3.3. Расчёт поршневого пальца

Поршневой палец подвергается действию переменных нагрузок, приводя-щих к возникновению в теле поршневого пальца напряжений изгиба, сдвига, смятия и овализации. В связи с этим поршневые пальцы изготавливаются из малоуглеродистых сталей, легированных никелем и хромом и цементацией наружной поверхности. В результате поршневой палец имеет твёрдую поверх-ность для снижения износа и вязкую сердцевину, хорошо сопротивляющуюся переменным нагрузкам.

Основные конструктивные размеры пальцев выбираются по рекомендаци-ям, изложенным в таблице 12.1, а конструктивные схемы поршневых пальцев приведены на рис. 12.8.

Выбранная схема поршневого пальца подвергается следующим провероч-ным расчётам:

• расчёт удельных давлений пальца на втулку верхней головки шатуна и на бобышки поршня;

• расчёт пальца на изгиб;

• расчёт пальца на срез;

• расчёт пальца на овализацию.

Расчёт удельных давлений.

Расчётная сила, действующая на палец бензинового двигателя:

,

где: - коэффициент, учитывающий исключение массы поршневого пальца из суммарной массы поршневой группы.

- максимальная газовая сила из таблицы 2;

- сила инерции в режиме максимального момента из таблицы 2.

Расчётная сила, действующая на палец дизельного двигателя:

,

где: - коэффициент, учитывающий исключение массы поршневого пальца из суммарной массы поршневой группы.

- максимальная газовая сила из таблицы 2;

- сила инерции в режиме максимальной мощности из таблицы 2.

Удельное давление пальца на втулку верхней головки шатуна:

МПа,

Удельное давление плавающего пальца на бобышки:

МПа.

Расчёт пальца на изгиб.

Условие прочности при изгибе пальца:

МПа,

где: - отношение внутреннего и внешнего диаметров пальца.

Расчёт пальца на срез.

Условие прочности при срезе пальца:

Расчёт пальца на овализацию.

Овализация – увеличение горизонтального диаметра пальца по сравнению с вертикальным.

Максимальное увеличение горизонтального диаметра:

Максимальное напряжение на внутренней поверхности пальца в горизонтальной плоскости:

4.Расчёт деталей шатунной группы

Расчёту подвергаются следующие элементы (рис. 13.1) шатуна:

• Поршневая головка;

• Кривошипная головка;

• Стержень шатуна;

• Шатунные болты.

При работе двигателя на шатун действуют знакопеременные газовые и инерционные силы, которые в некоторые моменты создают ударные нагрузки. В этих условиях шатуны должны обладать достаточной статической и усталост-ной прочностью.

Для достижения необходимой прочности и долговечности шатуны изготав-ливаются из марганцовистых, хромистых, хромоникелевых сталей с содержа-нием углерода 0,30…0,45 %.

Изготавливаются шатуны методом штамповки и после подвергаются полированию, обдувке дробью, нормализации, закалке и отпуску.

Проводятся исследования по изготовлению шатунов (рис. 13.2) из композиционных материалов. Основой таких шатунов являются два кольцевых металлических или керамических вкладыша с антифрикционным слоем, обмотанные натянутым прочным волокном и залитые полимерным материалом (матрицей). Если кривошипная головка разъёмная, то её соединение выполняется с помощью хомута и стяжных болтов.