Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 53
Текст из файла (страница 53)
На шатунную шейку действуют крутящий момент, а также изгибающие моментыв двух взаимно перпендикулярныхплоскостях. Напряжения крученияtш и изгиба sиш определяются в точкевыхода на поверхность маслоподводящего отверстия без учета общейнеравномерности распределения напряжений по окружности шейки.Крутящий момент, действующий на шатунную шейку, определяется из выраженияM кш( i ) = M к( i -1 ) +T ¢R . (6.3)Максимальные, минимальные исредние значения номинальных каM кш max;W кшM= кш min ;W кшt ш max + t ш mint ш max =(6.4)где Wкш – момент сопротивлениякручению шатунной шейки в местемаслоподводящего отверстия.Коэффициент запаса прочностишатунных шеек по кручению определяется по формуле (2.147) с учетом коэффициента динамическогоусиления lд, приближенно учитывающего влияние крутильных колебаний:n шt =t -1æKöl д ç t t шa +yt t шm ÷è etø, (6.5)где lд – коэффициент, значения которого следующие:251Число шеек345678910lд1,071,141,211,281,351,421,491,56Kt – эффективный коэффициентконцентрации касательных напряжений в зоне маслоподводящего отверстияK t = 1 + qt (a t -1)(6.6)[здесь qt = (q) s т s в – коэффициентчувствительности металла к концентрации касательных напряжений в зависимости от диаметра маслоподводящего отверстия a = 2r имеханических свойств материала(рис.
6.22); at – теоретический коэффициент концентрации касательных напряжений для вала с поперечным отверстием (рис. 6.23); yt –коэффициент чувствительности материала вала к асимметрии циклапри кручении (табл. 6.4); et = eмteпt –фактор, учитывающий влияние размеров на сопротивление усталости(масштабный фактор eмt) и состояние поверхности шейки с учетомРис. 6.23.
Зависимость коэффициентов концентрации напряжений at (2 ) и as (1 ) при кручении шеек с отверстиями от относительногодиаметра отверстияРис. 6.22. Зависимость коэффициента чувствительности q от радиуса r2526.4. Значения коэффициентов чувствительности материала вала в зависимостиот предела прочности sвsв×10-2, МПаКоэффициентчувствительности3,5–5,55,5–7,57,5–1010–1212–14ys (изгиб и растяжение)00,050,10,20,25yt (кручение)000,050,10,156.5. Значения масштабных факторов eмt и eмsФакторДиаметр шейки вала, мм80–100100–120120–150150–500Углеродистая стальeмs0,730,700,680,60eмt0,720,700,680,60eмs0,640,620,600,54eмt0,720,700,680,60Легированная стальчистоты обработки и технологического упрочнения eпt (табл.
6.5).Влияние угла наклона оси маслоподводящего отверстия на значение коэффициента концентрациинапряжения при кручении показано на рис. 6.24.Изгибающий момент, действующий в расчетном сечении в плоскости колена,M ишz = Z ¢(L4 + L 3 ) ++ C щ L 3 - C пр (L 3 - L пр ). (6.7)Изгибающий момент, действующий в расчетном сечении в плоскости, перпендикулярной плоскостиколена,M ишT = T ¢L1 .(6.8)Если обозначить угол, образуемый осью маслоподводящего отверстия с положительным направлением оси Z, через j (рис. 6.25), тоизгибающий момент в плоскости,проходящей через ось отверстия,M иш = M ишZ cos j + M ишT sin j.
(6.9)Напряжения изгиба в плоскостимаслоподводящего отверстияs иш =Рис. 6.24. Относительный коэффициент концентрацииM иш,W иш(6.10)где Wиш – момент сопротивления изгибу шатунной шейки в месте маслоподводящего отверстия.253трации нормальных напряжений взоне маслоподводящего отверстияРис. 6.25. Расположение маслоподводящего отверстия в шатунной шейкеМаксимальные и минимальныенапряжения, амплитуда и среднеезначение нормальных напряженийцикла:üïW ишïM ишminïs иш min =;ïïW ишýs ишmax - s ишmin ïs иш а =.ï2ïs ишmax + s ишmin ïs иш m =.ïþ2s иш max =M ишmax;(6.11)Коэффициент запаса прочностипо изгибу в плоскости маслоподводящего отверстия для шатунной шейкиn шs =s -1, (6.12)Kss иш a + y s s иш mes(6.13)K s = 1 + q s (a s -1),1где q s = ((q) s в + (q) s т s в ) – коэф2фициент чувствительности металлак концентрации нормальных напряжений (см.
рис. 6.22); as – теоретический коэффициент концентрации нормальных напряженийдля вала с поперечным отверстием(см. рис. 6.23).Общий коэффициент запасапрочности шатунной шейкиn ш s n шt(6.14)nш =.n ш2 s + n ш2 tКоэффициент запаса прочностишатунных шеек коленчатых валоврекомендуется принимать не менее1,6–1,9; для быстроходных форсированных двигателей не менее 1,5.Расчет коренных шеек. Основноевоздействие на коренную шейку оказывают крутящие моменты. При расчете по разрезной схеме влияниемизгиба коренных шеек пренебрегают.Напряжения и коэффициент запасапрочности от кручения определяютдля всех коренных шеек в точках выхода маслоподводящих отверстий.Аналогично расчету шатуннойшейки определяют максимальные иминимальные номинальные напряжения, амплитуду и среднее значение касательных напряжений цикла:где ys – коэффициент чувствительности материала вала к асимметриицикла при изгибе (см. табл.
6.4);es = eмseпs – фактор, учитывающийвлияние размеров на усталостнуюпрочность (масштабный фактор eмs)и состояние поверхности шейки сучетом чистоты обработки технологического упрочнения eпs; Ks – эффективный коэффициент концен254üïïït к minïïý (6.15)tкa =;ïï2ït к max + t к min ï,tкm =ïþ2M кк max;W ккM= кк min ;W ккt к max - t к mint к max =где W кк = pd14 - d14вн– момент со16d1противления кручению кореннойшейки; Mкк max и Mкк min – максимальный и минимальный крутящие моменты в коренных шейках определяются по (6.1).Запас прочности по кручениюдля коренных шеек nkt определяется аналогично шатунным шейкампо формуле (6.5).Обычно наиболее нагруженной оказывается коренная шейка,не являющаяся крайней со стороны отбора мощности.
Коэффициент запаса прочности коренныхшеек коленчатых валов двигателей рекомендуется принимать неменее 3,0.Расчет щек. Наиболее опасными являются галтели коленчатого вала – точки перехода щек вкоренную и шатунную шейки вала.Щеки нагружаются переменными крутящими и изгибающими моментами в двух плоскостях,а также сжимающими и растягивающими силами. Кроме того, вгалтелях действуют напряженияот кручения соответствующейшейки. Моменты, вызывающиеизгиб вала в плоскости, перпендикулярной плоскости колена, атакже кручение в щеке не оказывают значительного влияния напрочность вала и ими пренебрегают.Изгибающий момент, действующий в плоскости колена,M ищ = Z ¢L4 + C пр L пр .
(6.16)b2h– момент сопротив6ления щеки изгибу в плоскостиколена; знак "плюс" относится кточке 2, знак "минус" – к точке 1(см. рис. 6.21).Растягивающая (сжимающая) сила, действующая на щеку,где W ищ =Pщ = -Z ¢ + C пр .Напряжения растяжения (сжатия) в щекеs pщ = Pщ F щ ,M ищ,M ищ(6.17)(6.19)где Fщ = bh – площадь сечения щеки.Общие нормальные номинальные напряжения вычисляются каксумма напряжений от изгиба и отрастяжения (сжатия)s щ = s ищ + s pщ .(6.20)По максимальному и минимальному значениям напряжений определяется амплитуда sщ а и среднеезначение напряжений sщ m цикладля щеки:s щa =¢ - Z min¢ æ L4Z max1çç+2è W ищ F щs щm = ±M ищmax + M ищmin2W ищö÷÷; (6.21)ø-¢æ Z ¢ + Z minö 1- ç max- C пр ÷.2èø Fщ(6.22)Коэффициент запаса прочностив галтелях по нормальным напряжениямnщ s =Номинальные напряжения изгиба в этой плоскостиs ищ = ±(6.18)s -1,Kss щ a + y ss щ mes(6.23)где Ks – эффективный коэффициент концентрации нормальных на255пряжений определяется по выражению (6.13).Теоретический коэффициент концентрации в галтели валаa s = (a s ) D = 0 (b s ) h (b s ) dвн ´´ (b s ) e (b s ) D (b s ) L ,(6.24)где (as)D=0 – коэффициент концентрации напряжений в галтели коленчатого вала при h/d = 1,6,dвн/d = 0 и нулевом перекрытии шеек (рис.
6.26); (bs)h; (b s ) dвн – коэффициенты, учитывающие влияниеширины щеки и диаметра облегчающего отверстия (рис. 6.27);(bs)e – коэффициент, учитывающий эксцентричное расположениеоблегчающего отверстия в зависимости от e/d и dвн/d (рис. 6.28);(bs)L – коэффициент, учитывающий удаленность облегчающего отверстия в смежной щеке; (bs)D –коэффициент, учитывающий влияние перекрытия шеек.Для определения значения (bs)Lнеобходимо найти оптимальную удаленность облегчающего отверстия всмежной щеке L*/r (рис. 6.29, а) в зависимости от относительного перекрытия шеек.
Коэффициент (bs)Lопределяется по рис. 6.29, б, еслиL/L* > 1, т.е. фактическая удаленность облегчающего отверстия всмежной щеке больше оптимальной,и по рис. 6.29, в, если L/L* < 1.Коэффициент,учитывающийвлияние перекрытия шеек,(b s ) D = 1 - (x s ) h [1 - (b¢s ) D ], (6.25)Рис. 6.26. Зависимость коэффициента концентрации напряжений в галтеле коленчатого валаот ее относительного радиуса (as)D=0где (b¢s ) D – коэффициент, учитывающий влияние перекрытия шеек при h/d = 1,6 (рис.
6.30, а);(xs)h – поправочный множитель(рис. 6.30, б).Рис. 6.27. Зависимость коэффициентов концентрации (bs)h и ( bs ) d вн соответственно от относительной ширины щеки и диаметра внутреннего отверстия256Рис. 6.28. Зависимость коэффициента влияния (bs)e удаленности облегчающего отверстия ототносительного эксцентриситетаРис. 6.29.
Зависимости коэффициента влияния (bs)L удаленности облегчающего отверстия от размеровРис. 6.30. Зависимость для определения коэффициента ( b¢s ) D257тывают по формуле (6.5). Теоретический коэффициент концентрации касательных напряжений вгалтели коленчатого вала при кручении шейки:a t = (a t ) 0 (bt ) h (bt ) b (bt ) D (bt ) e ,(6.26)Рис. 6.31.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
