Расчёт верхней головки шатуна.
Конструктивно верхняя головка шатуна характеризуется следующими размерами: длина головки , диаметр расточки , наружный диаметр головки внутренний диаметр с учётом подшипников , радиус
коэффициент
Из динамического расчёта имеем:
.
Площадь поршня рассчитана ранее
Тогда усилие, сжимающее верхнюю головку шатуна, определяется зависимостью
Изгибающий момент и нормальная сила в сечении
где и определены по графикам [1] для угла ϕ=144°.
Тогда изгибающий момент и нормальная сила в сечении ϕ=90°.
Напряжение на наружной поверхности от сжимающей силы
Напряжение на внутренней поверхности
Определим коэффициент запаса прочности для внешней поверхности. Максимальные и минимальные напряжения в рассматриваемом сечении:
Так как цикл изменения напряжения знакопостоянный, коэффициент прочности вычислим в функции от предела текучести
где - масштабный фактор, для заданных размеров верхней головки
Определим коэффициент запаса прочности для внутренней поверхности. Максимальные и минимальные напряжения в рассматриваемом сечении:
Так как цикл изменения напряжения знакопостоянный, коэффициент прочности вычислим в функции от предела текучести
где - масштабный фактор, для заданных размеров верхней головки
Теперь изгибающий момент и нормальная сила в сечении ϕ=144°.
Напряжение на наружной поверхности от сжимающей силы
Напряжение на внутренней поверхности
Определим коэффициент запаса прочности для внешней поверхности. Максимальные и минимальные напряжения в рассматриваемом сечении
Так как цикл изменения напряжения знакопеременный, коэффициент прочности вычислим в функции от предела текучести
где - масштабный фактор, для заданных размеров верхней головки
- коэффициент чувствительности материала
Определим коэффициент запаса прочности для внуутренней поверхности. Максимальные и минимальные напряжения в рассматриваемом сечении:
Так как цикл изменения напряжения знакопеременный, коэффициент прочности вычислим в функции от предела текучести
где - масштабный фактор, для заданных размеров верхней головки
Проверка износостойкости втулки сводится к определению среднего и максимального в головном подшипнике
где и – силы, отнесённые к площади поршня, берут из развёрнутой диаграммы, характеризующие загруженность подшипника,
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