VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Расчёт щеки коленчатого вала проводим в соответствии с методикой принятой на кафедре «Тепловые двигатели и энергетические установки» Владимирского государственного университета для двигателя с принудительным зажиганием мощностью 50кВт и частотой вращения 5400мин^-1.

Рис.1. Расчетная схема кривошипа

По результатам динамического расчёта определены нагрузки, действующие в кривошипно-шатунном механизме, а также проведено уравновешивание действующих сил. Исходные данные для расчёта. Длина коренных шеек коленчатого вала: левая l_кш.L =25 мм; правая – l_кш.P = 25 мм; диаметр коренной шейки d_кш= 50 мм; толщина щек h_L=hP = 15мм; ширина щек в районе перекрытия b= 70 мм; длина шатунной шейки l_шш = 21 мм; диаметр ее d_шш= 48 мм, радиус галтели в сопряжении шеек со щекой

r = 2 и 3 мм, масса противовеса m_пр=0,3335кг, приведенная масса щеки (m_щ)r=0,078 кг, l_кр=88 мм. В коренных и шатунных шейках имеются отверстия подачи масла к вкладышам подшипников диаметром акш = 5мм и aшш = 5 мм. R_yL,R_yP, R_xL, R_xP- реакции на опорах от действия сил в плоскости кривошипа;K_rщL=K_rщP- центробежные силы инерции щеки; K_rпрL= K_rпрP-центробежные силы инерции неуравновешенных масс противовесов;K_rшш- центробежная сила инерции массы шатунной шейки;K_rш- центробежная сила инерции части массы шатуна, отнесенной к оси шатунной шейки; таким образом в центре шатунной шейки действует центробежная сила K_rш+K_rшш.

Для расчёта щеки коленчатого вала вычисляем величину максимальной и минимальной нагрузки изгибающих моментов действующих в сечение 1-1 (рис.1) , которые берут своё начало в т.С (рис.1).

М_изг.max.=0,5R_yLmax(L_к.ш.+h_L)=0,5·11760·(0,025+0,015)=235,5H;

М_{изг .min.}=0,5R_yLmin(L_к.ш.+h_L)=0,5·(-3116)·(0,025+0,015)=62,32H.

Рис.2. Схема деформации щеки коленчатого вала

Перекрытие шатунной шейки равно

Δ=(d_к.ш.+d_ш.ш.)/2-r_кр.=(0,05+0,048)/2-0,0355=0,0135м,

а высота щеки на месте перекрытия (рис.2) равна:

h₁=( h²_L+ Δ^2)1/2= (0,015²+0,0135^2)1/2=0,020м;

т.к. изгиб щеки происходит по сечению

2-2, то момент сопротивления щеки при изгибе равен

W_изг.=(b·h₁²)/6=(0,07·0,02²)/6=4,667·10^-6;

Максимальное и минимальное нормальное напряжение при изгибе:

σ_max= М_изг.max./ W_изг=235,5/(4,667·10^-6)=50,46МПа;

σ_min= М_{изг .min.}/ W_изг=62,32/(4,667·10^-6)=13,35МПа;

Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

σ_m= ( σ_max+ σ_min) / 2 = ( 50,46 + 13,35 ) / 2 = 31,9 МПа;

σ_a = ( σ_max+σ_min) / 2 = (50,46– 13,35) / 2 = 18,5 МПа.

Частный запас прочности при изгибе

.

При r/h = 4/15 = 0,267 (К_)Д = К_/_ = 3,2 [1].

(К_σ)Д – эффективный коэффициент концентрации напряжений при изгибе [1]; β_= 0,85 –– коэффициент, учитывающий состояние поверхности при изгибе [2]; ψ_σ= _-1/_В = 0,5156 – коэффициент, учитывающий влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости при изгибе [1].

Для расчёта частного запаса прочности щеки при действии кручения определим момент сопротивления в сечении сопряжения со щекой шатунной шейки:

м³.

По данным расчёта шатунной шейки среднее и амплитудное напряжения: _m= 0,81 МПа; _a = 18,85 МПа(из расчёта двигателя по прототипу ВАЗ-21083).

При r/d_шш = 0,74 (К_)Д = К_/_м = 2,8 [1]. Частный запас прочности щеки при кручении:

,

(К_τ)Д;– эффективный коэффициент концентрации напряжений при кручении β_= 0,95;–– коэффициент, учитывающий состояние поверхности при кручении [1];

ψ_τ= _-1/_В = 0,347 – коэффициент, учитывающий влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости при кручении [1].

Общий запас прочности щеки равен:

Вывод

-Данной методикой просто пользоваться при проектировании, как щеки к.в. так и коленчатого вала в целом.

Список литературы:

1.Гоц, А. Н.Порядок проектирование автомобильных и тракторных двигателей/ А.Н.Гоц, В.В.Эфрос;Владим.гос. ун-т.-Владимир:Изд-во Владим. гос. ун-та, 2007-148с.-ISBN 978-5-89368-836-8.

2. А.Н.Гоц;Расчёт на прочность деталей ДВС при напряжениях, переменных во времени: учебное пособие/А.Н.Гоц.-3-е изд.,испр. и доп.-М.:ФОРУМ;ИНФРА-М,2013.-208.с.-(Высшее образование. Бакалавриат).

3. Рудицин,М.Н. Справочное пособие по сопротивлению материалов/ М.Н.Рудицин, П.Я.Артёмов, М.И. Любошиц; под ред. М.Н. Рудицына-Минск:Высэйш.шк.,1970.-630 с.

4.Определение коэффициентов влияния асимметрии цикла на предельную амплитуду/А.Н.Гоц.//Известия вузов. МАШИНОСТРОЕНИЕ.-2004.-№7.-С.20-28.

 

Код для цитирования: Скопировать