6 Шатун
– момент сопротивления расчетного сечения крышки без учета ребер жесткости; – внутренний радиус кривошипной головки; − диаметр шатунной шейки; – толщина вкладыша; 0,5 – суммарная площадь крышки и вкладыша в расчетном сечении.
Значение изменяется в пределах 100 – 300 МПа.
Расчет стержня шатуна
Стержень шатуна рассчитывают на усталостную прочность в среднем сечении В – В от действия знакопеременной суммарной силы, возникающей на режиме .или . Запас прочности определяется в плоскости качания шатуна и в перпендикулярной ей плоскости.
Сила, сжимающая шатун,
.
Сила, растягивающая шатун,
.
Напряжение сжатия в плоскости качания шатуна
,
где – коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости качания шатуна; – предел упругости материала шатуна; – длина шатуна; – момент инерции сечения В−В относительно оси x−x; – площадь среднего сечения шатуна.
Максимальное напряжение сжатия в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна,
,
где – коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна; – длина стержня
7 Шатун
шатуна между поршневой и кривошипной головками, м; – момент инерции сечения В−В относительно оси y−y, м4.
Для современных автомобильных и тракторных двигателей напряжения и не должны превышать 160−250 МПа для углеродистых и 200−350 Мпа для легированных сталей.
Минимальное напряжение в сечении В−В от растягивающей силы .
Методика определения запасов прочности представлена в разделе «Расчет на прочность с учетом переменной нагрузки».
Запас прочности определяется в плоскости качания шатуна ( ) и в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна, ( ). Для автомобильных и тракторных двигателей запасы прочности должны быть не менее 1,5.
Расчет шатунного болта
В четырехтактных двигателях шатунные болты подвергаются растяжению от действия сил инерции масс деталей поршневой группы и части массы шатуна, расположенной над плоскостью разъема кривошипной головки. Величина этих сил определяют по формуле, представленной в разделе «Расчет кривошипной головки шатуна». Кроме того, болты испытывают растяжение от предварительной затяжки.
Шатунные болты должны обладать высокой механической прочностью и надежностью. Изготовляют их из стали 35Х, 40Х, 35ХМА, 37ХНЗА. В высокофорсированных двигателях в качестве материала для изготовления шатунных болтов используются стали с более высокими пределами текучести: 18ХНВА, 20ХНЗА, 40ХН, 40ХНМА.
При работе двигателя силы инерции стремятся разорвать болты. В связи с этим они должны быть затянуты настолько, чтобы при действии силы не была нарушена плотность стыка шатуна с его крышкой.
8 Шатун
Сила предварительной затяжки
где − число шатунных болтов.
Суммарная сила, растягивающая болт,
,
где − коэффициент основной нагрузки резьбового соединения
,
где – податливость стягиваемых частей шатуна; – податливость болта.
По опытным данным коэффициент изменяется в пределах 0,15 − 0,25. С уменьшением диаметра шатунного болта значение уменьшается.
Максимальные и минимальные напряжения, возникающие в болте, определяют в сечении по внутреннему диаметру резьбы:
,
а также в минимальном сечении:
, ,
где − внутренний диаметр резьбы болта, мм; d – номинальный диаметр резьбовой части болта, мм; t − шаг резьбы, мм; − минимальный диаметр болта, мм.
Методика определения запасов прочности представлена в разделе «Расчет на прочность с учетом переменной нагрузки».
Значения запаса прочности для шатунных болтов не должны быть ниже 2.