5.4. Розрахунок щок

Щоки колінчатого вала сприймають складні змінні напруження: дотичні внаслідок кручення і нормальні – згину і розтягу-стиску. Найбільші напруження виникають в місцях переходу шийки в щоку в галтелях (переріз А-А, рис. 5.1, б). Методика визначення екстремальних значень силових чинників, що діють в перерізі А-А, детально наведена в [11, § 51].

Дотичні напруження, що виникають від дії обертального моменту

.

(5.11)

Максимальні і мінімальні дотичні напруження визначають за формулами:

і ,

(5.12)

де – момент опору крученню прямокутного поперечного перерізу щоки. Значення коефіцієнта вибирають залежно від відношення ширини b розрахункового перерізу щоки до її товщини h з табл. 3.2.

Таблиця 3.2

Значення коефіцієнта залежно від відношення b/h

b/h	1	1,5	1,75	2,0	2,5	3,0	4,0	5,0	10,0	∞
	0,208	0,231	0,239	0,246	0,258	0,267	0,282	0,292	0,312	0,333

Запас міцності щоки у разі кручення визначають за формулами (2.1), (2.9) або (2.10), коефіцієнт визначають із залежності (2.6), коефіцієнти _к, _м і _п – з табл. IІ.5–ІI.7 додатку IІ. Для наближених розрахунків приймають для перерізу А-А біля галтелей .

Нормальні напруження згину і стиску-розтягу викликаються згинальним моментом в площині, що перпендикулярна до площини коліна і сили стиску (розтягу) :

; .

(5.13)

Значення цих сил і моментів визначають виходячи з динамічного розрахунку.

Максимальні і мінімальні нормальні напруження визначають з рівнянь:

; ,

(5.14)

де – момент опору згину щоки; – площа розрахункового перерізу А-А щоки.

У випадку визначення запасу міцності щоки від нормальних напружень коефіцієнт концентрації в галтелях визначають аналогічно визначенню . Для наближених розрахунків приймають: зростає від 2 до 3,7 у разі зменшення відношення радіуса галтелі до товщини щоки від 0,35 до 0,15. Сумарний запас n_щ міцності щоки, який визначають за формулою (2.10), становить: для автомобільних двигунів не менше 2,0...3,0; для тракторних двигунів 3,0...3,5.

Розділ 6 Розрахунок елементів корпуса двигуна

6.1. Блок-картер

У більшості сучасних автомобільних і тракторних двигунів блок циліндрів виконаний заодно з верхньою частиною картера і називається блок-картером. До блок-картера кріплять і в ньому розміщують різні механізми й окремі деталі двигуна. Під час роботи двигуна блок-картер сприймає значні динамічні й теплові навантаження. Схема передачі сил тиску газів через елементи блока визначає силову схему блок-картера, серед яких найбільш поширені: а) з несучим блоком циліндрів; б) з несучим блоком сорочок; в) з несучими силовими шпильками (детально див. [7, 11]).

В двигунах з повітряним охолодженням застосовують переважно дві силові схеми з’єднання головки блока, циліндра і картера: 1) з несучими силовими шпильками і 2) із несучим циліндром [7, 11].

Забезпечення жорсткості блок-картера досягають за допомогою виконання ребер на його перегородках, застосування тунельного картера, розміщення площини з’єднання нижньої половини картера з верхньою нижче площини роз’єму опорних вальниць, а також інших конструктивних заходів [7, 11].

Матеріалом для блок-картера зазвичай служить сірий чавун СЧ44, СЧ40, СЧ15-32 і СЧ32, а також алюмінієві стопи АСЛ4 і СЗ-26 (силумін).

Конструкцію блок-картера і його габаритні розміри визначають призначенням, умовами роботи й потужністю двигуна. Товщина перегородок чавунного блоку і стінок водяної сорочки зазвичай не перевищує 4...7 мм, а товщина перегородок і стінок верхньої половини картера – 5...8 мм. В алюмінієвому блок-картері товщину стінок відповідно збільшують на 1...3 мм.

Одним із найбільш важливих конструктивних показників блок-картера є відношення відстані L₀ між осями сусідніх циліндрів до діаметра D циліндра, що характеризує компактність двигуна за довжиною (детально див. табл. 68 [11] або 31 [7]).

Розрахунок блок-картера на міцність складає великі труднощі у визначенні діючих зусиль через складність конфігурації і тут не наводиться.