Расчет на прочность коленчатого вала двигателя

5  РАСЧЕТ  НА  ПРОЧНОСТЬ КОЛЕНЧАТОГО 

ВАЛА  ДВИГАТЕЛЯ  ( СПЕЦИАЛЬНОЕ  ЗАДАНИЕ )

Результаты динамического расчета КШМ используют для расчетов прочности, важнейшим из которых является расчет прочности коленчатого вала. В данной методике не учитываются постоянные по величине силы инерции противовесов, влияющие на средние напряжения циклов нагружения. Установлено, что эти напряжения практически не влияют на запасы прочности элементов коленчатых валов[4].

5.1  Расчет коренной шейки по смазочному отверстию

Коренные шейки рассчитывают только на кручение. Наиболее напряженной является шейка, для которой максимальна величина

  кН∙м.

Значения   и   выбираем из табл. 3.2.

Момент сопротивления коренной шейки при кручении

 м,

где  – коэффициент ослабляющего действия смазочного сверления, равный 0,9;

       .

Амплитуда цикла касательных напряжений

  МПа.

Запас прочности коренной шейки по касательным напряжениям

 ,

где   – предел усталости коленчатого вала по касательным напряжениям из          материала ВЧ-50-2, равный 170 МПа;

            – коэффициент динамичности, учитывающий дополнительные напряже- ния от крутильных колебаний, равный 1;

            – отношение эффективного коэффициента концентрации напряжений для вала с поперечным сверлением к масштабному коэффициенту, равное 2,5.

5.2  Расчет шатунной шейки в сечении по смазочному отверстию

Напряжения изгиба в расчетном сечении определяют по изгибающему моменту МИQ, действующему в продольной плоскости, проходящей через ось отверстия

 кН∙м;

где  – угол расположения смазочного отверстия в шатунной шейке, равный 90°.

Для К-й шатунной шейки

;   .

Закон изменения ZK  и  ТК одинаковы для всех шатунных шеек. Результаты вычислений представлены в табл. 5.1.

           Таблица № 5.1 – Изгибающие моменты в сечении по смазочному отверстию

,гр.п.к.в.	,кН	,кН∙м	,кН	,кН∙м	,кН∙м
360	24,45381	0,65414	0	0	0
370	31,79775	0,85059	9,40510	0,25159	-0,25159
380	15,23030	0,40741	11,73495	0,31391	-0,31391
710	-15,00712	-0,40144	1,39781	0,03739	-0,03739
0	-15,37193	-0,41120	0	0	0
10	-15,10801	-0,40414	-1,42110	-0,03801	0,03801
370	31,79775	0,85059	9,40510	0,25159	-0,25159
380	15,23030	0,40741	11,73495	0,31391	-0,31391
390	2,82276	0,07551	9,38940	0,25117	-0,25117
340	-0,20505	-0,00549	-4,24431	-0,11354	0,11354
350	9,77507	0,26148	-4,32210	-0,11562	0,11562
360	24,45381	0,65414	0	0	0

Расчет таблицы ведется лишь для нескольких значений вблизи Zmax  и Tmax  и нескольких значений  в близи Zmin  и  Tmin.

Расчет ведется по разности моментов

  кН∙м.

Амплитуда нормальных напряжений

  МПа,

где        м;

.

Запас прочности по нормальным напряжениям

  ,

где     – предел усталости коленчатого вала по нормальным напряжениям из материала ВЧ-50-2, равный 210 МПа;

             .

Расчет на кручение второй шатунной шейки, для которой

  кН∙м.

Эти зависимости представлены в табл. 5.2. Расчет ведется для значений  , которые находятся вблизи максимальных значений Мкр1,2   и  Т2  и вблизи минимальных  Мкр1,2  и  Т2.

Амплитуда касательных напряжений

  МПа,

Таблица № 5.2 – Скручивающие моменты в шатунной шейке

, гр.п.к.в.	,  кН∙м	,      кН	,  кН∙м
190	0,38561	-0,42606	0,37687
200	0,48113	-0,86568	0,46339
210	0,38497	-1,32572	0,35779
160	-0,17402	0,86121	-0,15636
170	-0,17721	0,42531	-0,16849
180	0	0	0
370	-0,01802	9,40510	0,17479
380	-0,03568	11,73495	0,20489
390	-0,05417	9,38940	0,13831
340	0,04338	-4,24431	-0,04363
350	0,02021	-4,32210	-0,06839
360	0	0	0
			0,63187

где     м.

Запас прочности по касательным напряжениям

.

Полный запас прочности

 .

Полный запас прочности шатунной шейки больше предельно допустимого значения запаса прочности, что подтверждает работоспособность конструкции.   

5.3  Расчет щек в сечениях по галтелям шатунных шеек

Наиболее напряженными являются точки сопряжения щек с шатунными шейками в плоскости кривошипа. Такая точка находится на радиусе галтели r. Напряжения в этих точках возникают только от действия сил Z и T на данном кривошипе. Наибольшие значения напряжений возникают на щеках с наименьшей толщиной b, расположенных возле наиболее длинных коренных шеек.

Для определения амплитуд нормальных и касательных напряжений в расчетной точке щеки используют силы Zmax  и Тmax, Zmin  и  Тmin, которые можно найти в табл. 5.1. С учетом равенства размеров щек и шеек на коленчатом валу, получаем:

МПа,

где   – длина коренной шейки, равная 0,032 м;

        – толщина щеки, равная 0,02 м;

        – ширина щеки, равная 0,09 м;

       – длина кривошипа, равная 0,107 м;

         м;

      м.

  МПа,

где  – табличный коэффициент, зависящий от отношения  . Отсюда, .

Табличные коэффициенты концентрации напряжений, зависящие от отношения   :

;

.

Запас прочности в расчетных точках щек по нормальным напряжениям

  ,

где    – масштабные коэффициенты, равные 0,63.

Запас прочности в расчетных точках щек по касательным напряжениям

 .

Полный запас прочности в расчетных точках щек

Полный запас прочности в расчетных точках щек больше предельно допустимого значения запаса прочности, что подтверждает работоспособность