Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Практ. 17, 18 ДВЗ ТЕМА: РОЗРАХУНОК НА МІЦНІСТЬ КОЛІНЧАСТОГО ВАЛА
1. Сили і моменти сил, що діють на колінчастий вал
Матеріал колінчастого вала повинен мати високу міцність, в’язкість, з великим опором зносу й напруженням втоми, опором дії ударних навантажень і твердістю. Такими властивостями володіють, як правило, оброблені вуглецеві і леговані сталі, а також високоякісний чавун. Колінчасті вали виготовляють зі сталей 40,45,45Г2,50, спеціального чавуну , а для форсованих двигунів із високолегованих сталей - 18ХНВА, 40ХНМА і ін.
Основні співвідношення елементів конструкції колінчатого вала для перевірочного розрахунку зведено в таблицю 1.
|
Двигуни |
Lщ/D |
Dшш/D |
Lшш/Dшш |
Dкш/ D |
Lкш/Dкш |
|
Бензинові |
|||||
|
Рядні |
1-1.28 |
0.6-0.7 |
0. 45-0. 65 |
0.6-0. 8 |
0.5-0. 6 (0.74-0. 84) |
|
V-подібні |
1.25-1.35 |
0. 56-0.66 |
0.8-1 |
0.63-0.75 |
0. 4-0. 7 (0.7-0. 88) |
|
Дизелі |
|||||
|
Рядні |
1.05-1.3 |
0.6-0.75 |
0.7-1 |
0.7-0.9 |
0. 45-0. 6 (0.7-0. 85) |
|
V-подібні |
1.47-1.55 |
0.65-0.72 |
0.8-1 |
0.7-0.75 |
0.4-0. 6 (0.65-0. 86) |
Загальноприйнятою схемою колінчастого вала є схема розрізної балки на двох опорах з одним або двома прольотами між опорами (рис. 1).
Рис.1 – Схема сил, що діють на кривошип колінчастого вала
Звичайно ведуть розрахунок найбільш навантаженого кривошипу колінчастого вала (зі сторони маховика) і при роботі двигуна в режимі максимального крутного моменту.
У цьому випадку силові навантаження на кривошип включають: набігаючий крутний момент , переданий від попередніх кривошипів, радіальна і тангенціальна сила (складові сили , що діє вздовж осі шатуна).
2. Розрахунок на міцність колінчастого вала
У спрощених розрахунках припускають , що сили інерції мас кривошипа і приведеної до нього маси шатуна зрівноважені силами інерції противаг. Крім того, колінчасті вали розраховують переважно на скручування без врахування напружень згину, які мало впливають на запас міцності (у межах 3…4% ).
При розрахунку корінних шийок колінчастого вала на скручування з двох шийок розрахункового кривошипу вибирають найбільш навантажену.
Для цієї шийки розрахунковий момент дорівнює:
; (1)
а умова міцності:
, (2)
де – момент опору скручуванню шийки, м3;
– відповідно зовнішній і внутрішній діаметри корінних шийок;
– межа міцності при скручуванні матеріалу вала []=300…400МПа.
При розрахунку шатунних шийок колінчастого вала враховують крутний момент:
(3)
і згинаючі моменти:
(діє в площині кривошипу); (4)
(діє в площині, перпендикулярній кривошипу), (5)
де , – реакції опор.
Враховуючи вказані моменти, умова міцності шатунної шийки визначається з виразу (МПа):
(6)
де – результуючий згинаючий момент;
– момент опору згину шийки, м3;
– межа міцності матеріалу вала; МПа.
У небезпечному перерізі щоки (на рисунку 2 – заштриховано) виникають напруження: дотичні від скручування моментом ; нормальні від стиску силою ; від згину моментами і , що діють відповідно в площинах кривошипу і щоки
Рис.2 – Схема для розрахунку щоки кривошипу
Найбільші напруження в перерізі щоки виникають у точках а і b.
Сумарні нормальні і дотичні напруження в указаних точках визначаються за формулами:
; ; (7)
; , (8)
де –площа небезпечного перерізу, м2; , і , – відповідно моменти опору згину і скручуванню розрахункового перерізу відносно осей а – а і b – b, м3;
(9)
К1 , К2 – коефіцієнти, які залежать від співвідношення сторін розрахункового перерізу.
Коефіцієнт Коефіцієнт має наступні значення:
……………………………. 2 3 4 5 10
К2 ………………………………0,25 0,27 0,28 0,29 0,31
Умова міцності щоки для точки а):
МПа; (10)
для точки b):
МПа. (11)
Умови міцності шатунної шийки колінчастого вала і щоки перевіряють для двох положень кривошипа, що відповідають максимальним значенням сил R i T.
При роботі підшипників намагаються не допускати витискання мастильного прошарку, руйнування антифрикційного матеріалу і прискореного зносу шийок вала. Розрахунок шийок ведеться від дії середніх і максимальних результуючих усіх сил , що навантажують шийки.
Максимальні і середні значення результуючих сил визначаються з розгорнутих діаграм навантаження на шатунні і корінні шийки.
Середній тиск на шийки:
Для шатунної
МПа (22)
для корінної
МПа (23)
де Rш. ш.ср, Rк. ш.ср - результуючі сили, що діють на шатунну і корінну шийки відповідно;
Rпрк. ш.ср - результуюча сила, що діє на корінну шийку при наявності противаг;
dкш , dшш - діаметри корінної і шатунної шийок відповідно;
l'кш , l'шш - робоча ширина корінного і шатунного вкладишів відповідно.
Величина середнього тиску досягає значень
Для бензиновихх двигунів - 4…12 МПа
Для дизелів - 6…15 МПа
Найбільші значення тиску визначаються за формулами, аналогічними вище приведеним, від дії максимальних результуючих сил. Значення максимальних тисків досягає значень:
Для бензинових двигунів рядних - 7…20 МПа
Для бензинових двигунів V-подібних - 18…28 МПа
Для дизелів - 20…42 МПа
Корінні шийки розраховують тільки на кручення.
Визначення максимальних і мінімальних значень крутних моментів роблять за допомогою упорядкування таблиць набігаючих моментів, що послідовно підходять до окремих корінних шийок; для цього використовують дані теплового розрахунку.
Алгебраїчне підсумовування набігаючих і крутних моментів окремих цилиндрів роблять з урахуванням порядку роботи двигуна, починаючи від першого циліндра.
Як приклад, в таблиці 1 наведено чисельні значення набігаючих моментів для 2, 3, 4, 5-ої корінних шийок чотирициліндрового чотиритактного двигуна.
Таблиця 1– Набігаючи моменти на корінні шийки колінчастого вала
|
φ º |
Мкш2 |
Мкш3 |
Мкш4 |
Мкш5 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
30 |
-427,32 |
-628,2 |
-389,79 |
171,9 |
|
60 |
-952,47 |
-581,88 |
-920,125 |
-461,34 |
|
90 |
177,6 |
-16,63 |
-254,2 |
295,2 |
|
120 |
317,03 |
553,08 |
666 |
1165,73 |
|
150 |
186,63 |
603,66 |
588,76 |
840,59 |
|
180 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
210 |
-188,91 |
-616,23 |
372,77 |
171,9 |
|
240 |
-338,25 |
-590,72 |
-131,93 |
-461,34 |
|
270 |
-237,56 |
-60 |
489,43 |
295,2 |
|
300 |
112,88 |
429,9 |
929,64 |
1165,73 |
|
330 |
-14,89 |
171,7 |
423,57 |
840,59 |
|
360 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
390 |
989 |
800,1 |
599,2 |
171,9 |
|
420 |
458,79 |
120,54 |
-208,9 |
-461,34 |
|
450 |
549,4 |
311,8 |
117,6 |
295,2 |
|
480 |
499,7 |
612,7 |
848,71 |
1165,73 |
|
510 |
251,83 |
236,94 |
653,96 |
840,59 |
|
540 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
570 |
-200,9 |
788,1 |
360,79 |
171,9 |
|
600 |
-329,4 |
219,38 |
-123,09 |
-461,34 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
630 |
-194,23 |
355,19 |
532,79 |
295,2 |
|
660 |
236,06 |
735,79 |
1052,8 |
1165,73 |
|
690 |
417,03 |
668,85 |
855,48 |
840,59 |
|
∆Мmax |
976 |
1428,3 |
1972,9 |
1627,1 |
Критерієм навантаженості шийки є розмах моменту.
Значення ΔМmax для кожної шийки наведено в останньому рядку
таблиці 1набігаючих моментів.
1. Визначають таким чином найбільш навантажену шийку.
Найбільш навантаженою є 4-а корінна шийка (ΔМкш4 = 1972,9 Нм).
Для цієї шийки визначаємо мінімальні і максимальні дотичні напруження.
Wкш - момент опору шийки крученню. Для монолітної шийки (приймемо свердління в корінній шийці незначного діаметру):
2. Визначаємо амплітудне і середнє напруження:
З таблиці (табл. 5.6 [1]) з урахуванням наявності в шийці отвору для підведення мастила знаходимо теоретичний коефіцієнт концентрації напруження: Кσт = 2,5
Для сталі 40ХНМА знаходимо q =1 - коефіцієнт чутливості матеріалу до концентрації напружень (лекція 18).
Ефективний коефіцієнт концентрації напружень при крученні:
(24)
(25)
Для сталі 40ХНМАдопустимі напруження:
3. Розрахунок запасу міцності виконуємо за межею витривалості:
. (26)
З таблиць 4 і 5 (лекція 18) знаходимо ; ; (таблиця 1, лекція 17).
Отже
3…5
Запаси міцності корінних шийок мають значення:
Для бензинових двигунів - 3…5
Для дизелів без наддува - 4…5
Для дизелів із наддувом - 2…4
Шатунні шийки розраховують на кручення і згин. Скручування шатунної шийки відбувається під дією набігаючого моменту Мш.ш.і , а згин - під дією згинаючих моментів у площині кривошипа МZ і в перпендикулярній площині МТ . Оскільки максимальні значення від крутного та згинаючого моментів не збігаються за часом , запаси міцності від кручення і згину визначаються незалежно один від одного, а потім підраховують загальний запас міцності.
Крутний момент , що діє на і-ту шатунну шийку
Для однопрольотного вала
Для двохпрольотного вала
Для визначення максимально навантаженої шийки складають таблицю моментів , що набігають , для кожної шатунної шийки.
На підставі даних таблиці визначають значення максимальних
Мш.ш. іmax і мінімальних Мш.ш. іmin крутних моментів для найбільш навантаженої шийки. Максимальні значення дотичних напружень циклу (МПа)
(27)
Запас міцності визначають так само, як і для корінної шийки з урахуванням концентрації напружень від мастильного отвору.
Моменти, що згинають шатунну шийку, звичайно визначають табличним методом.
Згинаючий момент, діючий у площині , що перпендикулярна площині кривошипа (28)
де l=(lкш+lшш+2·h)- відстань між серединами корінних шийок.
Згинаючий момент, діючий у площині кривошипа
(29)
де a=( lшш+2·h)/2
Значення Т’ і Rk (вертикальна реакція від тиску газів і сил інерції) із таблиці динамічного розрахунку.
Сумарний згинаючий момент
(30)
Оскільки максимальні напруження в шатунній шийці виникають поблизу мастильного отвору, то звичайно визначають згинаючий момент, що діє в площині осі отвору:
(31)
де M- кут між віссю кривошипа і віссю масляного отвору, що знаходиться в центрі найменш навантаженої поверхні шатунної шийки. Кут визначають по діаграмі зносу.
Максимальне і мінімальне значення ММ визначають із таблиць або безпосередньо по діаграмі навантаження на шатунну шийку.
При наявності противаг необхідно момент Мк скласти з моментом, що виникає від сили інерції противаги Рпр і її реакції Рпр’.
По отриманих значеннях ММmax і ММmin визначають екстремальні значення напружень згину в шатунній шийці:
(32)
де Wшш=0,5·Wшш
Далі визначають запас міцності n за згином і загальний запас міцності nшш шатунної шийки.
Запас міцності для автомобільних двигунів пшш=2…3
Методика розрахунку шатунної шийки V-подібного двигуна з двома шатунами, розташованими поруч, аналогічна до приведеної.
PAGE \* MERGEFORMAT 1