Расчет поршневой головки шатуна

Исходные данные:

Масса поршневой группы m_п=0,99337кг

Масса шатунной группы m_ш=1,245кг

Частота вращения n=4000 об/мин

Ход поршня S=0,089м

Площадь поршня F_п=0,0083м²

Диаметр верхней головки шатуна:

Наружный d_г=35

Внутренний d=26мм

Радиальная толщина стенки головки

Для стали 45Г2 имеем:

Предел прочности

Предел усталости при изгибе

Предел текучести

Расширение-сжатие

Коэффициент приведения цикла при изгибе a_σ=0,17

Коэффициент приведения цикла при растяжении-сжатии a_σ=0,12

При изгибе:

 

 

При растяжении-сжатии:

 

 

Рис.3.3. Расчетная схема шатунной группы Расчет сечения I-I

 

Максимальное напряжение пульсирующего цикла

 

 

Среднее напряжение и амплитуда напряжения.

 

e_м=0,86

 

 – масштабный коэффициент

 

e_n=0,9

 

-коэффициент поверхностной чувствительности (чистое обтачивание внутренней поверхности головки)

 

то запас прочности в сечении I-I определяем по пределу усталости

 

 

Напряжения от запрессованной втулки:

удельное давление на поверхности соприкосновения втулки с головкой

 

 

где - коэффициент Пуассона;  - суммарный натяг.

Напряжения от суммарного натяга на внешней поверхности головки

 

 

напряжения от суммарного натяга на внутренней поверхности головки

 

 

Рис.3.4. Расчетная схема головки шатуна а- при растяжении; б- при сжатии

 

Расчет на усталостную прочность сечения перехода головки шатуна в стержень.

-Максимальная сила, растягивающая головку

 

 

-Нормальная сила и изгибающий момент в верхней части шатуна

w_шз=105°- угол заделки головки

 

-Нормальная сила и изгибающий момент в расчетном сечении от растягивающей силы

 

 

-Напряжения на внешнем волокне от растягивающей силы

 

 

Суммарная сила, сжимающая головку:

 

Нормальная сила и изгибающий момент в расчетном сечении от сжимающей силы.

 

 

-Напряжение на внешнем волокне от сжимающей силы

 

 

-Максимальное и минимальное напряжение а симметричного цикла

 

 

-Среднее напряжение и амплитуда напряжений

 

 

то запас прочности в сечении перехода головки шатуна в стержень определяем по пределу текучести

 

 

Расчет кривошипной головки шатуна

Исходные данные

Масса шатунной группы: m_ш = 1,245 кг

Масса шатуна, сосредоточенная на оси поршневого пальца m_шп = 0,342 кг

Масса шатуна, сосредоточенная на оси кривошипа m_шк = 0,903 кг

Масса крышки кривошипной головки m_кр = 0,25 m_ш=0,311 кг

Диаметр шатунной шейки d_шш = 60мм

Толщина стенки вкладыша t_b = 3,14 мм

Расстояние между шатунными болтами с_б = 77 мм

Длина кривошипной головки l_k = 27 мм

Максимальная сила инерции

 

Момент сопротивления расчетного сечения:

 

 

Момент инерции вкладыша и крышки

 

 

Напряжения изгиба крышки и вкладыша.

 

 ;

Расчет стержня шатуна

Длина шатуна: l_ш = 166 мм

Размеры сечения шатуна: b_ш=15,75 мм, a_ш=7,5 мм, t_ш=4мм, h_ш=30 мм

Внутренний диаметр головки d₁ =67мм

Из динамического расчета имеем:

 

Площадь и момент инерции расчетного сечения В – В

 

 

Максимальное напряжение от сжимающей силы в плоскости качания шатуна

 

 

В плоскости перпендикулярной плоскости качания шатуна

 

L₁ – длина стержня шатуна между расточками верхней и нижней головок шатуна.

L₀– расстояние между осями головок шатуна.

Минимальное напряжение осей растягивающей силы

 

 

Средние напряжения и амплитуды цикла:

 

Где

 

 

 

- эффективный коэффициент концентрации напряжений;

 

т.к.  

и  

 

запас прочности в сечении определяется по пределу усталости