Расчет прочности деталей движения - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания

Расчеты прочности деталей двигателя будем проводить по методу Р. С.Кинасошвили при помощи ПЭВМ в соответствующей программе. Материал коленчатого вала - сталь 18Х2Н4МА с характеристиками

Исходными данными являются файл расчета динамики двигателя и следующие вводимые данные:

Файл вводимых данных:

    5 Ч 8,1/7,7 5400. ! Предел усталостной прочности материала К/ВАЛА при изгибе, [Бар] 4190. ! Предел усталостной прочности материала к/вала при кручении, [Бар] 0.048 ! Диаметр ШАТУННОЙ шейки, [м] 0.020 ! Диаметр облегчающего отверстия шатунной шейки, [м] 0.000 ! Эксцентриситет расположения облегчающего отверстия, [м], 0.005 ! Диаметр отверстия для смазки в шатунной шейке, [м] 90.0 ! Угол расположения маслоподводящего отверстия, [град.]

.0050 ! Радиус галтели шатунной шейки, [м]

    0.058 ! Диаметр КОРЕННОЙ шейки, [м] 0.000 ! Диаметр облегчающего отверстия коренной шейки, [м] 0.005 ! Диаметр отверстия для смазки в коренной шейке, [м]

.0050 ! Радиус галтели коренной шейки, [м]

    0.122 ! Ширина ЩЕКИ, [м] 0.015 ! Толщина щеки, [м] 115. ! Угол заделки ПОРШНЕВОЙ ГОЛОВКИ ШАТУНА, [град.] 0.023 ! Осевая длина головки, [м] 0.022 ! Внутренний диаметр ПГШ, [м] 0.032 ! Внешний диаметр ПГШ, [м]

3000. ! Предел усталости материала ШАТУНА, [Бар]

0.228 ! Масса части шатуна над сечением стержня с min площадью, [кг]

0.300 ! Масса части шатуна над средним сечением стержня, [кг]

2.04E-4 ! Минимальная площадь стержня, [м^2]

2.42E-4 ! Площадь в среднем сечении стержня, [м^2]

0.100 ! Масса КРЫШКИ с вкладышем, [кг]

0.021 ! Осевая длина вкладыша, [м]

0.023 ! Осевая длина крышки, [м]

0.002 ! Толщина вкладыша, [м]

0.011 ! Толщина крышки, [м]

0.062 ! Расстояние между болтами ( плечо ), [м]

2 ! Число БОЛТОВ

0.006 ! Внутренний диаметр резьбы, [м]

0.0070 ! Средний диаметр резьбы, [м]

0.10 ! Коэффициент трения в резьбе

11000. ! Предел текучести материала болта, [Бар]

4500. ! Предел усталости болта при растяжении, [Бар]

0.022 ! Номинальный ( наружный ) диаметр ПОРШНЕВОГО ПАЛЬЦА, [м]

0.014 ! Внутренний диаметр поршневого пальца, [м]

0.058 ! Длина пальца, [м]

0.016 ! Длина опорной части поршневой бобышки, [м]

0.027 ! Расстояние между бобышками, [м]

0.023 ! Опорная длина подшипника верхней головки шатуна, [м] !

! Пределы усталостной прочности необходимо задавать

! с учетом коэффициента упрочнения соответствующей детали.

РАСЧЕТЫ ПРОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ДВИЖЕНИЯ ПО МЕТОДУ Р. С.Кнасошвили

5 Ч 8,1/7,7

*** Вариант 001 ***

ЭФФЕКТИВНЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ КОНЦЕНТРАЦИИ

На краю отверстия для смазки:

Коренной шейки по TAU................ 2.633

Шатунной шейки по SIGMA.............. 3.265

Шатунной шейки по TAU................ 2.586

В галтели шатунной шейки:

В плоскости колена по SIGMA.......... 2.721

В перпендикулярной плоскости по SIGMA 2.428

По касательным напряжениям TAU....... 2.077

В галтелях сопряжения щек с шейками:

Коренной по SIGMA - точка 1 .......... 2.640

Шатунной по SIGMA - точка 2 .......... 2.721

Коренной по TAU...................... 2.514

Шатунной по TAU...................... 2.077

РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА

Отсек 1

ШАТУННАЯ ШЕЙКА

На краю отверстия для смазки:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 227.6 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... 38.4 [Бар]

Амплитуда напряжений цикла TAYa...... 93.2 [Бар]

Среднее напряжение цикла TAYm........ 15.7 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 7.19

Запас прочности на кручение.......... 17.22

Общий запас прочности................ 5.48 [1.5-4.0]

На галтели в плоскости кривошипа:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 288.2 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... 383.2 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 6.27

Запас прочности на кручение.......... 21.38

Общий запас прочности................ 4.97 [1.5-4.0]

- в плоскости, перпендикулярной кривошипу:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 171.9 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... 29.0 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 12.76

Общий запас прочности................ 9.06 [1.5-4.0]

Максимальной удельное давление от Pz 367.9 [Бар] [80-500]

КОРЕННАЯ ШЕЙКА

Максимальное напряжение цикла........ 119.8 [Бар]

Минимальное напряжение цикла......... -85.2 [Бар]

Амплитуда напряжений цикла TAYa...... 102.5 [Бар]

Среднее напряжение цикла TAYm........ 17.3 [Бар]

Запас прочности на кручение.......... 12.71 [1.5-6.0]

Максимальной удельное давление от Pz 97.5 [Бар] [80-500]

ЩЕКА 1

Максимальное напряжение сжатия (1) ... 35.5 [Бар]

Максимальное напряжение растяжения (2) -50.9 [Бар]

Расчетная точка 1 (коренная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 429.8 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... -465.3 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 5.18

Запас прочности на кручение.......... 16.10

Общий запас прочности................ 4.08 [1.2-3.0]

Расчетная точка 2 (шатунная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 616.7 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... -667.7 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 3.50

Запас прочности на кручение.......... 21.38

Общий запас прочности................ 2.85 [1.2-3.0]

ЩЕКА 2

Максимальное напряжение сжатия (1) ... 35.5 [Бар]

Максимальное напряжение растяжения (2) -50.9 [Бар]

Расчетная точка 1 (коренная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 429.8 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... -465.3 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 5.18

Запас прочности на кручение.......... 16.10

Общий запас прочности................ 4.08 [1.2-3.0]

Расчетная точка 2 (шатунная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 616.7 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... -667.7 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 3.50

Запас прочности на кручение.......... 21.38

Общий запас прочности................ 2.85 [1.2-3.0]

Отсек 2

ШАТУННАЯ ШЕЙКА

На краю отверстия для смазки:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 227.6 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... 38.4 [Бар]

Амплитуда напряжений цикла TAYa...... 242.3 [Бар]

Среднее напряжение цикла TAYm........ 19.3 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 7.19

Запас прочности на кручение.......... 6.66

Общий запас прочности................ 4.04 [1.5-4.0]

На галтели в плоскости кривошипа:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 288.2 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... 383.2 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 6.27

Запас прочности на кручение.......... 8.28

Общий запас прочности................ 4.13 [1.5-4.0]

- в плоскости, перпендикулярной кривошипу:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 171.9 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... 29.0 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 12.76

Общий запас прочности................ 5.74 [1.5-4.0]

ЩЕКА 1

Максимальное напряжение сжатия (1) ... 35.5 [Бар]

Максимальное напряжение растяжения (2) -50.9 [Бар]

Расчетная точка 1 (коренная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 429.8 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... -465.3 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 5.18

Запас прочности на кручение.......... 16.10

Общий запас прочности................ 4.08 [1.2-3.0]

Расчетная точка 2 (шатунная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 616.7 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... -667.7 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 3.50

Запас прочности на кручение.......... 8.28

Общий запас прочности................ 2.66 [1.2-3.0]

КОРЕННАЯ ШЕЙКА

Максимальное напряжение цикла........ 167.9 [Бар]

Минимальное напряжение цикла......... -160.1 [Бар]

Амплитуда напряжений цикла TAYa...... 164.0 [Бар]

Среднее напряжение цикла TAYm........ 3.9 [Бар]

Запас прочности на кручение.......... 8.01 [1.5-6.0]

ЩЕКА 2

Максимальное напряжение сжатия (1) ... 35.5 [Бар]

Максимальное напряжение растяжения (2) -50.9 [Бар]

Расчетная точка 1 (коренная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 429.8 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... -465.3 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 5.18

Запас прочности на кручение.......... 10.15

Общий запас прочности................ 3.82 [1.2-3.0]

Расчетная точка 2 (шатунная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 616.7 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... -667.7 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 3.50

Запас прочности на кручение.......... 8.28

Общий запас прочности................ 2.66 [1.2-3.0]

ШАТУННАЯ ШЕЙКА

На краю отверстия для смазки:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 227.6 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... 38.4 [Бар]

Амплитуда напряжений цикла TAYa...... 288.9 [Бар]

Среднее напряжение цикла TAYm........ 2.4 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 7.19

Запас прочности на кручение.......... 5.61

Общий запас прочности................ 3.65 [1.5-4.0]

На галтели в плоскости кривошипа:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 288.2 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... 383.2 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 6.27

Запас прочности на кручение.......... 6.98

Общий запас прочности................ 3.86 [1.5-4.0]

в плоскости, перпендикулярной кривошипу:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 171.9 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... 29.0 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 12.76

Общий запас прочности................ 5.06 [1.5-4.0]

ЩЕКА 1

Максимальное напряжение сжатия (1) ... 35.5 [Бар]

Максимальное напряжение растяжения (2) -50.9 [Бар]

Расчетная точка 1 (коренная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 429.8 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... -465.3 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 5.18

Запас прочности на кручение.......... 10.15

Общий запас прочности................ 3.82 [1.2-3.0]

Расчетная точка 2 (шатунная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 616.7 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... -667.7 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 3.50

Запас прочности на кручение.......... 6.98

Общий запас прочности................ 2.58 [1.2-3.0]

КОРЕННАЯ ШЕЙКА

Максимальное напряжение цикла........ 202.1 [Бар]

Минимальное напряжение цикла......... -160.4 [Бар]

Амплитуда напряжений цикла TAYa...... 181.3 [Бар]

Среднее напряжение цикла TAYm........ 20.9 [Бар]

Запас прочности на кручение.......... 7.21 [1.5-6.0]

ЩЕКА 2

Максимальное напряжение сжатия (1) ... 35.5 [Бар]

Максимальное напряжение растяжения (2) -50.9 [Бар]

Расчетная точка 1 (коренная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 429.8 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... -465.3 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 5.18

Запас прочности на кручение.......... 9.13

Общий запас прочности................ 3.73 [1.2-3.0]

Расчетная точка 2 (шатунная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 616.7 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... -667.7 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 3.50

Запас прочности на кручение.......... 6.98

Общий запас прочности................ 2.58 [1.2-3.0]

Отсек 4

ШАТУННАЯ ШЕЙКА

На краю отверстия для смазки:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 227.6 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... 38.4 [Бар]

Амплитуда напряжений цикла TAYa...... 287.0 [Бар]

Среднее напряжение цикла TAYm........ 100.7 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 7.19

Запас прочности на кручение.......... 5.53

Общий запас прочности................ 3.62 [1.5-4.0]

На галтели в плоскости кривошипа:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 288.2 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... 383.2 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 6.27

Запас прочности на кручение.......... 6.85

Общий запас прочности................ 3.82 [1.5-4.0]

- в плоскости, перпендикулярной кривошипу:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 171.9 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... 29.0 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 12.76

Общий запас прочности................ 4.99 [1.5-4.0]

ЩЕКА 1

Максимальное напряжение сжатия (1) ... 35.5 [Бар]

Максимальное напряжение растяжения (2) -50.9 [Бар]

Расчетная точка 1 (коренная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 429.8 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... -465.3 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 5.18

Запас прочности на кручение.......... 9.13

Общий запас прочности................ 3.73 [1.2-3.0]

Расчетная точка 2 (шатунная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 616.7 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... -667.7 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 3.50

Запас прочности на кручение.......... 6.85

Общий запас прочности................ 2.57 [1.2-3.0]

КОРЕННАЯ ШЕЙКА

Максимальное напряжение цикла........ 268.9 [Бар]

Минимальное напряжение цикла......... -121.2 [Бар]

Амплитуда напряжений цикла TAYa...... 195.1 [Бар]

Среднее напряжение цикла TAYm........ 73.8 [Бар]

Запас прочности на кручение.......... 6.60 [1.5-6.0]

ЩЕКА 2

Максимальное напряжение сжатия (1) ... 35.5 [Бар]

Максимальное напряжение растяжения (2) -50.9 [Бар]

Расчетная точка 1 (коренная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 429.8 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... -465.3 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 5.18

Запас прочности на кручение.......... 8.35

Общий запас прочности................ 3.64 [1.2-3.0]

Расчетная точка 2 (шатунная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 616.7 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... -667.7 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 3.50

Запас прочности на кручение.......... 6.85

Общий запас прочности................ 2.57 [1.2-3.0]

Отсек 5

ШАТУННАЯ ШЕЙКА

На краю отверстия для смазки:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 227.6 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... 38.4 [Бар]

Амплитуда напряжений цикла TAYa...... 271.1 [Бар]

Среднее напряжение цикла TAYm........ 148.7 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 7.19

Запас прочности на кручение.......... 5.79

Общий запас прочности................ 3.73 [1.5-4.0]

На галтели в плоскости кривошипа:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 288.2 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... 383.2 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 6.27

Запас прочности на кручение.......... 7.16

Общий запас прочности................ 3.90 [1.5-4.0]

- в плоскости, перпендикулярной кривошипу:

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 171.9 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... 29.0 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 12.76

Общий запас прочности................ 5.16 [1.5-4.0]

ЩЕКА 1

Максимальное напряжение сжатия (1) ... 35.5 [Бар]

Максимальное напряжение растяжения (2) -50.9 [Бар]

Расчетная точка 1 (коренная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 429.8 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... -465.3 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 5.18

Запас прочности на кручение.......... 8.35

Общий запас прочности................ 3.64 [1.2-3.0]

Расчетная точка 2 (шатунная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 616.7 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... -667.7 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 3.50

Запас прочности на кручение.......... 7.16

Общий запас прочности................ 2.60 [1.2-3.0]

КОРЕННАЯ ШЕЙКА

Максимальное напряжение цикла........ 192.7 [Бар]

Минимальное напряжение цикла......... -16.9 [Бар]

Амплитуда напряжений цикла TAYa...... 104.8 [Бар]

Среднее напряжение цикла TAYm........ 87.9 [Бар]

Запас прочности на кручение.......... 11.98 [1.5-6.0]

ЩЕКА 2

Максимальное напряжение сжатия (1) ... 35.5 [Бар]

Максимальное напряжение растяжения (2) -50.9 [Бар]

Расчетная точка 1 (коренная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 429.8 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... -465.3 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 5.18

Запас прочности на кручение.......... 15.15

Общий запас прочности................ 4.05 [1.2-3.0]

Расчетная точка 2 (шатунная):

Амплитуда напряжений цикла SIGMAa.... 616.7 [Бар]

Среднее напряжение цикла SIGMAm...... -667.7 [Бар]

Запас прочности на изгиб............. 3.50

Запас прочности на кручение.......... 7.16

Общий запас прочности................ 2.60 [1.2-3.0]

РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ШАТУНА И ПОРШНЕВОГО ПАЛЬЦА

ПОРШНЕВАЯ ГОЛОВКА ШАТУНА

Напряжение на внешней поверхности ПГШ

От растягивающей силы инерции при FI=0 760.1 [Бар]

    - при FI=90 98.6 [Бар] - при FI=ALFA 1368.6 [Бар]

Напряжение на внутренней пов-ти ПГШ

От растягивающей силы инерции при FI=0 840.4 [Бар]

    - при FI=90 -15.7 [Бар] - при FI=ALFA 1627.7 [Бар]

Напряжение на внешней поверхности ПГШ

От суммарной сжимающей силы при FI=0 -27.3 [Бар]

    - при FI=90 72.5 [Бар] - при FI=ALFA -347.6 [Бар]

Напряжение на внутренней пов-ти ПГШ

От суммарной сжимающей силы при FI=0 -36.0 [Бар]

    - при FI=90 93.2 [Бар] - при FI=ALFA -450.4 [Бар]

Напряжение на внешней поверхности ПГШ

От запрессовки втулки и нагрева...... .0 [Бар]

Напряжение на внутренней пов-ти ПГШ

От запрессовки втулки и нагрева...... .0 [Бар]

Расчет запаса прочности для внешней

Поверхности ПГШ в заделке ( FI=ALFA )

Максимальное напряжение цикла........ 1368.6 [Бар]

Минимальное напряжение цикла......... -347.6 [Бар]

Среднее напряжение цикла............. 510.5 [Бар]

Амплитуда напряжений цикла........... 858.1 [Бар]

Запас прочности ПГШ в заделке........ 3.21 [2.5-5.0]

Максимальной удельное давление от Pz 698.0 [Бар] [500-900]

СТЕРЖЕНЬ ШАТУНА

Макс. напр. сжатия в мин. сечении.... 898.2 [Бар] [1000-4000]

Мин. напр. растяжения в мин. сечении. -875.9 [Бар]

Макс. напр. сжатия в среднем сеч. .... 763.7 [Бар] [1000-4000]

Мин. напр. растяжения в среднем сеч. . -795.3 [Бар]

Запас прочности под порш. головкой... 3.37 [2.0-3.0]

Запас прочности в среднем сечении.... 3.86 [2.0-3.0]

КРЫШКА НИЖНЕЙ ГОЛОВКИ ШАТУНА

Напряжение изгиба в среднем сечении.. 240.0 [Бар] [1000-2500]

Уменьшение диаметра головки.......... 5.5 [мкм] [Delta/2]

БОЛТЫ НИЖНЕЙ ГОЛОВКИ ШАТУНА

Суммарное нормальное напряжение...... 2733.7 [Бар]

Касательное напряжение при кручении.. 626.2 [Бар]

Сложное напряжение в расчетном сеч. .. 2941.1 [Бар]

Запас статической прочности.......... 3.74 [1.5-3.0]

Амплитуда переменных напряжений...... 182.3 [Бар]

Запас прочности по переменным напр. .. 4.94 [2.5-5.0]

ПОРШНЕВОЙ ПАЛЕЦ

Максимальное напряжение изгиба....... 1582.9 [Бар] [2500-5000]

Напряжение среза..................... 482.3 [Бар]

Максимальное касательное напряжение.. 935.6 [Бар] [500-2500]

Напряжение на внешней поверхности

при FI=0 ..... 767.7 [Бар]

Напряжение на внутренней поверхности при FI=0 ..... -2481.4 [Бар]

Напряжение на внешней поверхности при FI=90 .... -1653.0 [Бар]

Напряжение на внутренней поверхности при FI=90 .... 1322.5 [Бар]

Наибольшие удельные нагрузки на опорную поверхность пальца.... 431.2 [Бар]

Наибольшие удельные нагрузки на бобышки поршня................ 309.9 [Бар]

Максимальная овализация.............. 4.4 [мкм] [ 22.0]

Похожие статьи




Расчет прочности деталей движения - Конструирование и расчет двигателей внутреннего сгорания

Предыдущая | Следующая