2020-01-14
638
При работе шатун подвергается действию силы давления газов, действию усилия заедания поршня, действию сил инерции (шатун участвует в поступательном и во вращательном движении), действию силы трения.
Сила газов, силы инерции и заедание поршня будут вызывать деформации растяжения-сжатия, изгиба. Сила трения будет вызывать износ вкладышей нижней головки шатуна и втулки поршневой головки. Знакопеременные нагрузки будут вызывать усталостные разрушения.
Напряжения сжатия в стержне шатуна:
кг/см2
где 
– минимальное сечение головки шатуна.
Сила 
, кроме сжатия, вызывает продольный изгиб.
Наименьший диаметр шатуна, в функции диаметра цилиндра, составит d=0.25D; наибольшая длина шатуна l определиться из условий наименьшего значения 
и наибольшего отношения S/D. Примем
=l/5,5; S/D=1.3
Расчёт с достаточной степенью точности может быть проведен по формуле, определяющей ломающие критические напряжения 
кг/см2:
=(4700-23*l/i) кг/см2 (для легированной стали).
По напряжениям подсчитывается критическая сила
|
|
|
= f кг,
где f - площадь среднего сечения шатуна в см2.
Отношение 
/ 
= ε
=12,5*10,1919=127,4.
В плоскости качания шатун можно рассматривать как балку с шарнирными опорами, при этом деформация изгиба распространяется по всей его длине. В плоскости, перпендикулярной качанию шатуна, его следует рассматривать как балку с заделанными концами, в данном случае деформация изгиба распространяется на половину длины шатуна.
Таким образом:
кгс/см2 
МПа;
кгс/см2 
МПа,
Где f – площадь среднего сечения шатуна:
см2.
и 
– моменты инерции сечения относительно осей x и y:
см4;
см4.
Шатуны подвергаются ещё и значительному воздействию сил инерции массы шатуна, действующих в плоскости его движения. В этом случае шатуны, кроме того, необходимо проверять на изгиб указанными силами инерции. Наибольшее значение рассматриваемые силы имеют при угле между шатуном и мотылём, равном 908.
Наибольший изгибающий момент равен:
кгс.см 
Н.м,
где P – равнодействующая сил инерции:
кгс 
кН,
где q – сила инерции элемента стержня шатуна длиной 1 см:
кгс/см 
кН/м,
где 
кгс/см3 – удельный вес материала шатуна.
Суммарные напряжения в стержне шатуна будут равны:
кгс/см2 
МПа 
МПа,
где W – момент сопротивления сечения шатуна, удаленного на расстояние 
от центра верхней головки.
Верхнюю головку шатуна проверяют на разрыв силой, возникающей при заедании поршня. Её условно принимают равной:
кгс 
кН.
Напряжения в верхней головке шатуна:
кгс/см2 
МПа 
МПа,
|
|
|
где 
см.
Для нормальной работы головного подшипника верхняя головка шатуна должна иметь соответствующую жёсткость. В соответствии с этим необходимо принятые размеры проверять на жёсткость. Относительная деформация верхней головки шатуна может быть определена по формуле:
мм/см 
мм/см,
где E – модуль упругости материала головки шатуна;
I – момент инерции сечения головки:
см4.
В двигателе 6ЧН26/34 шатунные болты изготовлены из стали 37ХНА3А.
Шатунные болты нижней головки шатуна проверяют на растяжение силой 
.
В то же время при монтаже нижней головки шатуна болты должны быть затянуты настолько, чтобы при действии силы Pв не была нарушена плотность соединения половинок головки. Усилие предварительного затяга Рз принимают равным:
,
Тогда напряжения растяжения болтов составят
где i=4 - число болтов; f=2,08см2 - наименьшее сечение болта
кг/см2 
.
Независимо от напряжений, вызываемых силой Рз, шатунным болтам необходимо обеспечить прочность при возможном заедании рабочего поршня. Сила Р условно принимается равной:
где D – диаметр цилиндра; р=15-20кг/см2 – условное усилие на 1см2 площади поршня.
Если Р будет больше Рз то в качестве расчетной силы следует принять силу Р.
.
Литература
1. Танатар Д.Б. «Компоновка и расчет быстроходных двигателей с воспламенением топлива от сжатия» М.: «Морской транспорт».- 1952 г
2. Фомин Ю.Я. «Судовые двигатели внутреннего сгорания» - Л.: «Судостроение». – 1989 г
3. Ваншейдт В. А. «Конструирование и расчеты прочности судовых дизелей». – Л.: «Судостроение» - 1969 г.
4. Р.А. Зейнетдинов, И.Ф. Дьяков, С.В. Ярыгин «Проектирование автотракторных двигателей» Ульяновск 2004 г
