Розрахунок деталей шатунної групи

Лекц. 23 ДВЗ Тема:Розрахунок деталей шатунної групи

До розрахункових елементів шатунної групи відносяться: стрижень шатуна, поршнева і кривошипна головки, шатунні болти.

На рисунку 1наведено розрахункову схему шатуна, а в таблиці 1– отримані за статистичними даними співвідношення розмірів елементів шатуна.

Рисунок 1 – Розрахункова схема шатуна

Таблиця 1– Конструктивні співвідношення розмірів елементів шатуна

Параметр

Бензинові двигуни

Дизелі

Внутрішній діаметр поршневої

головки (втулки) d:

без втулки

з втулкою

Зовнішній діаметр головки dгол

Довжина поршневої головки

шатуна lш:

з закріпленим пальцем

з плаваючим пальцем

Мінімальна радіальна товщина стінки головки hг Радіальна товщина стінки

втулки sв

d dп

(1,10…1,25)·dп

(1,25…1,65)·dп

(0,28…0,32)·D

(0,33…0,45)·D

(0,16…0,27)·dп

(0,055…0,085)·dп

d dп

(1,10…1,25)·dп

(1,30…1,70)·dп

(0,28…0,32)·D

(0,33…0,45)·D

(0,16…0,27)·dп

(0,055…0,085)·dп

1. Розрахунок поршневої головки шатуна

Згідно з таблицею 1приймають: зовнішній діаметр головки шатуна

dгол, мм; внутрішній діаметр поршневої головки (втулки) d,мм; радіальну товщину стінки втулки sв, мм; радіальну товщину стінки головки hг=( dгол – d)/2 , мм; радіальну товщину стінки втулки sв = (d – dп) / 2, мм.

Матеріал шатуна –вуглецева сталь 45Г2; модуль пружності

Еш = 2,2·10 5 МПа, коефіцієнт розширення ш= 1·10 -5 1/К. Матеріал втулки – бронза; модуль пружності Евт = 1,15·10 5 МПа, вт= 1,8·105 1/К.

Визначають сумарний тиск на поверхні контакту втулки з головкою шатуна за формулою:

,МПА, (1)

де - натяг посадки бронзової втулки, = 0,04…0,045 мм;

t = d ·(вт –ш)· T, мм – температурний натяг;

T – середня температура підігріву головки і втулки шатуна при роботі двигуна, T = 100…200 К;

- коэфіциєнт Пуассона, = 0,3.

Отримавши тиск втулки на поверхню головки, згідно з рівняннями Ламе, визначають напруження від сумарного натягу на поверхнях (МПа):

– зовнішня поверхня поршневої головки шатуна:

; (2)

– внутрішня поверхня поршневої головки шатуна:

; (3)

Допустимі значення напруження МПа.

Визначають максимальну силу інерції мас поршневої групи, що рухаються зворотно-поступально при n = ne:

(4) де с-1 –кутова швидкість колінчастого вала на номінальному режимі роботи двигуна.

На рисунку 2 наведено розподіл навантаження на поршневу головку:

а) – при розтягуванні, б) – при стискуванні.

а) б)

Рисунок 2– Схема навантаження поршневої головки шатуна

Визначають величину нормальної сили у вертикальному перерізі головки шатуна (переріз 0 – 0) за формулою:

(5)

де – кут защемлення; приймають = 105 град.

Знаходять величину згинаючого моменту у вертикальному перерізі головки шатуна за формулою:

Н·м, (6)

де rcp–середній радіус поршневої головки, м:

(7)

Визначають величину нормальної сили у перерізі (Н), що відповідає куту защемлення:

(8)

Знаходять згинаючий момент у цьому ж перерізі, Н·м:

(9)

Визначають напруження від розтягуючої сили у зовнішньому шарі головки шатуна, МПа:

(10)

де К=Еш·Fг / (Еш· Fг+ Ев· Fвп);

Fг=(dг – d)·lш , мм2;

Fв=(dг – dп)·lш , мм2.

Визначають сумарну силу, що стискує головку, Н:

Рст = (рzд –p0 )·Fn ; (11)

де рzд – максимальний тиск згоряння в циліндрі двигуна, МПа;

Pjn –максимальна сила інерції мас поршневої групи, що рухаються зворотно-поступально, при n = ne.; визначається за формулою (4).

Визначають нормальну силу від стискуючої сили у розрахунковому перерізі, Н:

(12)

де = 0,0005, визначається з таблиці 2.

При визначенні кут у формулу підставляється у радіанах.

Таблиця 2– Значення розрахункових параметрів

Параметри

Кут защемлення , град.

100

105

110

115

120

125

130

0,0001

0,0005

0,0009

0,0018

0,0030

0,0060

0,0085

0

0,0001

0,00025

0,0006

0,0011

0,0018

0,0030

Визначаємо згинаючий момент від стискуючої сили у розрахунковому перерізі, Н·м:

(13)

Визначають напруження у зовнішньому шарі від стискуючої сили, МПа:

(14)

Визначають запас міцності:

(15)

де – межа витривалості матеріалу при розтягуванні, = 210 МПа;

= 0,12 – коефіцієнт приведення циклу при розтягуванні;

= 0,7 – коефіцієнт, який враховує фактор обробки поверхні.

Запас міцності поршневої головки має знаходитись у межах

= 2,5…5,0.

Розрахунок кривошипної головки шатуна

Основні конструктивні розміри кривошипної головки шатуна приймаємо згідно з даними, які наведено в таблиці 3.

Таблиця 3– Конструктивні розміри кривошипної головки шатуна

Розміри елементів кривошипної головки

Межі розмірів

Діаметр шатунної шийки, шш

(0,56…0,75)·D

Товщина стінки вкладиша, :

тонкостінного

товстостінного

(0,03…0,05)· шш

0,1· шш

Відстань між шатунними болтами, Сб

(1,30…1,75) · шш

Довжина кривошипної головки,

(0,45…0,95) · шш

Для розрахунків приймають: шш,мм; мм; Сб, мм; , мм.

Визначають максимальну силу інерції, що діє на кришку нижньої головки шатуна і вкладиш, М·Н:

; (16)

де с-1 – кутова швидкість колінчастого вала на максимальних обертах холостого ходу;

– маса поршневої групи, кг;

m1= 0,275mш– маса шатунної групи, яка здійснює зворотно-поступальний рух, кг;

m2 = mш·0,725, кг – маса шатунної групи, яка здійснює обертальний рух;

mкр= (0,20…0,28)· mш, кг – маса кришки кривошипної головки.

Знаходять напруження згину нижньої кришки шатуна і вкладиша:

МПа, (17)

де с, м– відстань між осями шатунних болтів;

, м4– момент інерції розрахункового перерізу вкладиша;

, м4– момент інерції розрахункового перерізу кришки;

, м.

, м3– момент опору розрахункового перерізу;

,м2.

Допустимі значення напруження МПа.

PAGE \* MERGEFORMAT 6


EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

Розрахунок деталей шатунної групи