Расчет карбюраторного V-образного четырехцилиндрового двигателя на шасси автомобиля ЗАЗ-968М

   Параметры  поршневого пальца  принимаем  по табл.50 [1,c.206]:

       наружный диаметр пальца: d_п=20 мм;

       внутренний диаметр пальца: d_в=14 мм;

       длина пальца: l_п=66 мм;

       длина втулки шатуна: l_ш=30 мм;

       расстояние между торцами бобышек:  b=32 мм;

       материал поршневого пальца: сталь  15Х, Е=2*10⁵ МПа.

   Палец плавающего  типа.

   Действительное  максимальное давление: p_{z max}=p_Zд=4,647 МПа .

   Расчетная  сила, действующая на поршневой  палец:

 газовая: P_{z max}=p_{z max}*F_п; P_{z max}=4,647*0,005024=0,0233 МН.

 инерционная: P_j=-m_п*w²*R*(1+l)*10^-6, где w =p*n _м/30=3,14*2700/30=282,6 рад/с;

    P_j=-0,5024*282,6²*0,035*(1+0,285)=-0,001805 МН.

расчетная: P=P_{z max}+k*P_j, где k=0,8 - коэффициент, учитывающий массу поршневого пальца.

    P=0,0233-0,8*0,001805=0,0219 МН.

   Удельное давление  пальца на втулку поршневой  головки шатуна: q_ш=P/(d_п*l_ш);

    q_ш=0,0219/(0,02*0,03)=36,5 МПа.

   Удельное давление  пальца на бобышки: q_б=P/[d_п(l_п-b)];

    q_б=0,0219/[0,02*(0,066-0,032)]=32,21 МПа.

   Напряжение  изгиба в среднем сечении пальца: s_из= ,

  где a=d_в/d_п=14/20=0,7 – отношение внутреннего диаметра кольца к наружному.

         s_из= МПа.

  Касательное напряжение  среза в сечениях между бобышками  и головкой шатуна:

    t= ;

         t= МПа.

   Наибольшее  увеличение горизонтального диаметра  пальца при овализации:

          Dd_{п max}= ;

          Dd_{п max}= 0,0297 мм.

   Напряжение овализации на внешней поверхности пальца:

 в горизонтальной  плоскости (рис.7.3. точки 1, y=0°):

         s_{а 0°}= ;

         s_{а 0°} 115,45 МПа;

 в вертикальной  плоскости (рис.7.3. точки 3, y=90°):

         s_{а 90°} ;

         s_{а 90°} -199,78 МПа.

   Напряжение  овализации на внутренней поверхности  пальца:

 в горизонтальной  плоскости (рис.7.3. точки 2, y=0°):

         s_{i 0°} ;

         s_{i 0°} -291,14 МПа.

 в вертикальной плоскости (рис.7.3. точки 4, y=90°):

         s_{i 90°}= ;

         s_{i 90°} 166,18 МПа.

    Расчетная схема поршневого пальца приведена на рис. 7.3. 
 

7.4. Расчет коленчатого  вала 

   На основании  данных динамического расчета  имеем:

 центробежная сила  инерции вращающихся масс: K_R=-11,258 кН;

 вал с симметричными  коленами и с противовесами,  расположенными на концах вала;

 радиус кривошипа:  R=35 мм.

   С  учетом соотношений, приведенных  в табл.56 [1,с.247], и анализа существующих  двигателей, принимаем следующие  основные размеры колена вала:

 шатунная шейка:

   наружный диаметр:  d_ш.ш=48 мм;

   длина: l_ш.ш=37 мм;

 коренная шейка:

   наружный диаметр:  d_к.ш=50 мм;

   длина: l_к.ш=37 мм;

 расчетное сечение  А-А щеки:

   ширина: b=80 мм;

   толщина: h=20 мм.

   Материал вала: сталь 40Г.

   Расчетная  схема коленчатого вала представлена  на рис. 7.4.

   По  табл.45 [1,с.200] и соотношениям, приведенным  в §43 [1,с.197-204], определяем:

 пределы  прочности: s_в=700 МПа и текучести (условные) s_т=360 МПа и t_Т=210 МПа;

 пределы  усталости (выносливости) при изгибе s_-1=250 МПа, растяжении-сжатии

s_-1р=180 МПа и кручении t_-1=150 МПа;

 коэффициенты приведения  цикла при изгибе a_s=0,16 и кручении a_t=0,04.

   По формулам (213)-(215) [1,с.198] определяем:

 при изгибе: b_s=s_-1/s_Т=250/360=0,69 и (b_s-a_s)/(1-b_s)=(0,69-0,16)/(1-0,69)=1,71;

 при кручении: b_t=t_-1/t_Т=150/210=0,71 и (b_t-a_t)/(1-b_t)=(0,71-0,04)/(1-0,71)=2,31;

 при растяжении-сжатии: b_s=s_-1р/s_Т=180/360=0,5 и (b_s-a_s)/(1-b_s)=(0,5-0,16)/(1-0,5)=0,68.

   Удельное давление  на поверхности:

 шатунных шеек:

         k_ш.ш.ср=R_ш.ш.ср/(d_ш.ш*l’_ш.ш);

         k_ш.ш.ср=8125*10^-6/(0,031*0,048)=5,46 МПа.

         k_ш.ш.max=R_ш.ш.max/(d_ш.ш*l’_ш.ш);

         k_ш.ш.max=11060*10^-6/(0,031*0,048)=7,43 МПа.

      где  R_ш.ш.ср=8125 Н и R_ш.ш.max=11060 Н - средняя и максимальная нагрузка на шатунную шейку;

l’_ш.ш.»l _ш.ш.-2r_гал=37-2*3=31 мм-рабочая ширина шатунного вкладыша; r_гал =3 мм-радиус галтели.

   Момент сопротивления  кручению шатунной шейки: W_{t  ш.ш}=(p/16)*d_ш.ш;

         W_{t  ш.ш}=(3,14/16)*48³*10^-9=21,7*10^-6 м³.

   Моменты, изгибающие шатунную шейку (табл.7.2.):

         M_T=T’₁*l/2=(-0,5*T₁)*(2l_ш.ш+l_к.ш+3*h)/2

    Изгибающий  момент, действующий на шатунную  шейку в плоскости кривошипа:

         М_Z=Z’_S*l/2+Р_пр *а  Н* м;

         Z’_S=K’_pк +Р’_пр=(-0,5*K_pк)-Р_пр

      Для упрощения расчета Р_пр  не учитываем.

         М_Z=K’_p*l/2  Н* м;

    Изгибающий  момент, действующий в плоскости  оси масляного отверстия:

         М_jм=M_T*sinj_м-М_S*cosj_м , где j_м=67 °. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Таблица 7.2.