5. Крейцкопф

Крейцкопф в кривошипно-шатунном механизме воспринимает нормальную составляющую N, возникающую под влиянием поршневой силы. По таблице 1:

Н; Н.

Найдем максимальное удельное давление на опорную поверхность башмака:

, (126)

где B_П – полная ширина башмака;

L – длина башмака;

F_К – площадь канавок (см. рис. 4).

Для крейцкопфа К-16:

L = 175 мм; B_П = 120 мм; F_К = 0,000768 м².

Тогда получим:

кПа;

Максимальное удельное давление не должно превышать 0,6 ÷ 0,8 МПа. Следовательно, данный крейцкопф выбран верно.

6. Палец крейцкопфа

Рис. 20. К расчёту пальца крейцкопфа на прочность.

Удельное давление на палец крейцкопфа найдем по формуле:

, (127)

где l₁ = 40 мм; D₁ = 40 мм; Р_I.МАХ = 25018 Н . Тогда получим:

МПа;

Максимальное удельное давление не должно превышать 13 ÷ 15 МПа. Следовательно, палец крейцкопфа условию прочности удовлетворяет.

Удельное давление на палец крейцкопфа в месте посадки в корпусе:

, (128)

где b₁ = 35 мм. Тогда:

МПа;

Максимальное контактное давление не должно превышать 35 ÷ 40 МПа. Следовательно, палец крейцкопфа условию прочности удовлетворяет.

Изгибающий момент в среднем сечении пальца найдем по формуле:

, (129)

где L₁ = 75 мм; l₁ = 40 мм. Тогда:

Н∙м;

Момент сопротивления пальца изгибу:

, (130)

где d = 36 мм. Тогда:

.

Напряжение изгиба определяется по формуле:

, (131)

Тогда получаем:

кПа;

Максимальное напряжение изгиба не должно превышать 120 МПа. Следовательно, палец крейцкопфа изгибной прочности удовлетворяет.

7. Коленчатый вал

Рис. 21. К расчёту коленчатого вала на прочность.

Сначала, необходимо определить реакции в опорах вала. Для вертикальной плоскости:

; (132)

. (133)

Для горизонтальной плоскости:

; (134)

. (135)

Где сила инерции от противовеса:

. (136)

Тогда получим:

Н.

Изгибающий момент в вертикальной плоскости находится по формуле:

; (137)

Изгибающий момент в горизонтальной плоскости находится по формуле:

; (138)

Тогда суммарный изгибающий момент находится как:

. (139)

Напряжение изгиба определяется по формуле:

, (140)

где

, (141)

где D = 114 мм – диаметр шатунной шейки.

Крутящий момент определяется по формуле:

. (142)

Напряжение кручения определяется по формуле:

, (143)

где

. (144)

Получаем:

,

.

Значения приведённых выше формул сведём в таблицы 4 и 5.

Таблица 4. Значения изгибающих и крутящих моментов.

	PrI	PrII	PtI	PtII	Qr1	Qr2	Qt1	Qt2	Mизг.в	Мизг.г	Мизг	Мкр
º	кН								кН∙м
0	-12,199	-12,460	0,000	0,000	-9,271	9,532	0,000	0,000	-0,586	0,000	0,586	0,000
10	-2,810	-2,774	-0,608	-0,600	-6,298	6,262	0,605	0,603	-0,256	0,067	0,265	-0,036
20	10,354	10,749	4,687	4,866	-2,111	1,715	-4,747	-4,806	0,208	-0,527	0,567	0,296
30	14,698	14,741	10,825	10,857	-0,571	0,527	-10,836	-10,847	0,379	-1,203	1,261	0,652
40	10,892	10,961	12,184	12,261	-1,825	1,756	-12,210	-12,235	0,240	-1,355	1,376	0,737
50	7,220	7,309	12,401	12,554	-3,033	2,945	-12,452	-12,502	0,106	-1,382	1,386	0,756
60	4,091	4,182	11,938	12,203	-4,058	3,967	-12,027	-12,114	-0,008	-1,335	1,335	0,738
70	1,603	1,662	11,464	11,890	-4,862	4,802	-11,607	-11,747	-0,097	-1,288	1,292	0,722
80	-0,539	-0,568	11,733	12,379	-5,533	5,562	-11,951	-12,162	-0,171	-1,327	1,338	0,756
90	-3,066	-3,281	13,467	14,409	-6,298	6,512	-13,784	-14,093	-0,256	-1,530	1,551	0,884
100	-10,810	-10,911	25,933	26,176	-8,870	8,972	-26,015	-26,095	-0,542	-2,888	2,938	1,575
110	-13,681	-13,820	21,859	22,082	-9,797	9,936	-21,934	-22,007	-0,645	-2,435	2,519	1,329
120	-15,768	-15,941	18,086	18,283	-10,469	10,641	-18,152	-18,217	-0,719	-2,015	2,139	1,101
130	-17,326	-17,525	14,646	14,815	-10,970	11,169	-14,703	-14,758	-0,775	-1,632	1,807	0,892
140	-18,528	-18,748	11,486	11,623	-11,356	11,577	-11,532	-11,577	-0,818	-1,280	1,519	0,700
150	-19,461	-19,698	8,513	8,617	-11,656	11,893	-8,548	-8,582	-0,851	-0,949	1,275	0,519
160	-20,148	-20,397	5,643	5,712	-11,877	12,125	-5,666	-5,689	-0,876	-0,629	1,078	0,344
170	-20,576	-20,831	2,815	2,850	-12,015	12,270	-2,827	-2,838	-0,891	-0,314	0,945	0,172
180	-20,722	-20,979	0,000	0,000	-12,062	12,319	0,000	0,000	-0,896	0,000	0,896	0,000
190	-9,847	-9,810	-1,347	-1,342	-8,601	8,565	1,345	1,344	-0,512	0,149	0,533	-0,080
200	5,387	5,806	1,509	1,626	-3,744	3,326	-1,548	-1,587	0,027	-0,172	0,174	0,100
210	13,262	13,311	5,801	5,823	-1,043	0,993	-5,809	-5,816	0,327	-0,645	0,723	0,350
220	12,770	12,859	7,917	7,971	-1,217	1,128	-7,935	-7,953	0,308	-0,881	0,933	0,479
230	11,970	12,105	10,118	10,232	-1,494	1,360	-10,157	-10,194	0,277	-1,127	1,161	0,616
240	10,808	10,992	12,396	12,608	-1,891	1,707	-12,467	-12,536	0,233	-1,384	1,403	0,761
250	9,262	9,491	14,799	15,164	-2,412	2,184	-14,922	-15,041	0,175	-1,656	1,666	0,917
260	7,302	7,551	17,518	18,114	-3,060	2,812	-17,719	-17,914	0,103	-1,967	1,969	1,099
270	4,776	4,991	20,978	21,921	-3,875	3,661	-21,295	-21,604	0,013	-2,364	2,364	1,334
280	1,620	1,632	35,292	35,555	-4,840	4,828	-35,380	-35,467	-0,095	-3,927	3,928	2,139
290	-4,385	-4,422	31,366	31,626	-6,789	6,826	-31,453	-31,538	-0,311	-3,491	3,505	1,903
300	-9,019	-9,104	26,319	26,567	-8,290	8,374	-26,402	-26,483	-0,477	-2,931	2,969	1,599
310	-12,081	-12,212	20,750	20,976	-9,276	9,407	-20,826	-20,900	-0,587	-2,312	2,385	1,263
320	-13,650	-13,823	15,269	15,463	-9,776	9,949	-15,334	-15,398	-0,642	-1,702	1,819	0,932
330	-14,060	-14,269	10,356	10,509	-9,898	10,106	-10,408	-10,458	-0,656	-1,155	1,328	0,634
340	-13,805	-14,039	6,249	6,355	-9,805	10,040	-6,285	-6,319	-0,646	-0,698	0,951	0,383
350	-13,394	-13,646	2,898	2,953	-9,665	9,917	-2,917	-2,934	-0,630	-0,324	0,708	0,178
360	-13,211	-13,468	0,000	0,000	-9,603	9,860	0,000	0,000	-0,623	0,000	0,623	0,000

Таблица 5. Значения изгибающих и крутящих напряжений.

	σи	σкр		σи	σкр
º	МПа		º	МПа
0	4,044	0	190	3,678	-0,276
10	1,828	-0,123	200	1,200	0,3434
20	3,908	1,0157	210	4,986	1,2021
30	8,698	2,2409	220	6,434	1,6474
40	9,493	2,5335	230	8,006	2,1177
50	9,561	2,599	240	9,678	2,6142
60	9,207	2,5346	250	11,487	3,1519
70	8,911	2,4811	260	13,582	3,7763
80	9,224	2,5972	270	16,302	4,5851
90	10,699	3,0364	280	27,092	7,3492
100	20,262	5,414	290	24,173	6,5389
110	17,370	4,5684	300	20,478	5,4948
120	14,755	3,7834	310	16,449	4,3405
130	12,460	3,0663	320	12,547	3,2017
140	10,476	2,4059	330	9,162	2,1775
150	8,790	1,7839	340	6,555	1,3177
160	7,435	1,1826	350	4,886	0,6126
170	6,514	0,59	360	4,298	0
180	6,180	0

Таким образом, максимальные и минимальные значения:

МПа; МПа;

МПа; МПа.

Амплитудные значения напряжений определяются по формулам:

, (145)

. (146)

Средние значения напряжений определяются по формулам:

, (147)

. (148)

Получаем:

МПа;

МПа;

МПа;

МПа.

Коэффициент запаса прочности определяется по формуле:

, (149)

где

, (150)

, (151)

где ε_σ = 0,73, ε_τ = 0,72 – коэффициенты, учитывающие влияние размеров на предел выносливости; К_σ = 1,9, К_τ = 1,7 – коэффициенты концентраций напряжений; σ_-1 = 200 МПа, τ_-1 = 100 МПа – пределы выносливости стали 40; ψ_σ = 0,1, ψ_τ = 0,1 – коэффициенты, зависящие от характеристики материала.

Таким образом, получаем:

,

,

.

Коэффициент запаса прочности должен быть не меньше 1,5 ÷ 3. Следовательно, данный коленчатый вал удовлетворяет условию прочности.