3.3.5 Расчёт поршневого пальца

Поршневой палец предназначен для шарнирного соединения поршня с шатуном и является осью, относительно которой совершаются колебательные движения шатуна.

Поршневой палец плавающего типа выполнен из стали 12ХН3А с последующей цементацией поверхностного слоя и закалкой. Твердость этого слоя должна быть не ниже 56 HRC.

Разрушение пальца вызывается чаще всего напряжениями, возникающими при его овализации, изгибе и срезе. Износостойкость пальца зависит от его удельных давлений на втулку шатуна и на бобышки поршня.

Расчётная сила, действующая на поршневой палец [5, стр. 273]:

(86)

где расстояние между бобышками поршня,;

длина поршневого пальца,;

наружный диаметр пальца,;

коэффициент, зависящий от массы поршневого пальца,;

сила инерции поршневой группы, (Н):

(87)

Удельное давление пальца на втулку поршневой головки:

(88)

где длина поршневой головки шатуна,.

Удельное давление пальца на бобышки поршня:

(89)

Для современных автотракторных двигателей ,.

Формула для определения напряжений при изгибе пальца выведена из условия распределения нагрузки по длине пальца в соответствии с эпюрой, приведенной на рисунке 4.3.5:

(90)

где .

Допускаемые нормальные напряжения при изгибе

Максимальные напряжения при срезе пальца возникают в сечениях, расположенных в зазорах между торцами бобышек и поршневой головки шатуна [5, стр. 274]:

(91)

Допускаемые касательные напряжения

Максимальнаядиаметральная деформация пальца при овализации:

(92)

Диаметральная деформация не должна превышать

Рисунок 3.3.5.1 – Расчётная схема поршневого пальца

Напряжения, возникающие при овализации пальца (рисунке 3.5):

Рисунок 3.3.5.2 – Расчётная схема поршневого пальца:

а – распределение нагрузки б – эпюра напряжений

на внешней поверхности пальца в горизонтальной плоскости (точка 1, рисунок 4.3.5.2) [5, стр. 275]:

(93)

на внутренней поверхности в горизонтальной плоскости (точка 2, рисунок 4.3.5.2) [5, стр. 276]:

(94)

на внешней поверхности в вертикальной плоскости (точка 3, рисунок 4.3.5.2) [5, стр. 276]:

(95)

на внутренней поверхности в вертикальной плоскости (точка 4, рисунок 4.3.5.2) [5, стр. 276]:

(96)

Из анализа этих уравнений видно, что наибольшее напряжение имеет место на внутренней поверхности в горизонтальной плоскости точка 2. Эти напряжения являются лимитирующими и не должны превышать

3.4 Расчёт шатуна

Шатун изготовлены из высококачественной легированной стали. Верхняя головка шатуна выполнена со скосами для более равномерного распределения нагрузки от газовых сил на бобышки поршня. Стержень шатуна имеет двутавровое сечение. Крышка шатуна крепится к шатуну двумя болтами с резьбой . Центрирование крышки шатуна выполнено с помощью двух штифтов. В верхнюю головку шатуна запрессована биметаллическая втулка. Рабочая поверхность втулки упрочняется импульсной накаткой.

Шатун изготовлен из стали 40Х2АФЕ. Масса шатуна в сборе с комплектом вкладышей шатунных подшипников . Втулка поршневой головки изготовлена из стальной ленты, покрытой слоем оловянно-цинковой бронзы Бр ОЦ 10-2.

Рисунок 3.4 – Расчётная схема шатунной группы