с учетом соотношений, приведенных в § 51, и анализа существующих двигателей принимаем следующие основные размеры колена вала (см. рис. 102, б и г): 1) коренная шейка - наружный диаметр к.ш = = 90 мм, длина /к.ш = 37 мм; 2).шатунная шейка - наружный диаметр с?ш.ш = 80 мм; внутренний диаметр Зщ.щ = 30 мм, длина /ш.ш = 68 мм; 3) расчетное сечение А - А щеки - ширина b = 130 мм, толщина h = 26 мм; 4) радиус галтелей г = 4 мм. Материал вала - сталь 50Г. По табл. 43 и 45 для углеродистой стали 50Г определяем: пределы прочности = 800 МПа и текучести о., = 370 МПа и т = 250 МПа;

пределы усталости (выносливости) при изгибе a i = 340 МПа, растяжении-сжатии о ,р = 0,75a i = 0,75 • 340 = 255 МПа и кручении т 1 = 0,53а 1 = 0,53 • 340 = 180 МПа;

коэффициенты приведения цикла при изгибе Оо =0,18, кручении ах = 0,08 и растяжении-сжатии ао = 0,14.

По формулам (213)-(215) определяем:

при изгибе

340 370

= 0,919 и

1-е,

0,919 - 0,18 1-0,919

= 9,1;

при растяжении-сжатии 255

р. = =

при кручении

180 250

= 0,689 и

0,689 - 0,14 1 -0,689

= 1,

= 0,72 и

0,72-0,08 1-0,72

= 2,3.

Удельное давление на поверхности: шатунной шейки

ш.ш.cp = i?ш.ш.cp/(dш.шC.ш) = 22,9. 10-/(80-29.10-«) =9,9 МПа;

Йш.шшах = Рш.ш. шах/(йш.ш/ш.ш) = 95,2 -10 • 29• 10"») = 41,0 МПа,

где /?ш.ш. ср = 22,9 кН и Рш.штах = 95,2 кН - соответственно средняя и максимальная нагрузки . на шатунную шейку (см. § 40); / л;

«(1 /2) {/ш.ш - [2ггал +(23) мм]} = (1/2) (68 - (2.4 + 2)] = 29 мм - рабочая ширина одного шатунного вкладыша; коренной шейки

4.Ш. ср = Рк.ш. ср/(йк.ш/н.ш) = 37,5.10-7(90-27-10-в) = 15,4 МПа; :к.штах = Рк.шшах/(йк.ш/к.ш) = 58,2 -10-3/(90 - 27 - Ю) = 24,0 МПа,

где /?к.ш. ср =-/к.ш S 4 ср = 37,5 кН и /?к.шшах = Рк.ш214шах = 58,2 кН -

соответственно средняя и максимальная нагрузки на 4-ю наиболее нагруженную шейку (см. § 40); к.ш - [2ггал + (23) мм] = = 37 - (2 - 4 + 2) = 27 мм - рабочая ширина коренного вкладыша.

Расчет коренной шейки. Набегающие моменты, скручивающие коренные шейки, приведены Ег табл. 61, где значения тангенциальной силы Т взяты из табл. 37 и рис. 82, /Ик.ш1 = О, значения Мкр.ц.л.- и Л4кр.ц.пг приняты с учетом порядка работы двигателя 1л-In -4л -2л -2п-ЗГ-Зп -4п, а Мк.ш,- = /Ик.ш(г-1) +

+ Лкр.ц.л + Мкр.ц.п (£-1) •

Момент сопротивления коренной шейки кручению

хк.ш = 3/16= 3,14 - 903. 10-9/16 = 143 - 10-е „з;

Максимальное и минимальное касательные напряжения знакопеременного цикла для наиболее нагруженной 3-й коренной шейки (см. табл. 61):

W = Мк.штах/ихк.ш = 2960 • 10-6/(143 - W) = 20,7 МПа; Ттш = Мк.шшт/1хк.ш = - 1180- 10-6/(143. 10-6) = -8.3 МПа.

Среднее напряжение и амплитуды напряжений:

V = (шах + Xmin)/2 = (20,7 - 8,3)/2 = 6,2 МПа; „ = (хтах -Xmin)/2 = (20,7 + 8,3)/2 = 14,5 МПа; ак ak /(емхбпх) = 14,5 • 1,45/(0,62-1,2) = 28,3 МПа,

где fe, =0.6[1 + (7(ака- 1)] = 0,6[+ 0,71(3-1)] = 1,45 - коэффициент концентрации напряжений, определенный по формулам (222) и (224); q = 0,71 - коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений, определенный по графику (см. рис. 95) при Og = 800 МПа и ака =3; ак, = 3 - теоретический коэффициент концентрации напряжений, определенный по табл. 47 с учетом наличия масляного отверстия в шейке; е„, = 0,62 - масштабный коэффициент, определенный по табл. 48 при С?к.ш = 90 мм; 8п, = 1,2 - коэффициент поверхностной чувствительности, определенный по табл. 49 с учетом закалки шеек токами высокой частоты.

28.3 ла- о о

= 4,6>--- = 2,3, то запас прочности

Так как

6.2 1-

коренной шейки определяют по пределу усталости:

Пх = t-i/(tk + Ох т) = 180/(28,3 + 0,08 - 6,2) = 6,25.

Расчет шатунной шейки. Набегающие моменты, скручивающие шатунные шейки, приведены в табл. 62, где значения М.ы, Мкрц.лгиМкр.ц.шВЗятыизтабл. 61,аМш.шг = Мк.шг + 0,5 (Мкр.ц.лг + + Мкр.ц.пг) для двухпролетного симметричного вала.

Момент сопротивления кручению шатунной шейки

3,14 16

It ,3

1 = - Urn

Ы-wJ]

10-9 = 98,5 . 10-6 „3.

2-я коренная шейка

3-я коренная шейка

Таблица 61

Максимальное и минимальное касательные напряжения знакопеременного цикла для наиболее нагруженной 3-й шатунной шейки (см. табл. 62):

тшах = Мш.шшах/хш.ш = 2740 • 10-8/(98,5• Ю"») = 27,8 МПа; min = /Иш.ш min/Wx ш.ш = - 1165 • 10-«/(98,5 • 10"») = - 11,8 МПа. Среднее напряжение и амплитуды напряжений:

4-я коренная шейка

5-я коренная шейка

= (w + Хш!п)/2 = (27,8 - 11,8)/2 = 8,0 МПа;

х„ = (W - Хшш)/2 = (27,8 + 11,8)/2 = 19,8 МПа;

ак = /(емхпх) = 19,8-1,45/(0,65-0,87) = 50,8 МПа,

гдей, =1,45 - определен при расчете коренной шейки; бм, = 0,65- масштабный коэффициент, определенный по табл. 48 при ш.ш = 80 мм; = 0,87 - коэффициент поверхностной чувствительности материа-

Таблица 62

ла к концентрации напряжений, определенный по табл. 49 для внутренней поверхности шейки (сверления), на которую выходит масляное отверстие.

Так как = -

= 6,3>-

- = 2»6, то запас прочности

8,0 1-(

шатунной шейки от касательных напряжений определяют по пределу усталости:

Пг = -i/Kk + «X tJ = 180/(50,8 + 0,08 - 8,0) = 3,50.

Моменты, изгибающие шатунную шейку двухпролетного коленчатого вала (см. рис. 102, г):

в плоскости, перпендикулярной плоскости колена, для сечения / - / по оси масляного отверстия

Мт(1-п = Т (0,5/ - с) = г; (0,5 . 157 - 17) 10 = . 0,0615 Н.м;

для среднего сечения В - В

Мпв-в) = г; • 0,5/ = г; . 0,5 . 157 . 10-« = 0,0785Г; Н-м,

Г =.-(т I f 0.5/-CJ 0,5 - 157 + 17

+ Та

0,5 • 157-17 157

.] 10 = - (608Г„ + 392Г„) Н; / = /,.„ + /„. + + 2Л = 37 + 68 + 2 - 26 = 157 мм; с = /„,.„/4 = 68/4 = 17 мм;

в плоскости колена для сечения / - / подсчет не производят, так как на основании анализа полярной диаграммы (см. рис. 84) и диаграммы износа (см. рис. 86) масляное отверстие на шатунной шейке целесообразно сделать в горизонтальной плоскости (ф = 90°) и, следовательно, /Им = Мт{1-1)\

для среднего сечения В - В

Мк(В-В) = Мкр (В-В) + MkJ? (В-В) ,

Мкр (В-В) = К • 0,5/ = . 0.5 . 157 . Ю = 0,0785i(; Н-м;

Мкц (в-в) = Kl 0,5/ + Д-;?шС=18,95 - 0,5-157-10,9-17=1302 Н-м; Kjj. = - 0,57(н2 = - 0,5 (- 37,9) = 18,95 кН;

расчет моментов М<р„ и Миз = УМг (в-в) + М\ (в-в) приведен в табл. 63, где значения Т„, Г„, К„ и Кп взяты из табл. 40.

Максимальные и минимальные нормальные напряжения в шатунной шейке:

в сечении / - /

отах = М max /Wo ш.ш = 430 • 10-6/(49,2 • Юб) = 8,7 МПз;

°тш = М<р min /Wo ш.ш = - 1247.10-6/(49,2.10)-в = - 25,3 МПа,

где ш.ш = ш.ш = 0,5 - 98,5 • 10-6 = 492 • 10- м; в сечении В - В

Отах = Мизтах/аш.ш = 3733 - 10-/(49,2 • 10-) = 75,9 МПз;

Omin = Мизт!п/аш.ш = 1048 • 10-/(49,2 - Ю-*) = 21,3 МПз.

Среднее нзпряжение и змплитуды нзпряжений: для сечения / - /

От = (Отах + Omin)/2 = (8,7 - 25,3)/2 = - 8,3 МПз;

о„ = (отах - Omin)/2 = (8,7 + 25,3)/2 = 17,0 МПз;

«ак = Oflfeo / (е„,еп.) = 17,0-2,42/(0,69.0,87) = 68,5 МПа,