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

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

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