Расчет коленчатого вала

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: _в=700 МПа и текучести (условные) _т=360 МПа и _Т=210 МПа;

пределы усталости (выносливости) при изгибе _1=250 МПа, растяжениисжатии

_1р=180 МПа и кручении _-1=150 МПа;

коэффициенты приведения цикла при изгибе _=0,16 и кручении _=0,04.

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

при изгибе: _=_-1/_Т=250/360=0,69 и (_-_)/(1_)=(0,690,16)/(10,69)=1,71;

при кручении: _=_-1/_Т=150/210=0,71 и (_-_)/(1_)=(0,710,04)/(10,71)=2,31;

при растяжении-сжатии: _=_-1р/_Т=180/360=0,5 и (_-_)/(1_)=(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_{ ш.ш}=(/16)d_ш.ш;

W_{ 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’_l/2+Р_пр а Н м;

Z’_=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_м=M_Tsin_мМ_cos_м , где _м=67 °.

Таблица 7.2.

Максимальное и минимальное нормальные напряжения асимметричного цикла шатунной шейки:

_max= М_max/W_{ ш.ш}=149,610^-6/0,00001085=13,73 МПа;

_min= М_min/W_{ ш.ш}=461,510^-6/0,00001085=42,53 МПа,

где W_{ ш.ш}=0,5W_{ ш.ш}=0,521,710^-6=10,8510^-6 м³.

Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

_m=(_max+_min)/2=(13,73-42,53)/2=28,8 МПа;

_=(_max _min)/2= (13,73+42,53)/2=28,13 МПа;

_к=_аk_/(_м_п)=28,131,8/(0,761,2)=55,52 МПа,

где k_=1+q(_к1)=1+0,4(3-1)=1,8 коэффициент концентрации напряжений; q=0,4коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений принимаем по данным §43[1,с.197204]; _к=3  теоретический коэффициент концентрации напряжений принимаем по табл.47 [1,с.201]; _м=0,76  масштабный коэффициент определяем по табл.48 [1,с.203] при d_ш.ш=65 мм; _п=1,2  коэффициент поверхностной чувствительности определяем по табл.49 [1,с.203] с учетом закалки шатунных шеек токами высокой частоты на глубину23 мм.

Запас прочности шатунной от нормальных напряжений шейки определяем по пределу усталости (при _m