Конструирование четырехтактного двигателя внутреннего сгорания с одним цилиндром, работающего по схеме вращающегося цилиндра-клапана
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
?вигателя вращаются вокруг продольной оси вала, а величина и направление основных нагрузок изменяются, то расчет коленчатого вала должен выполняться с учетом усталости материала.
Рисунок 5.18 - Эскиз коленчатого вала
Кщ - центробежные силы щек
К - сила действующая вдоль по кривошипу
Кш.ш. - центробежная сила инерции шатунной шейки
Кш.к. - центробежная сила инерции массы шатуна, отнесенная к кривошипу
Кпр - центробежная сила инерции противовеса
Т - тангенциальная сила
RT, RK - реакции опор
Мi - крутящий момент
.3 Расчет коренной шейки
Расчет коренной шейки коленчатого вала на кручение.
Из схемы нагружения кривошипа и из динамического расчета кривошипно-шатунного механизма можно сделать вывод, что коренные шейки нагружены в основном крутящими моментами. Изгибающими моментами от действия сил К и Т пренебрегаем в связи с малой длиной коренной шейки.
Найдем максимальные и минимальные касательные напряжения, возникающие в коренных шейках:
момент сопротивления сечения коренной шейки:
(5.77)
Мmax, Mmin - максимальный и минимальный крутящие моменты (из динамического расчета)
Мmax=151.2 Нм
Mmin= -60. Нм
(м3)
Зная максимальные и минимальные касательные напряжения, найдем среднее (?m) и амплитудное (?а) касательные напряжения:
Находим коэффициент запаса усталостной прочности:
(5.80)
где, ?--1= 80-120 МПа (Сталь 10) - предел усталости материала шейки при симметричном нагружении
К?=(1.82.0)=2 - коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений в коренной шейке (определяется в ослабленном сечении шейки)
??=0.76 - коэффициент, учитывающий абсолютные размеры коренной шейки
где, ?0 - предел усталости материала при пульсирующем цикле ( ?-1/ ?0)=(1.62.0) => ?0=55 (МПа)
Рекомендуемый запас усталостной прочности: n?=(34). Условие выполняется.
Расчет шатунной шейки коленчатого вала.
Из анализа схемы нагружения шатунной шейки видно, что в основном она нагружена крутящими и изгибающими моментами.
а) Расчет шатунной шейки коленчатого вала на кручение
Найдем максимальные и минимальные касательные напряжения, возникающие в шатунных шейках по формулам (5.75), (5.76):
момент сопротивления сечения шатунной шейки аналогично формуле (5.77)
Мmax, Mmin - максимальный и минимальный крутящие моменты
Мmax=151.2 Нм
Mmin= -60 Нм
(м3)
Зная максимальные и минимальные касательные напряжения, найдем среднее (?m) и амплитудное (?а) касательные напряжения по формулам (5.78) (5.79):
Находим коэффициент запаса усталостной прочности по формуле (5.80):
где, ?-1= 80-120 МПа (Сталь 10) - предел усталости материала шейки при симметричном нагружении
К?=(1.82.0)=2 - коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений в шатунной шейке (определяется в ослабленном сечении шейки)
??=0.76 - коэффициент, учитывающий абсолютные размеры коренной шейки
По формуле (5.81) , где, ?0 - предел усталости материала при пульсирующем цикле нагружения ( ?-1/ ?0)=(1.62.0) => ?0=55 (МПа)
Рекомендуемый запас усталостной прочности: n?=(34). Условие выполняется.
б) Расчет шатунной шейки коленчатого вала на изгиб.
Из динамического расчёта снимаем значения Кmax ,Kmin ,Tmax ,Tmin
Кmax=20000 НKmin=-3952 Н - сила, направленная вдоль кривошипа
Tmax=6000 НTmin=-2251 Н - сила, создающая момент
масса вращающихся частей
(5.82)
= 0.781 кг
а=0.5(h+lшш)=0.5(13+17)=15мм
MTmax=Tmax 0.25l(5.84)
MTmax=60000.250.076=114 Нм
MTmin=Tmin 0.25l(5.85)
MTmin= -22510.250.076=-42.77Нм
MKmax=0.25 (Кmax-Kr)l + Kr (0.5l -a) (5.86)
MKmax=0.25 (20000-5995.24) 0.076+5995.24 (0.5074-0.015)=398 Нм
MKmin=0.25 (Кmin-Kr) l + Kr (0.5 l -a)(5.87)
MKmin=0.25 (-3952-5995.24 )0.076+5995.24 (0.50.074-0.015)= -57.1 Нм
- угол поворота КВ, при котором момент сопротивления сечения шатунной шейки изгибу будет наименьшим, значение берём из динамического расчёта
(5.88)
- момент сопротивления сечения шатунной шейки изгибу
(5.90)
Находим нормальные напряжения изгиба:
Зная максимальные и минимальные нормальные напряжения изгиба, найдем среднее (?m) и амплитудное (?а) нормальные напряжения изгиба:
Находим запас усталостной прочности:
(5.95)
где, ?-1= 160 МПа (Сталь 10) - предел усталости материала шейки при симметричном нагружении
К?=2.3- коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений в шатунной шейке
??=0.67 - коэффициент, учитывающий абсолютные размеры шатунной шейки
??=0.06 - коэффициент приведения асимметричного цикла к равноопасному симметричному циклу
Находим суммарный запас усталостной прочности:
(5.96)
Рекомендуемый запас усталостной прочности: n?=(2.53.0). Условие выполняется.
Расчет щеки коленчатого вала.
Рисунок 5.19 - Расчетная схема щеки коленчатого вала
а) Расчет щеки коленчатого вала на изгиб.
Находим изгибающий момент в плоскости кривошипа:
(5.97)
Дополнительно к изгибу щеки учитываем напряжение растяжения щеки вдоль кривошипа и находим напряжение изгиба щеки:
(5.98)
где, Fщ=bh=0.0630.013=0.8210-3 м2 - площадь поперечного сечения щеки
(5.99)