РАСЧЕТ ШАТУНОВ

Поршневая головка шатуна. На головку действует переменная по времени сила и постоянное

давление от запрессовки втулки Сила достигает максимального значения в начале рабочего такта, когда поршень находится у верхней мертвой точки

Минимального (алгебраически) значения К достигает в начале такта всасывания.

На участке АА (рис. 15) поршневая головка жестко связана со стержнем шатуна, поэтому распределение в ней напряжений носит различный характер в зависимости от направления действия силы Тензометрированне показывает, что когда сила сжимает стержень нагрузка на нижнюю поло вииу головки распределяется примерно по косинусоидальному закону (рис. 16, а), а когда растягивает то нагрузка на верхнюю поло вину головки распределяется почти равномерно (рис. 16, б). В обеих случаях опасным является сечение вблизи заделки, положение которого определяется углом а; обычно

Рассматривая головку как кривую балку, заделанную в сечении и нагруженную, как показано на рис. 16, можно определить изгибающий момент и нормальную силу в заделке (рис. 17).

Напряжение в заделке

где а — ширина; — толщина стенки головки.

На поршневую головку действует также внутреннее давление со стороны запрессованной в нее втулки

Рис. 15. (см. скан) Схема поршневой головки шатуна

Рис. 16. (см. скан) Расчетные схемы нагружения поршневой головки шатуна: а - при сипе К, сжимающей шатун, — при силе К, растягивающей шатун

Рис. 17. Зависимость силовых факторов в сечении заделки от угла а при нагружеиии поршиевой головки шатуна: а — по схеме рис по схеме рис. 16, б

где — модули упругости материалов головки и втулки; А — натяг при посадке втулки в головку (в холодном состоянии); коэффициенты линейного расширения материалов втулки и головки (для бронзы для стали — температура нагрева головки при работе двигателя: — коэффициент Пуассона Обозначения диаметров и см. рис. 15.

Постоянное напряжение растяжения от внутреннего давления

Материал головки нагружается асимметричным циклом с амплитудой

и средним напряжением

где — напряжение, соответствующее силе — то же. силе .

Рекомендуется иметь запас выносливости не ииже

Для повышения прочности поршневой головки следует по возможности уменьшить угол а и не располагать масляные отверстия в области заделки.

Стержень шатуна. Стержень шатуна обычно разрушается от усталости по среднему или по минимальному сечению. При расчете минимального сечения принимают

где — площадь минимального сечения стержня.

В среднем сечении кроме сжатия происходит изгиб, связанный с эксцентриситетом сжимающей нагрузки и прогибом от центробежных сил, перпендикулярных к оси стержня. На сжатие стержень шатуна рассчитывают по полуэмпирическим формулам [5]

где площадь среднего сечения стержня;

— момент инерции сечения относительно оси, перпендикулярной к плоскости движения шатуна, или

и — диаметры отверстий поршневой и кривошипной головки шатуиа;

— момент инерции сечения относительно лежащей в плоскости движения шатуна.

Растягивающие напряжения

Запас прочности определяют по наибольшей абсолютной величине Рекомендуется иметь Кривошипная головка шатуна. Расчет кривошипных головок, которые обычно разрушаются от усталости, носи сравнительный характер Значения силовых факторов для расчетной схемы, показанной на рис. 18, в среднем (опасном) сечении нижней крышки головки приведены на рис. 19. Здесь Р — сила давления на крышку в начале такта всасывания:

В сравнительных расчетах, приняв и учитывая, что часть усилий воспринимает вкладыш, считают

где с — расстояние между болтами — момент сопротивления изгибу крышки; — площади и моменты инерции среднего сечеиия соответствеино для крышки и вкладыша головки.

Рис. 18. (см. скан) Расчетная схема кривошипной головки шатуна

Рис. 19. (см. скан) Зависимость силовых факторов в среднем сечении иижней крышки кривошипной головки шатуна от угла заделки а

Напряжения меняются по пульсирующему циклу и при расчете по формуле (38) достигают