Расчёт коленчатого вала на выносливость
Расчёт коленчатого вала на выносливость
Особенности конструкции
Коленчатый вал двигателя 6 ДКРН 60/202 составной, один фланец отбора мощности. Коленчатый вал собирается из кривошипов в цельную конструкцию горячим прессовым соединением рамовых шеек со щекой. Заклинка кривошипа имеет угол 60°. Смазка рамовых и шатунных подшипников осуществляется независимо друг от друга.
Коленчатый вал сделан из стали 40ХН с обкаткой шеек роликами для увеличения долговечности, коэффициент усиления 
=1,3 . Характеристики стали 40ХН: 
предел прочности при растяжении, 
; 
предел тякучести, 
; 
предел выносливости при изгибе, 
; 
предел выносливости при кручении, 
.
Условие нагружение и расчёта коленчатого вала
Коленчатый вал во время работы двигателя подвергается изгибу в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, от радиальной и тангенциальной сил, 
. Характер изменения этих сил, в функции угла поворота коленчатого вала, показанной на рисунках 1 и 2.
Шейки коленчатого вала дополнительно скручиваются от набегающих тангенциальных сил. Расчёт этих сил, осуществляется с учётом начальных фаз всех колен. Анализ тангенциальных моментов показывает, что не все шейки нагружены одинаково. Расчёту подвергаются только наиболее нагруженные шейки.
Коленчатый вал испытывает напряжение от крутильных, осевых и изгибных колебаний, степень опасности их зависит от близости к резонансу. Учитывать эти напряжения можно только после установления резонансных частот вращения.
Рисунок 1 - Эскиз полуостовного колена двигателя 6 ДКРН 60/202.
Рисунок 2 - Диаграмма радиальной силы.
Рисунок 3 - Диаграмма тангенциальной силы.
Рассмотренные нагрузки периодически меняются, в результате чего в материале вала возникают переменные напряжения. Под действием переменных напряжений в материале вала зарождаются и развиваются усталостные трещины.
Механизм усталостного разрушения коленчатого вала весьма сложен и зависит от множества факторов. По этой причине расчет принято сводить к определению коэффициента запаса прочности на выносливость, с помощью которого косвенно судят о ресурсе.
Расчетная модель, принятая в данной работе, идеализирует коленчатый вал в виде разрезной балки. В этой модели рамная конструкция (Рисунок 3) покоится на жестких точечных опорах. В качестве внешних нагрузок рассматриваются силы z и t, приложенные в середине шатунной шейки, а также моменты, скручивающие рамовые шейки.
Рисунок 4 - Расчётная схема коленчатого вала.
Расчёт коленчатого вала на выносливость
Вывод
В результате расчёта выявлены самые нагруженные рамовые шейки: пятая и шестая. Для них подсчитаны коэффициенты запаса прочности с учётом дополнительных напряжений от крутильных колебаний, удовлетворяющие требованиям работоспособности деталей коренных шеек ( 
и шатунных шеек 
Детали шатунной группы
Условия нагружение
При работе дизеля детали шатунной группы совершают качательное движение и подвергаются действию нагрузок, основными из которых являются силы давления газов и инерции движущихся масс. Результирующей указанных сил будет сила, действующая по оси шатуна. Так как проектируемый нами двигатель является двухтактным, то нагрузка на шатун – знакопостоянная.
Рисунок 9. Сила, действующая по оси шатуна.
Расчёт стержня шатуна
В двухтактных двигателях характер нагружение шатуна определяется знаком силы действующей по оси шатуна. Если знак положительный, то сила сжимающая, если знак отрицательный, то растягивающая. В данном случае 
и 
, больше нуля, следовательно стержень рассчитывается на сжатие.
Стержень шатуна имеет круглое сечение. Основные размеры круга в среднем сечении стержня: 
, 
. Геометрические характеристики сечения
Из чертежа (Рисунок 8) шатунной группы двигателя 6ДКРН60/202 имеем: 
Определим напряжения сжатия в среднем сечении стержня:
- в плоскости качения шатуна
где 
- модуль упругости, 
- в плоскости перпендикулярной к плоскости качения
Характер изменения напряжения в стержне шатуна знакопостоянный. Для данного цикла амплитудное и среднее напряжения в плоскости качения шатуна
Соответствующие значения напряжений для плоскости, перпендикулярной плоскости качения шатуна
Для рассматриваемого цикла коэффициенты запаса прочности вычисляем по пределу выносливости. Коэффициент запаса прочности:
- в плоскости качения шатуна
где 
- масштабный фактор, для заданных размеров верхней головки
- в плоскости, перпендикулярной плоскости качения шатуна
Расчёт шатунных шпилек.
Шатунные шпильки относятся к наиболее ответственным деталям шатунной группы. Разрыв шпильки приводит, как правило, к аварии двигателя со всеми вытекающими отсюда последствиями:
-недостаточное усилие предварительной затяжки, что вызывает раскрытие стыка и образование
-наклёпа на контактируемых поверхностях;
-перетяжка шпилек, превышающая предел текучести материала последующим ослаблением затяжки;
-чрезмерные динамические нагрузки, которые обусловливают усталостные трещины.
Вывод
В данном разделе был выполнен расчёт прочности шатуна. Коэффициент запаса прочности для наружной поверхности верхней головки шатуна – 4,64 , для внутренней поверхности верхней головки – 30,6.
Коэффициент запаса прочности для сечения стержня шатуна в плоскости качания шатуна – 2,12, в плоскости перпендикулярной плоскости качания – 3,26.
Расчёт кривошипной головки шатуна показал запас прочности на выносливость равный 4,07.
На разрабатываемом шатуне на верхней головки стоят 4 шпильки М45×3 c запасом прочности – 2,39, и на нижней головки шатуна стоят две шпильки с запасом прочности -4,8.
Список используемой литературы
1. Румб В.К., Медведев В.В. Прочность судового оборудования Часть 1. Конструирование и расчёты на прочности судовых двигателей внутреннего сгорания. - СПб.: СПбГМТУ, 2006. – 534 с.
Расчёт коленчатого вала на выносливость
Особенности конструкции
Коленчатый вал двигателя 6 ДКРН 60/202 составной, один фланец отбора мощности. Коленчатый вал собирается из кривошипов в цельную конструкцию горячим прессовым соединением рамовых шеек со щекой. Заклинка кривошипа имеет угол 60°. Смазка рамовых и шатунных подшипников осуществляется независимо друг от друга.
Коленчатый вал сделан из стали 40ХН с обкаткой шеек роликами для увеличения долговечности, коэффициент усиления =1,3 . Характеристики стали 40ХН: предел прочности при растяжении, ; предел тякучести, ; предел выносливости при изгибе, ; предел выносливости при кручении, .