Расчет шатуна

Изменение напряжения в стержне шатуна определяется изменением суммарной движущей силы цилиндра. Для 2-х тактного двигателя амплитуда изменения суммарной движущей силы численно равна ее максимальному значению:

РΣ = PΖ — Pj ВМТ

В 4-тактном двигателе в конце такта выталкивания шатун нагружен растягивающими усилиями от сил инерции, амплитуда РΣ возрастает до величины: РΣ = PΖ.

Однако как в 2-х, так и 4-тактных двигателях в качестве расчетного принимается усилие от максимального давления в цилиндре PΖ. Напряжение сжатия в стержне шатуна от этого усилия равно:

σсж = PΖ Fп / f стmin 

где f стmin — минимальное сечение стержня шатуна.

Сила от давления PΖ не только сжимает стержень, но и вызывает его продольный изгиб. Напряжения от продольного изгиба, прежде всего, определяются силами инерции стержня шатуна, которые при работе двигателя стремятся шатун изогнуть. В предельном случае продольного изгиба шатун может быть поломан.шатуна производится 2-мя путями:

  • Расчетом степени надежности стержня (по отношению к критической силе, ломающей шатун);
  • Расчетом напряжений изгиба и суммарного условного напряжения.

Критическая сила, ломающая шатун, рассчитывается в зависимости от степени гибкости стержня. Степень гибкости — это отношение длины шатуна L к радиусу инерции поперечного сечения i. Для судовых двигателей отношение L/i находится в пределах: 110> L/i >50. Для такого случая ломающие критические напряжения могут быть найдены по формулам:

  • Для углеродистых сталей σк = (3350 — 6.2 L/i )кг / см2;
  • Для легированной стали σк = (4700 — 23 L/i )кг / см2. .

Тогда критическая сила равна:

Рк = σк fст

Степень надежности стержня шатуна определится отношением:

ξ = Pк / PΖ Fп

Считается допустимым:

  • ξ = 4 — 6.5 — для тихоходных двигателей;
  • ξ = 3 — 4.5 — для быстроходных двигателей.

Сила инерции, действующая на единицу длины шатуна при работе двигателя, изменяется от 0 (у верхней головки ) до максимального значения q — у нижней головки (рис. 1).

Рис. 1 Схема действия сил инерции в шатуне

Величина q равна:

q= mω2 R

  • где m = fст p — масса единицы длины шатуна (произведение площади поперечного сечения стержня на плотность);
  • R — радиус вращения нижней головки;
  • ω = π n /30 — угловая скорость коленчатого вала.

Как известно, при подобном изменении сил инерции по длине стержня величина равнодействующей равна: Рмах = q L / 2, а максимальное значение изгибающего момента определяется равенством:

Ммах = qL2 / 16

Момент Ммах соответствует сечению, расположенному на расстоянии 0.577 L от верхней головки шатуна. Напряжение изгиба в этом сечении составит:

σи = Ммах / W

где W — момент сопротивления поперечного сечения стержня (для круглого сечения W = 0.1 d3).

Суммарное условное напряжение в стержне шатуна равно сумме напряжений сжатия и изгиба:

σΣ = σсж + σи

Считается допустимым напряжение:

  • σΣ = 100 МПа — для шатунов из углеродистой стали;
  • σΣ = 130 МПа — для шатунов из легированной стали.

Сентябрь, 18, 2016 405 0
Читайте также