Расчет коленчатого вала во 2-м расчетном положении
2-е расчетное положение коленчатого вала определяется на основе расчета сил динамики (Таблица №1. Расчет сил динамики в кривошипно-шатунном механизме). Угол положения коленчатого вала, при котором в цилиндре достигается максимальное касательное усилие Т1мах, обычно наблюдается при повороте кривошипа на 20-300 после ВМТ (Рис. 2).

Расчетным считается то колено, к которому в положении Т1мах подводится максимальное суммарное касательное усилие от выше расположенных цилиндров. Для определения расчетного колена строится таблица (Табл. 3), аналогичная предыдущему случаю. В 1-й строке таблицы записывается значение Т1 начиная с Т1мах, через угол заклинки кривошипов Ψ. В последующих строках эти записи повторяются со сдвигом по фазе с учетом порядка работы цилиндров. Просуммировав в каждой графе усилия T1 от выше расположенных цилиндров, определяют ΣT и выбирают ΣТмах. Для приведенного в таблице примера максимальное усилие ΣТмах получено в 4-м цилиндре. Это колено является расчетным.
Таблица 3 Определение расчетного колена во 2-м положении коленчатого вала
No Цикл. | 20 | 80 | 140 | 200 | 260 | 320 |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | T1=1.80 ΣT=0 | 1.48 | 0.713 | -0.348 | -0.86 | 0.297 |
2 | 0.713 | -0.348 | -0.86 | 0.297 | T1=1.80 ΣT=-0.86 | 1.48 |
3 | -0.86 | 0.297 | T1=1.80 ΣT=0.147 | 1.48 | 0.713 | -0.348 |
4 | -0.348 | -0.86 | 0.297 | T1=1.80 ΣT=1.429 | 1.48 | 0.713 |
5 | 0.297 | T1=1.80 ΣT=0.569 | 1.48 | 0.713 | -0.348 | -0.86 |
6 | 1.48 | 0.713 | -0.348 | -0.86 | 0.297 | T1=1.80 ΣT=1.282 |
Крутящий момент на расчетном колене равен:
- В кормовой рамовой шейке Мкр = (T1мах + ΣТмах ) Fп R;
- В мотылевой шейке Мкр = (0.5 Т1мах + ΣТмах) Fп R.
Напряжение кручения в шейках рассчитывается по формуле (№4.). Кроме того, напряжение кручения возникает и в щеках колена под действием силы T1мах, которая создает крутящий момент, равный:
Мкщ= 0.5 Т1мах Fпc
Напряжение кручения будет разным для широкой и узкой стороны щеки, имеющих разный полярный момент сопротивления, равный:
- На середине широкой стороны щеки W’ = k b h2;
- На середине узкой стороны щеки W” =k b2 h.
Коэффициент К определяется соотношением размеров щеки b/h (обозначение смотри Рис. №1. Схема колена кривошипа в 1-м расчетном положении ), может быть найден из табл. 4.
Таблица 4 Значение коэффициента К
b/n | 1 | 1.5 | 1.75 | 2.0 | 2.5 |
---|---|---|---|---|---|
K | 0.208 | 0.231 | 0.239 | 0.246 | 0.258 |
Напряжение изгиба в шейках коленчатого вала во 2-м расчетном положении определяется силой Sφ, равной:
Мкщ= 0.5 Т1мах Fпc
где Rφ, — радиальная сила кривошипа при угле φ, соответствующем силе T1мах.
Сила Rφ, определяется по данным расчета сил динамики.
Величина изгибающего момента на шейках и в щеках определяется равенствами:
- На рамовой шейке Мкр = 0.5 Sφ Fп а;
- На мотылевой шейке Мкм = 0.5 Sφ, Fп 0.5 А;
- На щеке колена (от реакции Rφ /2 ) Мищ = 0.5 Rφ Fп с.
Напряжения изгиба в этих элементах определяются по тем же расчетным формулам, что и для 1-го расчетного положения коленчатого вала (зависимости (10-8) — (10-11)). Напряжения сжатия в щеке определяются воздействием радиальной силы Rφ:
σсж = 0.5 Rφ Fп / bh
Сложные напряжения рассчитываются по формулам:
В рамовой и мотылевой шейках: σpm = √σ и2 +4tk2
В щеке на середине широкой стороны: σщ = √(σиз+σсж)2+4tщ2
В щеке на середине узкой стороны: σщ =√(σиз+σсж)2 +4tщ2
Сложные напряжения для углеродистой стали должны находится в пределах:
- Для рамовой шейки — 40 — 80 МПа;
- Для мотылевой шейки — 60 — 100 МПа;
- Для щеки колена — 80 — 120 МПа.
Смотрите также:
а) Требования Регистра России к диаметру коленчатого вала
б) Расчет коленчатого вала в 1-м расчетном положении