Шатунная группа

При работе двигателя шатун подвергается воздействию знакопеременных газовых и инерционных сил, а в отдельных случаях эти силы создают ударные нагрузки. Поэтому шатуны изготовляют из марганцовистых, хромистых, хромоникелевых сталей с содержанием углерода 0,3 - 0,45%. Для повышения усталостной прочности при достаточной вязкости и пластичности стальные шатуны подвергают в процессе штамповки промежуточной термообработке, а после штамповки - полированию, обдувке дробью, нормализации, закалке и отпуску.

Рис. 7.4. Расчетная схема шатунной группы.

Поршневая головка шатуна рассчитывается на [1]:

а) усталостную прочность в сечении I-I от действия инерционных сил, достигающих максимальных значений при работе на режиме максимальной частоты вращения холостого хода;

б) напряжение, возникающее в головке от воздействия на нее запрессованной втулки;

в) усталостную прочность в сечении А-А от действия суммарных сил и запрессованной втулки.

Расчет в этом случае проводится для режима работы двигателя, при котором амплитуда изменения суммарных сил максимальна.

Расчёт поршневой головки шатуна

Данные для расчёта на прочность взяты из теплового и динамического расчётов:

максимальное давление сгорания pzд = 8,99 МПа на режиме n = 1600 при φ = 380°;

масса поршневой группы mп = 3,804 кг;

масса шатунной группы mш = 4,295 кг;

частота вращения nN = 2100;

ход поршня S = 125 мм;

площадь поршня Fп = 122,72 см²;

λ = 0,197;

диаметр поршневого пальца dп = 40 мм;

длина поршневой головки шатуна lш = 40 мм.

По табличным значениям [1] принимаем:

наружный диаметр головки dг = 66 мм;

внутренний диаметр головки d = 46 мм;

радиальная толщина стенки головки hг = мм

радиальная толщина стенки втулки sв = мм

материал шатуна - сталь 45Г2;

модуль упругости Еш = 2,2∙105 МПа;

термический коэффициент расширения стальной головки αг = 1∙10-5 .

Материал втулки – бронза;

модуль упругости Ев = 1,15∙105 МПа;

термический коэффициент расширения αв = 1,8∙10-5 .

По табличным значениям выберем для стали 45Г2:

предел прочности σв = 810 МПа;

предел усталости при изгибе σ-1 = 355 МПа;

предел усталости при растяжении – сжатии σ-1р = 210 МПа;

предел текучести σт = 420 МПа;

коэффициент приведения цикла при изгибе ασ = 0,17;

коэффициент приведения цикла при растяжении – сжатии ασ = 0,13.

Определим при изгибе:

Определим при растяжении – сжатии:

а) расчёт сечения I – I:

Максимальное напряжение пульсирующего цикла:

МПа,

где mв.г. = 0,08∙mп = 0,08∙3,804 = 0,349 кг – масса части головки выше сечения I–I;

ωх.х.max =

Среднее напряжение и амплитуда напряжений:

МПа

МПа,

где kσ = 0,864 – эффективный коэффициент концентрации напряжений (головка не имеет резких переходов);

εм = 0,86 – масштабный коэффициент [1];

εп = 0,9 – коэффициент поверхностной чувствительности [1].

Так как

,

то запас прочности в сечении I – I определяется по пределу усталости:

Запас прочности в сечении I–I находится в рекомендованных пределах 2,5÷5 [1].

Напряжение от запрессованной втулки:

Суммарный натяг: