Расчет шатунной шейки коленчатого вала.

Из анализа схемы нагружения шатунной шейки видно, что в основном она нагружена крутящими и изгибающими моментами.

 

4.2.1. Расчет шатунной шейки коленчатого вала на кручение

Найдем максимальные и минимальные касательные напряжения, возникающие в шатунных шейках:

где, - момент сопротивления сечения коренной шейки

М_max, M_min – максимальный и минимальный крутящие моменты

М_max=327.5 Н·м

M_min= -160 Н·м

(м³)

Зная максимальные и минимальные касательные напряжения, найдем среднее (τ_m) и амплитудное (τ_а) касательные напряжения:

Находим коэффициент запаса усталостной прочности:

где, τ_-1= 80 МПа (Сталь 10) - предел усталости материала шейки при симметричном нагружении

К_τ=(1.8÷2.0)=1.9 – коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений в шатунной шейке (определяется в ослабленном сечении шейки)

ε_τ=0.76 – коэффициент, учитывающий абсолютные размеры коренной шейки

где, τ₀ – предел усталости материала при пульсирующем цикле нагружения

(τ_-1/ τ₀)=(1.6÷2.0) => τ₀=50 (МПа)

Рекомендуемый запас усталостной прочности для автомобильных двигателей: n_τ=(3÷4). Условие выполняется.

 

4.2.2. Расчет шатунной шейки коленчатого вала на изгиб.

Из динамического расчёта снимаем значения К_max,K_{min ,}T_max,T_min

К_max=7521 Н K_min=-7887.7 Н – сила, направленная вдоль кривошипа

T_max=5453.3 Н T_min=-3825.4 Н – сила, создающая момент

 

=1.606 кг– масса вращающихся частей

а=0.5·(h+l_шш)=0.5·(15.2+29.26)=22.23мм

M_Tmax=T_max 0.25· l M_Tmax=5453.3·0.25·0.10526=143.5 Н·м

M_Tmin=T_min 0.25· l M_Tmin= -3825.4·0.25·0.10526=-100.67Н·м

 

M_Kmax=0.25· (К_max-K_r)· l + K_r· (0.5· l -a)

M_Kmax=0.25· (7521-18226.1) ·0.10526+18226.1· (0.5·0.10526-0.02223)=272.37 Н·м

 

M_Kmin=0.25· (К_min-K_r) · l + K_r· (0.5· l -a)

M_Kmin=0.25· (-7887.7-18226.1)·0.10526+18226.1· (0.5·0.10526-0.02223)= -133.11 Н·м

 

- угол поворота КВ, при котором момент сопротивления сечения шатунной шейки изгибу будет наименьшим, значение берём из динамического расчёта

 

 

- момент сопротивления сечения шатунной шейки изгибу

Находим нормальные напряжения изгиба:

 

Зная максимальные и минимальные нормальные напряжения изгиба, найдем среднее (σ_m) и амплитудное (σ_а) нормальные напряжения изгиба:

 

Находим запас усталостной прочности:

где, σ_-1= 160 МПа (Сталь 10) - предел усталости материала шейки при симметричном нагружении

К_σ=2.3– коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений в шатунной шейке

ε_σ=0.67 – коэффициент, учитывающий абсолютные размеры шатунной шейки

α_σ=0.06 – коэффициент приведения асимметричного цикла к равноопасному симметричному циклу

Находим суммарный запас усталостной прочности:

Рекомендуемый запас усталостной прочности: n_τ=(2.5÷3.0). Условие выполняется.