147311 (Проектирование систем двигателей внутреннего сгорания), страница 5

W_кш – момент сопротивления шейки кручению. Для монолитной шейки (т.к. сверление в коренной шейке незначительного диаметра):

Определяем амплитудное и средне напряжение:

По таблице (табл. 5.6 [1]) с учетом наличия в шейке отверстия для подвода масла находим теоретический коэффициент концентрации напряжений:

К_σт = 2,5

Для стали 40ХНМА находим q – коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений:

По формулам (5.1 и 5.2 [1]) осуществляем выбор соответствующего предельного напряжения:

Для стали 40ХНМА находим:

Расчет запаса прочности выполняем по пределу выносливости:

Расчет шатунных шеек.

Шатунные шейки рассчитываются на кручение и изгиб. Запасы прочности при кручении и изгибе определяются независимо один для другого, а затем подсчитываем общий запас прочности. С целью определения моментов, действующих на каждую шейку (шатунную) полноопорного вала, набегающий момент, нагружающий коренную шейку, предшествующую рассматриваемой, складывается с половиной момента, действующего на данную шатунную шейку.

, а т.к. , то

Таблица 9

Критерием нагруженности шатунной шейки служит размах момента:

Определяем значения моментов, скручивающих каждую шатунную шейку и сводим их в таблицу. Определяем по значению наиболее нагруженную шейку.

Наиболее нагруженной является 4-я шатунная шейка ( ).

Определяем момент сопротивления шатунной шейки на кручение:

Расчет выполняем по пределу выносливости:

где - определено в предыдущем расчете.

Расчет шатунной шейки на изгиб ведется в плоскости кривошипа и перпендикулярной ей плоскости.

Изгибающий момент в плоскости, перпендикулярной к плоскости кривошипа:

где l – расстояние между соседними серединами коренных шеек;

RT – реакция опор при действии тангенциальной силы: RT = -0,5T

Центробежная сила инерции противовеса, расположенного на продолжении щеки:

где m_пр – масса противовеса (1,5 кг)

ρ – расстояние от оси вращения коленчатого вала до центра тяжести противовеса (ρ = 60·10^-3 м)

Сила инерции вращающихся частей шатуна:

Центробежная сила, действующая на щеку:

где т_щ = 1,2 кг – приведенная масса щеки

Центробежная сила, действующая на шатунную шейку:

Реакция опор при действии сил в плоскости кривошипа:

Изгибающий момент, действующий в плоскости кривошипа:

Суммарный изгибающий момент М_φ в плоскости располжения масляного отверстия: φ_м = 140 º - угол между положительным направлением силы К и осью отверстия.

Результаты вычислений сводим в таблицу.

Расчет производим по пределу текучести:

,

где

Определяем суммарный запас прочности:

Суммарный запас прочности шатунных шеек для тракторных дизелей должен быть З_шш ≥ 3...5

Расчет щеки.

Моменты, скручивающие щеку:

Момент сопротивления прямоугольного сечения щеки:

Находим касательные напряжения в щеке:

Расчет производим по пределу выносливости.

Определяем:

где

(без обработки)

Моменты, изгибающие щеку:

Силы, сжимающие (растягивающие) щеку:

Максимальные и минимальные напряжения в щеке:

где - момент сопротивления щеки изгибу.

F_щ – площадь расчетного сечения, м²

Расчет производим по пределу выносливости.

К_σт = 1,5, q 1, К_σ = 1,5, К_fσ = 0,65, К_dσ = 0,6

Суммарный запас прочности щеки:

2. РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА

Механизм газораспределения предназначен для своевременного впуска в цилиндр двигателя воздуха и для выпуска отработавших газов. Для лучшего наполнения и обеспечения очистки цилиндров двигателя впускные и выпускные клапаны открываются и закрываются не при положениях поршня в мертвых точках, а с некоторым опережением и запаздыванием. При проектировании клапанного механизма необходимо стремиться к удовлетворению двух противоположных требований: 1) получению максимальных проходных сечений, обеспечивающих хорошее наполнение и очистку цилиндра, 2) сокращению до минимума массы подвижных деталей газораспределения для уменьшения инерционных нагрузок.

5.1. Профилирование кулачка

Под профилированием понимают определение высоты подъема клапана в зависимости от угла поворота кулачка. Механизм газораспределения двигателя Д – 243 – верхнеклапанный с нижним расположением распределительного вала.

Средняя скорость поршня: С_п = 7,08 м/с,

Скорость газового потока в проходном сечении седла при максимальном подъеме впускного клапана принимается из диапазона 80...100 м/с.

Угол предварения открытия впускного клапана φ_пр = 17 º п.к.в, а угол запаздывания закрытия впускного клапана φ_зп = 56 º п.к.в.

Радиус стержня распределительного вала r = 17,5 мм,

Зазор между клапаном и коромыслом _∆S = 0,25 мм.

Основные размеры проходных сечений в горловине и в клапане:

Площадь проходного сечения клапана при максимальном подъеме: