M,H-M

30

M,H-M

60 120 т Ш 300 . 360 т т 540 sod бво v

Рис. 105. Кривые набегающих моментов на коренные шейки коленчатого вала карбюраторного двигателя

М.Нм

о 400

М,Н-м

200 О

-200

-200 -400

0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 f°.

Рис. 106. Построение кривых набегающих моментов, скручивающих, шатунные шейки коленчатого вала карбюраторного двигателя

где к = 0,6[1 + 9(ак, - 1)] = 0,6[1 + 0,4(3,0 - 1)] = 1,1-коэффи-циент концентрации напряжений, определенный по формулам (222) и (224); 9 = 0,4 - коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений, принятый по данным § 43; ак = 3,0 - теоретический коэффициент концентрации напряжений, определенный по табл. 47 с учетом наличия в шейке масляного отверстия; Бмх = 0,72 - масштабный коэффициент, определенный по табл. 48 при dK.u) = 50 мм; бпт = 1,2 - коэффициент поверхностной чувствительности, определенный по табл. 49 с учетом закалки шеек токами высокой частоты на глубину 2-3 мм.

Так как

26,3

= 30,9 >

= 0,42, то запас проч-

0.85 1-f.

ности коренной шейки определяют по пределу усталости: п. = -с-Жк + «X -с™) = И5/(26,3 + 0,6 . 0,85) = 4,3.

Расчет шатунной шейки. Набегающие моменты, скручивающие шатунные шейки, определены графическим способом (рис. 106). Значения Мк.шг взяты по графикам (см. рис. 105), а -TR = = +0,5 /Икр.ц; -для однопролетного симметричного вала.

Момент сопротивления кручению шатунной шейки

Ц7,ш.ш = с11.ш = (3,14/16)-48»-10-9 = 21,7- Ю"» м».

Максимальное и минимальное касательные напряжения знакопеременного цикла для наиболее нагруженной 4-й шатунной шейки (рис. 106):

W = Мш.ш max/ftx ш.ш = 588 • 10-8/(21,7 . 10-») = 27,1 МПа;

Хт1п = Мш.штш/йхш.ш = -420- 10-8/(21,7- Ю"») = - 19,4 МПа.

Среднее напряжение и амплитуды напряжений:

с = (ах + Tmin )/2 = (27,1 - 19,4)/2 = 3,85 МПа;

„ = (шах - Хш1„)/2 = (27,1 + 19,4)/2 = 23,25 МПа;

\к = \fi, I (емхбпх) = 2Й,25-1,1/(0,73 - 1,2) = 29,2 МПа,

где/г.г = 1,1 и Епт=1,2 определены при расчете коренной шейки». Smx = 0,73 -масштабный коэффициент, определенный по табл. 48 при йш.ш = 48 мм.

Так как

29,2

= 7,6>-

= 0,42, то запас прочности

3,85 1-1.

шатунной шейки от касательных напряжений определяют по преДел} усталости:

п. = -1/(Хак + «х О = 115/(29,2 + 0,6 . 0,85) = 3,87.

Расчет моментов, изгибающих шатунную шейку, приведен в

табл. 60, где значения Кркх = -0,5/C ki и г1 = - 0,5Г, взяты из табл. 32:

Мт = Г, 2 = Т[ - 0,5(/ш.ш + /к.ш + 2/1) = = Т\ • 0,5(28 + 28 + 2 - 18) ЮЗ = 0,0467, Н-м; ср„ = 68° (см. рис. 82); Z = Крк + Рпр = Крк-9750 Н; Mz = ZII2 + Р„ра = 0,046Zs + 13 090 - 0,023 =

= 0,046Zs+ 301 Н-м; а = 0,5 (/ш.ш + Л) = 0,5 (28 + 18) ЮЗ = 0.023 м; = Мт sin - Mz COS «Рм-

Таблица 60

Максимальное и минимальное нормальные напряжения асимметричного цикла шатунной шейки:

ошах = М„ /1Г,ш.ш= -20 - 10-8/(10,85 - 10-6) = 1,8 МПа;

тм max /

omin = М„ /1Г,ш.ш = -263 - 10-8/(10,85-10-8) = - 23,6 МПа,

Тм min /

где Г,ш.ш = 0,5Гхш.ш = 0,5-21,7- 10-8 = 10,85 - jp-e „з. Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

о„ = («тах + Omin)/2 = (- 1,8 - 23,6)/2 = - 12,7 МПа; За = (W -Omin)/2 = (- 1,8 + 23,6)/2 = 10,9 МПа;

°ак = °а - = 10.9 = 21,5 МПа,

" M,S, 0,76-1,2

где , = 1 + (7(ак. - 1) = 1 +0.4(3,0 -1) = 1,8; (? = 0,4; = 3,0 и епс = епх=1,2 - определены при расчете коренной шейки; еш =

0,76 - масштабный коэффициент, определенный по табл. 48 при ш.ш 48 мм.

Запас прочности шатунной шейки от нормальных напряжений определяется по пределу усталости (при сГт< 0)"

Па =

= 9,13.

ак+ 21,5+0,4 (-12,7)

Общий запас прочности шатунной шейки

п rutulY гй+п\ = 9,13• 3,87/ /9,132 + 3,872 = 3,56. -

Расчет щеки. Максимальный и минимальный моменты, скручивающие щеку:

Мк.шшах • 0,5(/,.ш + Л) = 2863 • 0,5(28 + 18) ЮЗ = 65,8 Н-м;

0,5 (/.ш + Л) = - 3004 . 0,5(28 + 18) 10"» = = - 69,1 Н-м,

где Т = 2863 Н и Г„ = - 3004 Н определены по табл. 60.

Максимальное и минимальное касательные напряжения знакопеременного цикла щеки:

хшах = Мк.щтах / й.щ = 65,8 • 10-/(6,99 • 10-«) = 9,41 МПв; т™„ = /Ик.щшт /йхщ = -69,1 . 10-в/(6.99.- 10-в) = 9,89 МПа,

где = \ybh = 0,284 • 76 • 182 . ю-» = 6,99 • Ю"» м» - момент сопротивления расчетного сечения А - А (см. рис. 102, б) щеки (ц = = 0,284 определен при bIh = 76/18 = 4,2).

Среднее напряжение и амплитуды напряжений:

= (хшах + Хш1п)/2 = (9,41 - 9,89)/2 = - 0,48 МПа;

х<, = (Хшах - хтш)/2 = (9,41 + 9,89)/2 = 9,65 МПа;

\к = ak. I (гм.епх) = 9,65 • 0,70/(0,64 . 0,75) = 14,1 МПа,

где = 0,6[1 + qia - 1)] = 0,6[1 + 0,4(1,4 1)] = 0,70 - коэффициент концентрации напряжений, определенный по формулам (222) и (224); (7 = 0,4 - коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений, принятый по данньпа § 43; а«., = 1,4 - теоретический коэффициент концентрации, определенный по табл. 47 с учетом наличия концентрации напряжений у галтели (радиус галтели принят 3 мм) при rJh = 3/18 = О 17; б„, = 0,64 - масштабный коэффициент, определенный по табл. 48 при Ь = 76 мм; = 0,75- коэффициент поверхностной чувствительности, определенный по табл. 49 для необработанной щеки.

Запас прочности щеки от касательных напряжений определяют по пределу усталости (при 0):

ги =

-1

хак + х;„ 14,1+0,6 (-0,48)

= 8,3.

Максимальное и минимальное нормальные напряжения щеки:

32тах = /Ии.щтах/7«ц+Рщшах щ=124. 10-в/(4,21 • Юв) +

+ (- 877 • 10-в)/(1368 . 10-в) 28,8 МПа; osmin = /Ии.щтш / + Рщшш =щ = (- 55,4 • 10-в)/(4,21 • 10-в) + + (- 13705 • 10-в)/(1368 • 10-в) = - 23,2 МПа,

где /И„.щтах = 0,25 [tmax + Kr + 2 (-Р;р)]= 0,25 [ 14 1 56-

- 15 910 + 2 . 9750] • 28 - ЮЗ = 124 Н • м; Рах == 0,5(/Сшах +«) =

= 0,5(14156 - 15910) = -877 Н; М.шп = 0,25[/Сш +/Сн + + 2(-Р;р)]/к.ш = 0,25 (-11501 -15910 + 2 • 9750)- 28-10-3 = = - 55,4 Н-м; Рщш!п = 0,5(/Сшш+ /<:«) = 0,5 (- 11501 - 15910) = = - 13 705 Н; значения /Стах и Ктл взяты из табл. 30;

Гощ = 6Л2/6 = 76-182-10-9/6 = 4,21 - 10-е м»;

= = 76 • 18 . 10-е = 1368 - 10-е

Среднее напряжение и амплитуды напряжений:

з„ = (аах + Зш!п)/2 - (28,8 - 23,2)/2 = 2,8 МПа;

о» = (w - 3in)/2 = (28,8 + 23,2)/2 = 26,0 МПа;

\и = М> /(5„л,а) = 26,0 • 1,16/(0,7 - 0,75) = 57,4 МПа.

где fe,=-l + (7(а,,-1)=1 +0,4(1,4-1)= 1,16; ак,= 1,4; с? = 0,4 и £п» = Sm = 0,75 определены при подсчете касательных напряжений; бмсг = 0,70 - по табл. 48 при 6 = 76 мм.

Так как = гг = 20,5 > ~ ° = 0,2, то запас прочнос-

"т >о - Per

ти щеки от нормальных напряжений определяют по пределу усталости:

п. = 3.i/(a„„ + а, aj = 150/(57,4 + 0,4 - 2,8) = 2,56. Суммарный запас прочности щеки

Лш = АЬПг / Ynl + nl =2,56-8,з/у 2,562 -«,32 = 2,45.

§ 56. РАСЧЕТ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА V-ОБРАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ

На основании данных динамического расчета имеем: коленчатый вал (см. рис. 87) с симметричными коленами (см. рис. 102, г) и с противовесами, расположенными только на концах вала; центробежную силу инерции вращающихся масс Km = Krk + 2Кяш = -16,1 + + 2(-10,9) = -37,9 кН; радиус кривошипа R = 60,0 мм.