Расчет деталей двигателя на прочность

номинальный диаметр  болта  d=10 мм     

шаг резьбы     t=1 мм     

количество болтов   i_б=2      

материал болта  Сталь 40Х ГОСТ4543 – 71  

Для указанной стали  имеем:  σ_в = 1000 МПа

σ_т = 900 МПа

σ_-1р = 330 МПа

α_σ = 0,16

 

 

Сила предварительной  затяжки

 

 

Суммарная сила, растягивающая  болт

 

, Н

где х = 0,2 – коэффициент  основной нагрузки резьбового соединения

 

 

Максимальное и минимальное  напряжение, возникающее в болту.

 

 

 

 

Среднее напряжение и амплитуда  цикла

 

 

 

 

т.к. ,

 

то запас прочности  определяется по пределу текучести

 

3.4  Расчет коленчатого вала на прочность

 

Коленчатый вал –  наиболее сложная в конструктивном отношении и наиболее напряженная  деталь двигателя, воспринимающая периодические  нагрузки от сил давления газов, сил  инерции и их моментов.

Исходные данные:

 

Радиус кривошипа                                       R=38,5мм

Наружный диаметр коренной шейки       

Длина коренной шейки    

Наружный диаметр шатунной шейки     

Длина шатунной шейки                            

Ширина щеки в расчетном  сечении           А-А

Толщина щеки                                             

Радиус галтелей                                          

Для стали 50Г имеем:

Предел прочности    

Предел усталости при  изгибе   

Предел текучести     ,

Расширение-сжатие    

Предел усталости при  кручении               

Коэффициент приведения цикла при изгибе                        a_σ=0,18

Коэффициент приведения цикла при растяжении-сжатии a_σ=0,14

Коэффициент приведения цикла при кручении                 

 

Рис.3.6 Расчетная схема коленчатого вала

При изгибе:

 

При растяжении-сжатии:

 

При кручении:

 

3.4.1  Расчет коренной шейки

Момент сопротивления коренной шейки кручению

 

 

Максимальное и минимальное  касательное напряжения знакопеременного цикла для наиболее нагруженной 3-й коренной шейки: (см. табл.2.4)

 

 

 

Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

 

-

 

коэффициент концентрации напряжений

-коэффициент поверхностной чувствительности 

– масштабный коэффициент

q=0,71- коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений

 

 

то запас прочности  коренной шейки определяют по пределу  усталости:

 

 

С учетом коэффициента динамического  усиления , получим:

 

 

3.4.2  Расчет шатунной шейки

Момент сопротивления  кручению шатунной шейки 

 

 

Максимальное и минимальное  касательное напряжения знакопеременного цикла для наиболее нагруженной 4-й шатунной шейки (см. табл.2.3)

 

 

Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

 

 

- коэффициент концентрации  напряжений

-коэффициент поверхностной чувствительности 

– масштабный коэффициент

 q = 0,71- коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений

 

то запас прочности  коренной шейки определяют по пределу усталости:

 

 

Моменты, изгибающие шатунную шейку однопролётного коленчатого  вала в плоскости, перпендикулярной плоскости кривошипа:

 

 

где

Масляное отверстие на шатунной шейке целесообразно сделать под углом к горизонтальной плоскости (φм=45˚)

 

 

расчет моментов приведен в табл.3.1

 

Таблица 3.1

φ	МТ	Мz	Мφм
0	0,00	-379,93	-268,76
30	-186,40	-239,91	-301,46
60	-108,89	-31,89	-99,52
90	79,72	-22,62	40,34
120	140,08	-133,75	4,40
150	82,20	-201,87	-84,70
180	0,00	-215,16	-152,20
210	-82,20	-201,87	-200,90
240	-144,39	-137,86	-199,58
270	-89,48	-25,39	-81,21
300	67,67	-19,82	33,81
330	111,07	-142,96	-22,62
360	0,00	-92,29	-65,28
390	133,61	592,05	513,25
420	195,73	251,92	316,55
450	121,72	35,65	111,26
480	201,34	-57,14	101,90
510	200,88	-191,80	6,31
540	107,21	-263,29	-110,48
570	0,00	-248,90	-176,07
600	-84,40	-207,28	-206,29
630	-143,15	-136,68	-197,87
660	-83,84	-23,79	-76,09
690	104,81	-30,70	52,37
720	183,85	-236,63	-37,44
min			-301,46
max			513,25

 

Максимальные и минимальные  нормальные напряжения ассиметричного цикла в шатунной шейке:

 

 

где

 

 

Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

 

 

- коэффициент концентрации  напряжений

- коэффициент поверхностной чувствительности 

– масштабный коэффициент

q=0,71- коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений

Запас прочности шатунной шейки от нормальных напряжений определяется по пределу усталости (при ):

 

 

Общий запас прочности  шатунной шейки:

 

 

С учетом коэффициента динамического  усиления , получим:

 

3.4.3  Расчет щеки

Проверка необходимости  расчета щеки, если выполняется условие:

 

,

 

то проводить проверочный  расчет щеки нет необходимости:

 

,

 

58 > 42,3 , значит нет  необходимости производить расчет щек на прочность.