Конструирование четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с одним цилиндром, работающего по схеме вращающегося цилиндра-клапана
5.2 Расчет на прочность деталей шатунной группы.
Рис. 5.11 - Эскиз шатуна
1 - поршневая головка шатуна
4 - кривошипная головка шатуна
5 - крышка кривошипной головки шатуна
3 - стержень шатуна
6 - болты
7 - втулка вкладыш (два вкладыша)
цз - угол сопряжения стержня шатуна с головкой (угол защемления)
Расчет поршневой головки шатуна.
Таблица 5.3 Основные размеры
Параметр |
значение |
|
Dг/dп |
1.25?1.65 |
|
hг/dп |
0.16?0.24 |
|
hв/dп |
0.075?0.085 |
Принимаем следующие основные размеры:
Dг=34 мм; hг=4 мм; hв=1.6 мм; d= Dг -2 hг =26 мм; цз=1300 ; Lш=112 мм (см. динамический расчёт)
lш =a=28(длина поршневой головки шатуна)
- наименьшая толщина верхней головки
- наименьшая толщина втулки
а) Определение напряжений, действующих на поршневую головку шатуна.
Основные нагрузки, которые учитываются при расчете поршневой головки шатуна:
1. Силы инерции от массы поршневой группы.
2. Сила от давления продуктов сгорания.
сила растягивающая верхнюю головку шатуна:
сила сжатия:
Помимо указанных сил при расчете верхней головки шатуна необходимо учитывать контактные давления между стенками головки шатуна и запрессованной втулки.
Выберем плавающий поршневой палец, в этом случае суммарный натяг между втулкой и головкой шатуна состоит из двух частей:
Рис. 5.12 Расчётная схема нагружения верхней головки шатуна
?У=?+?т - суммарный натяг
?=0.04 мм - натяг при запрессовке бронзовой втулки температурный (дополнительный) натяг, который возникает при работе двигателя за счет прогрева верхней головки шатуна:
?т=d·?T·(бв-бш)(5.41)
?T=(373?393) К=390 К - температура подогрева головки и втулки при работе двигателя
бв,бш - коэффициенты линейного расширения материалов втулки и шатуна
бв=1.8·10-5 1/К
бш=1.0·10-5 1/К
?У=0.04+26·390·(1.8·10-5-1.0·10-5)=0.121 мм
Определяем напряжения в верхней головке шатуна от контактного напряжения.
контактное давление между втулкой и головкой:
(5.42)
где, в=d/dп=26/21=1.24
г=DГ/dп=34/21=1.62
Еш=2·105 МПа - модуль упругости материала шатуна (сталь)
Ев=1.15·105 МПа - модуль упругости материала втулки (бронза)
нш=0.3 - коэффициент Пуассона для шатуна
нв=0.34 - коэффициент Пуассона для втулки
определяем напряжение в головке шатуна от контактного давления.
(5.43)
Как правило, радиальное напряжение меньше кольцевого.
- напряжение от контактного давления в точках наружной поверхности головки шатуна