VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Расчёт шатунной шейки коленчатого вала проводим в соответствии с методикой принятой на кафедре: «Тепловые двигатели и энергетические установки» Владимирского государственного университета.

Рассмотрим расчётную схему наиболее нагруженного кривошипа, которую определили по результатам динамического расчёта:[1]

Рис. 1. Расчетная схема

Длина коренных шеек коленчатого вала: левая l_кш.L =28 мм; правая – l_кш.P = 28 мм; диаметр коренной шейки d_кш= 51 мм; толщина щек h_L=hP = 15мм; ширина щек в районе перекрытия b= 70 мм; длина шатунной шейки l_шш = 24 мм; диаметр ее d_шш= 48 мм, радиус галтели в сопряжении шеек со щекой r = 2 мм, масса противовеса m_пр=0,318 кг, приведенная масса щеки (m_щ)r=0,04 кг, l_кр=82 мм. В коренных и шатунных шейках имеются отверстия для подачи масла к вкладышам подшипников диаметром aкш = 6 мм и aшш = 6 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.

Запасы прочности шатунной шейки определим в месте сопряжения со щекой (сечение I-I). По результатам динамического расчета известно (расчет не приводится), что на режиме номинальной мощности наибольший крутящий момент равен 288,5 Н·м, при φ=375⁰ПКВ; минимальный – -169,5 Н·м при φ=45⁰ПКВ [1].

Момент сопротивления при кручении шатунной шейки в сечении I-I равен ; d_ш.ш. = 48 мм – диаметр шатунной шейки в сопряжении со щекой; δ =0 мм, λ=1.

Момент сопротивления в сечении I-I равен:[2]

=21,7·10^-6 м³.

Максимальное и минимальные касательные напряжения равны:

13,29 МПа; -7,81 МПа.

Определим амплитудное и среднее напряжения:

10,55 МПа; 2,74 МПа.

При отношении радиуса галтели к диаметру шатунной шейки при переходе к щеке r/d= 2/48= 0,042 (K_τ)Д= 3,8; β = 0,89; ψ_τ = 0,464.[2] Таким образом, частный запас прочности шатунной шейки в сечении I-I (по галтели при переходе от шейки к щеке) при кручении равен [2]

4,27

Действительный запас прочности равен

Определим напряжения в сечениях I-I шатунной шейки от действия изгибающих моментов.

Для расчета шатунной шейки на изгиб из условий равновесия определим реакции на опоры А и В. (см. рис. 1) Изгибающий момент в сечении сопряжения шатунной шейки со щекой (сечение I-I) от сил, действующих в плоскости кривошипа (момент относительно оси x), равен:

от максимальных сил

от минимальных сил

В плоскости, перпендикулярной плоскости кривошипа, (положительный знак момента принимается, если верхние волокна вала, обращенные к положительному направлению оси x, находятся в сжатой зоне):

от максимальных сил

от минимальных сил

.

Шатунная шейка имеет круглое поперечное сечение, то определить напряжения от изгиба можно от суммарного изгибающего момента (косой изгиб не возникает). Поэтому напряжение может быть найдено по формуле

где M_Σ – суммарный изгибающий момент; W= 2I_x/d_ш.ш. = 10,83·10^-6 м³– момент сопротивления поперечного сечения при изгибе.

Осевой момент инерции шатунной шейки в сечении I-I .

Поскольку от максимальных сил максимальный изгибающий момент равен:

Н·м

От минимальных сил:

Н·м

Максимальное и минимальное напряжение в сечений I-I

МПа. = 4МПа.

Вычислим амплитудное и среднее напряжения при изгибе в сечении I-I

σ_a = (26,3-4)/2=11,15 МПа; σ_m = (26,3+4)/2= 15,15МПа.

Запас прочности при изгибе в сечении I-I определяется по формуле

где, при r/h = 2/15= 0,133 эффективный коэффициент концентрации напряжений с учетом масштабного фактора (K_σ)Д=3,9, β=1,3 (обкатка роликами) ,ψ_σ=0,464[2]

Общий запас прочности шатунной шейки в сечении I-I равен

Библиографический список

1. Гоц А.Н. Кинематика и динамика кривошипно–шатунного механизма поршневых двигателей /А.Н. Гоц; Владим. гос. ун-т. – Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2006. – 104 с.

2. Гоц А.Н. Расчеты на прочность деталей ДВС при напряжениях, переменных во времени: учеб. пособие / А.Н. Гоц; Владим. гос. ун-т. – Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2011. – 140с.

Код для цитирования: Скопировать