Лекция 2. Расчет кривошипной головки

Соотношения размеров в кривошипной головке приведены в табл. 10.1.

Приближенный расчет кривошипной головки сводится к определению напряжения изгиба в среднем сечении II-II крышки головки от центробежных сил (МН), имеющих максимальное значение в начале пуска (j=0°) при работе дизеля на режиме максимальной частоты вращения холостого хода.

P_jp= -w²_{xx max}R[(m_п+m_шп)(1+l) + (m_шк-m_кр)]×10^-6,

где m_п – масса поршневой группы;

m_шп, m_шк – соответственно массы шатуна, прилегающего к поршневой головке и к кривошипной; m_ш = m_шп + m_шк – масса шатуна, совершающая возвратно-поступательное движение, кг;

m_кр » (0,20 ... 0,28) m_ш – масса крышки кривошипной головки, кг.

Напряжение изгиба крышки с учетом совместной деформации вкладыша равно

, МПа, (10.1)

где С – расстояние между шатунными болтами, м (рис. 8.1),

м⁴; (a – длина крышки, t_B – толщина стенки вкладыша, м);

J= а[(0,5(C – d₁)]³ – момент инерции расчетного сечения II-II, м⁴;

W_из = а [(0,5(C – d₁)]²/6 – момент сопротивления сечения II-II крышки без учета ребер жесткости, м³;

r₁=0,5 (d_шш+2t_в) – внутренний радиус кривошипной головки, м;

d_шш – диаметр шатунной шейки, м; t_в – толщина вкладыша, м.

F_В= а 0,5(C - d_шш) – суммарная площадь крышки и вкладыша в расчетном сечении, м².

[s] = 100…300 МПа.

Конструктивно вкладыши выполняют биметаллическими, имеющими стальную основу и антифрикционный слой. Общая величина вкладышей d = 1,3...2,0 мм для ДсИЗ, с антифрикционным слоем 0,2...0,4 мм, а для дизелей d = 2,5...3,0, с антифрикционным слоем 0,3...0,7 мм. Применяют сплав СОС-6-6 (по 5...6 % олова и сурьмы, 88...90 % свинца) для ДсИЗ, алюминиевый сплав АО20-1 (20 % олова, по 1% меди и никеля и 78 % алюминия). Вкладыши дизелей выполняют из свинцовистой бронзы БрС-30 (30 % свинца, 70 % меди), она плохо прирабатывается, подвержена коррозии, в связи с этим в моторное масло вводят присадки, а поверхность покрывают тонкой пленкой сплава свинца с оловом, свинца с индием или свинца с кадмием, толщиной 0,015...0,04 мм. Для тракторных двигателей применяют сплав АО 20-1 для верхнего вкладыша и АСМ для нижнего (алюминиевый сплав 0,7 % меди, 6 % сурьмы, 93,3 % алюминия).

Расчет шатунных болтов

На болты действует та же сила инерции Р_JP, что и на крышку кривошипной головки. На каждый болт действует сила

,

где i_б – число болтов и дополнительно сила затяжки болтов при монтаже P_з.

С учетом податливости элементов стыка головки возникают дополнительная циклическая нагрузка на болт c , , (10.2)

где c – коэффициент податливости соединения, К_ш и К_б – податливость (деформация сжатия) соответственно болта и крышки головки. Обычно принимают c = 0,15...0,25.

Сила предварительной затяжки находится из условия нераскрытия стыка между крышкой головки и кривошипной головкой шатуна:

; m – коэффициент запаса; m = 2...2,5.

Максимальная и минимальная силы, нагружающие болт, равны:

; (10.3)

. (10.4)

Напряжения в болте

s_max = P_max/F_пр; s_min = P_min/F_пр, (10.5)

где F_пр – площадь минимального сечения болта по резьбе.

Расчет на прочность резьбы ведется с определением запаса прочности по переменным напряжениям, с учетом концентрации напряжений в резьбе:

К_s/t = 5...5,5; [n]=2. (10.6)

Для повышения усталостной прочности зоны перехода от головки к стержню резьбы выполняются в виде галтелей с возможно большим радиусом 0,15...0,5d, поверхность шлифуется или полируется, а резьба выполняется с мелким шагом. Наиболее часто стержень болта имеет участок с повышенной податливостью (уменьшением диаметра) и призонный поясок для фиксации крышки относительно шатуна.

Болты изготавливаются из хромистых и хромоникельмолибденовых сталей 30Х, 40Х, 45Х, 40ХНМА штамповкой на автоматах с последующей накаткой резьбы и термической обработкой (закалка и отпуск).