ц = 0,4*0,26 = 0,104 м;

Диаметр шатунной шейки коленчатого вала.

d_ш = (0,56-0,75)*D_ц = 0,7*0,26 = 0,182 м;

Толщина стенки вкладыша.

t = (0.03-0.05)* d_ш = 0,04*0,182 = 0,007 м;

Расстояние между шатунными болтами.

l_б = (1,3-1,75)* d_ш = 1,5*0,182 = 0,273 м;

Длина нижней головки шатуна.

l_н = (0,45-0,9)* d_ш = 0,8*0,182 = 0,1456 м;

Размеры двутаврового сечения:

h = (1,2-1,4)* h = 1,4*0.0546 = 0,0764 м;

где: h_m = 0.5* d_в = 0.5*0.1092 = 0,0546;

b = (0.55-0.75)*h = 0,75*0,0764 = 0,0573 м;

а = 0,03 м, с = 0,015 м;

Длина шатуна.

l = r/l = 0,170/0,2576 = 0,659 м;

где: r – радиус кривошипа;

l - кривошипно-шатунное отношение.

Условия работы шатуна

При работе шатун подвергается действию силы давления газов, действию усилия заедания поршня, действию сил инерции (шатун участвует в поступательном и во вращательном движении), действию силы трения.

Сила газов, силы инерции и заедание поршня будут вызывать деформации растяжения-сжатия, изгиба. Сила трения будет вызывать износ вкладышей нижней головки шатуна и втулки поршневой головки. Знакопеременные нагрузки будут вызывать усталостные разрушения.

Напряжения сжатия в стержне шатуна:

кг/см²

где

– минимальное сечение головки шатуна.

Сила

, кроме сжатия, вызывает продольный изгиб.

Наименьший диаметр шатуна, в функции диаметра цилиндра, составит d=0.25D; наибольшая длина шатуна l определиться из условий наименьшего значения

и наибольшего отношения S/D. Примем

=l/5,5 ; S/D=1.3

Расчёт с достаточной степенью точности может быть проведен по формуле, определяющей ломающие критические напряжения

кг/см2 :

=(4700-23*l/i) кг/см2 ( для легированной стали).

По напряжениям подсчитывается критическая сила

= f кг,

где f - площадь среднего сечения шатуна в см2.

Отношение

/ = ε

=12,5*10,1919=127,4.

В плоскости качания шатун можно рассматривать как балку с шарнирными опорами, при этом деформация изгиба распространяется по всей его длине. В плоскости, перпендикулярной качанию шатуна, его следует рассматривать как балку с заделанными концами, в данном случае деформация изгиба распространяется на половину длины шатуна.

Таким образом:

кгс/см² МПа;

кгс/см² МПа,

Где f – площадь среднего сечения шатуна:

см².

и – моменты инерции сечения относительно осей x и y:

см⁴;

см⁴.

Шатуны подвергаются ещё и значительному воздействию сил инерции массы шатуна, действующих в плоскости его движения. В этом случае шатуны, кроме того, необходимо проверять на изгиб указанными силами инерции. Наибольшее значение рассматриваемые силы имеют при угле между шатуном и мотылём, равном 908.

Наибольший изгибающий момент равен:

кгс.см Н.м,

где P – равнодействующая сил инерции:

кгс кН,

где q – сила инерции элемента стержня шатуна длиной 1 см:

кгс/см кН/м,

где

кгс/см³ – удельный вес материала шатуна.

Суммарные напряжения в стержне шатуна будут равны:

кгс/см² МПа МПа,

где W – момент сопротивления сечения шатуна, удаленного на расстояние

от центра верхней головки.

Верхнюю головку шатуна проверяют на разрыв силой, возникающей при заедании поршня. Её условно принимают равной:

кгс кН.

Напряжения в верхней головке шатуна:

кгс/см² МПа МПа,

где

см.

Для нормальной работы головного подшипника верхняя головка шатуна должна иметь соответствующую жёсткость. В соответствии с этим необходимо принятые размеры проверять на жёсткость. Относительная деформация верхней головки шатуна может быть определена по формуле:

мм/см мм/см,

где E – модуль упругости материала головки шатуна;

I – момент инерции сечения головки:

см⁴.

В двигателе 6ЧН26/34 шатунные болты изготовлены из стали 37ХНА3А.

Шатунные болты нижней головки шатуна проверяют на растяжение силой

.

В то же время при монтаже нижней головки шатуна болты должны быть затянуты настолько, чтобы при действии силы P_в не была нарушена плотность соединения половинок головки. Усилие предварительного затяга Р_з принимают равным:

,

Тогда напряжения растяжения болтов составят

где i=4 - число болтов; f=2,08см² - наименьшее сечение болта

кг/см2

.

Независимо от напряжений, вызываемых силой Р_з, шатунным болтам необходимо обеспечить прочность при возможном заедании рабочего поршня. Сила Р условно принимается равной:

где D – диаметр цилиндра; р=15-20кг/см² – условное усилие на 1см² площади поршня.

Если Р будет больше Р_з то в качестве расчетной силы следует принять силу Р.

.

Литература

1. Танатар Д.Б. «Компоновка и расчет быстроходных двигателей с воспламенением топлива от сжатия» М.: «Морской транспорт».- 1952 г

2. Фомин Ю.Я. «Судовые двигатели внутреннего сгорания» - Л.: «Судостроение». – 1989 г

3. Ваншейдт В. А. «Конструирование и расчеты прочности судовых дизелей». – Л.: «Судостроение» - 1969 г .

4. Р.А. Зейнетдинов, И.Ф. Дьяков, С.В. Ярыгин «Проектирование автотракторных двигателей» Ульяновск 2004 г