Расчет поршневого пальца

Расчет производится на прочность от изгибающих моментов; на предельно допустимую деформацию (овализацию) во избежание заклинивания в верхней головке шатуна; на удельное давление на его трущихся поверхностях.

Рисунок 8 – Модель поршневого пальца

При плавающем пальце для каждой точки его расчетного сечения возможен такой случай, когда в момент действия максимального усилия (таковым обычно является ) она окажется либо в зоне максимально растянутых, либо в зоне максимально сжатых волокон. Таким образом, в каждой точке расчетного сечения напряжение может колебаться в соответствии с изменением нагрузки от  до , где .

Рисунок 9 – Схема нагружения поршневого пальца

Этот случай симметричного цикла нагружения опасен с точки зрения прочности поршневого пальца и поэтому является расчетным.

Изгибающий момент

(где L – расстояние между серединами опорных участков в бобышках поршня, м; а – длина верхней головки шатуна, м; Р_с – сила, действующая на палец со стороны поршня, Н, изменяем в пределах от  до , где

, где

Масса поршня

Значение  в зависимости от угла поворота коленчатого вала приведены в таблица 7.

Таблица 7 – Значение  в зависимости от угла поворота коленчатого вала

0,00	-11831,50	51,43	-5235,48	102,86	4348,29	154,29	6791,70
12,86	-11347,48	64,29	-2456,71	115,71	5609,74	167,14	6775,33
25,71	-9958,18	77,14	209,64	128,57	6356,74	180,00	6756,88
38,57	-7835,03	90,00	2529,91	141,43	6700,84

Тогда

Среднее напряжение рассматриваемого цикла равно нулю, а амплитуда цикла . Момент сопротивления пальца изгибу

.

Запас прочности пальца на изгиб определяется по выражению

,

где коэффициент фактора размерности  для диаметра пальца 25мм составляет 0,92.

- коэффициент, учитывающий влияние концентрации напряжений (связанных с резким изменением поперечного сечения) при переменных нормальных напряжениях. Так как палец не имеет скачков поперечного сечения по всей своей длине, то принимаем

Величина  составляет 450 МПа. Тогда

Рисунок 10 – Схема овализации поршневого пальца

Так как по этой формуле запас прочности поршневого пальца значительно занижен по сравнению с действительным запасом, то полученный запас прочности является достаточно надежным критерием оценки прочности.

Под действием силы Р_С палец овализируется (рисунок 10). В направлении действия Р_С диаметр пальца уменьшается, в противоположном направлении – увеличивается. Как показали исследования Р.С. Кинасошвили, наибольшие напряжения при овализации возникают в точках  и  и их величина

,

где ξ=f(α), а α, в свою очередь равна

.

Графическая зависимость ξ=f(α) приведена в пособии [4]. По ней определяем .

Тогда

Так как допустимое напряжение овализации лежит в пределах 230-270МПа [4], то запас прочности по овализации обеспечивается.

Степень овализацци задается обычно как увеличение внешнего диаметра в направлении, перпендикулярном приложению нагрузки. Это увеличение определим по формуле Кинасошвили [4]:

Полученная степень овализации не превышает допустимую (0,05мм), следовательно, условие незаклинивания в верхней головке шатуна соблюдается.

Удельное давление пальца на бобышки поршня:

, где b – длина контактирующей с пальцем поверхности бобышки

Тогда как допустимое удельное давление пальца на бобышки поршня составляет 50 МПа [4].