4.4 Хитневі болти

В чотиритактних двигунах болти, які стягують половинки колінної головки хитня, розтягуються під дією сил інерції мас поршня і хитня, що розташовані над площиною роз’єму колінної головки. Величину цих сил інерції визначають за формулою (4.15). Крім цього, на болти діє сила розтягу від попереднього затягування.

До хитневих болтів висувають вимоги високої механічної міцності та надійності. В якості матеріалу для виготовлення хитневих болтів застосовують сталі 35Х, 40Х, 35ХМА, 37ХНЗА, а у разі великих напружень затягування – леговані сталі з більш високими границями текучості – 18ХНВА, 20ХНЗА, 40ХН, 40ХНМА.

Під час роботи двигуна сили інерції F_jр намагаються розірвати болти. Тому вони повинні бути затягнуті настільки, щоб не порушилась щільність з’єднання внаслідок дії цієї сили.

Сила попереднього затягування

,

(4.22)

де і_б – кількість хитневих болтів.

Сумарна сила, що розтягує болт,

,

(4.23)

де  – коефіцієнт основного навантаження різьового з’єднання,

,

де K_х – податність частин хитня, що з’єднуються; K_б – податність болта.

Згідно дослідних даних коефіцієнт  змінюється в межах 0,15...0,25. Зі зменшенням діаметра хитневого болта значення  також зменшується.

Максимальні та мінімальні напруження, що виникають в болтах, визначають в перерізі за внутрішнім діаметром різі:

; ,

(4.24)

де d_в = d - 1,4 t – внутрішній діаметр різі болта; d – номінальний діаметр болта; t– крок різі.

Запаси міцності болта визначають за виразами (2.1), (2.9) або (2.10). Коефіцієнти концентрації напружень k_ визначають за формулою (2.4) з врахуванням концентратора і властивостей матеріалу. Для хитневих болтів запас міцності не повинен бути нижче 2.

Розділ 5 Розрахунок колінчастого валу двигуна

Колінчатий вал – найбільш складна конструктивно і найбільш навантажена деталь двигуна, яка сприймає періодичні навантаження від сил тиску газів, сил інерції і їх моментів. Дія цих сил і моментів спричинює виникнення значних напружень кручення, згину і розтягу-стиску; знакозмінні моменти викликають обертові коливання вала, які підсилюють напруження кручення.

Матеріал колінчатого валу повинен мати наступні властивості: високу міцність і в’язкість, великий опір зносу і напруженням втоми, опір дії ударним навантаженням і твердість. Ці властивості притаманні термічно обробленим вуглецевим і легованим сталям, а також високоякісним чавунам.

Колінчаті вали вітчизняних автомобільних і тракторних двигунів виготовляють із сталей 40, 45, 45Г2, 50Г, спеціального чавуну, а форсованих двигунів – із високолегованих сталей 18ХНВА, 18ХНМА, 40ХНМА та ін. Після кування колінчаті вали зазнають термічної обробки: відпалу або нормалізації. Другу термічну обробку, а саме – гартування та відпуск, виконують після механічної обробки. Поряд із кованими застосовують литі колінчаті вали, які виготовляють із чавуну, вуглецевої та легованої сталі.

Складна форма колінчатого вала, різноманіття сил і моментів, що діють на нього, характер зміни яких залежить від твердості вала і його опор, а також низка інших чинників не дозволяють точно розрахувати колінчатий вал на міцність. Тому використовують різні наближені методи розрахунку, які дозволяють отримати умовні напруження і запаси міцності окремих елементів колінчатого валу.

Загальноприйнятою схемою колінчатого валу є схема розрізної двохопорної балки з одним (рис. 5.1, а) чи двома (рис. 5.1, б і в) прогонами між опорами.

Під час розрахунку колінчатого вала вважають, що:

а) коліно (одне чи два) вільно лежить на опорах;

б) опори і точки прикладання сил проходять через середні площини шийок;

в) весь прогін (один чи два) між опорами є абсолютно жорсткою балкою.

Розрахунок колінчатого вала зазвичай здійснюють для номінального режиму (n=n_N) з врахуванням одночасної дії наступних сил і моментів (рис.5.1,б):

1) – сили, яка діє вздовж коліна, без врахування противаг, де (див. § 27-29 [11]):

Рис. 5.1. Розрахункові схеми колінчатого валу:

а – з одним прогоном; б, в – з двома прогонами

– сумарна сила, що направлена вздовж коліна; – доцентрова сила інерції мас, що обертаються; – сила інерції мас хитня, що обертаються; – сила інерції мас коліна, що обертаються;

2) – сумарної сили, яка діє в площині коліна, де – доцентрова сила інерції противаги, що знаходиться на продовженні щоки;

3) F_Т – тангенціальної сили, яка діє перпендикулярно площині коліна [1];

4) – реакції опори від сумарних сил, що діють в площині коліна, де і ;

5) – реакції опори від тангенціальної сили, що діє в площині, перпендикулярній до коліна;

6) T_оші – набігаючого обертового моменту, який передається розрахунковому коліну з боку передньої частини валу;

7) – обертового моменту, що створюється тангенціальною силою;

8) T_ош(і+1)= T_оші + T_ц – збігаючого обертового моменту, що передається розрахунковим коліном наступному коліну.

Основні конструктивні співвідношення елементів колінчатого валу, необхідні для розрахунку, наведені в табл. 5.1.

Таблиця 5.1