3 Шатун
Для опасного сечения А−А при значения и определяют по последним двум формулам, т.е.:
Напряжения (МПа) в сечении А-А головки шатуна без учета запрессованной втулки:
на внешнем волокне
;
на внутреннем волокне
,
где - толщина стенки головки, м; - длина поршневой головки, м.
Коэффициент, учитывающий совместную деформацию головки и втулки,
,
где и – соответственно площадь сечения стенок головки и втулки.
Напряжения в сечении А-А головки шатуна с учетом совместной деформации головки и запрессованной втулки:
на внешнем волокне
;
.
Суммарная сила, сжимающая головку, и достигающая максимального значения после ВМТ (10 − угла поворота кривошипа) в начале расширения:
где − максимальное давление сгорание, определяемое по скругленной индикаторной диаграмме; − сила инерции
4 Шатун
массы поршневой группы при значении , соответствующем значению угла кривошипа .
Пренебрегая смещением максимальной газовой сил относительно ВМТ, получим:
.
Исследование напряжений, вызываемых сжимающей силой позволило установить, что наилучшее совпадение экспериментальных данных с расчетными получается при косинусоидальном (см. расчетную схему) распределении нагрузки на внутреннюю поверхность нижней половины головки .
Нормальные силы и моменты для любого сечения на участке 1:
;
.
На участке 2:
;
.
В последних двух уравнениях значения угла в отношении подставляют в радианах. Значения и в зависимости от угла заделки определяют по вспомогательной таблице.
Значения нормальной силы и изгибающего момента в опасном сечении ) определяются по последним двум формулам.
Напряжения от суммарной сжимающей силы в сечении А−А:
на внешнем волокне
;
5 Шатун
на внутреннем волокне
.
Более нагруженным является наружное волокно, для которого
+ + .
Запас прочности поршневых головок изменяется в пределах 2,5−5.
Расчет кривошипной головки
Расчет кривошипной головки шатуна сводится к определению напряжения изгиба в среднем сечении крышки головки от силы инерции (МН) в начале такта впуска ( ) на режиме максимальной частоты вращения холостого хода:
= ,
где − масса крышки кривошипной головки.
Расчет основывается на следующих предположениях.
1. Устанавливаемые с натягом вкладыши деформируются совместно с кривошипной головкой; при этом изгибающие моменты распределяются между вкладышем и крышкой распределяются пропорционально моментам инерции их поперечных сечений.
2. Верхняя часть кривошипной головки с крышкой рассматривается как одно целое. За расчетное сечение принимается среднее сечение II−II крышки, а за радиус кривизны кривой балки половина расстояния между осями болтов.
3. Давление на крышку от силы подчиняется косинусоидальному закону cos .
Напряжения изгиба крышки (МПа)
,
где расстояние между шатунными болтами; = и J= – момент инерции расчетного сечения соответственно вкладыша и крышки;