2.8 Диаграммы износа шеек коленчатого вала

Приложение Б; рис. 6, 7.

ДИ – диаграмма износа,

ПДС – полярная диаграмма сил.

ДИ шеек КВ (эпюры) строятся на основании ПДС.

ДИ ШШ. Пример для луча О_Ш10. Окружность, изображающая ШШ, разделена на 12 равных участков 0-1, 1-2 …11-12, точки деления соединены с центром лучами О_Ш0, О_Ш1 … Луч перенесен ДИ  ПДС; силами, действующими на соответствующий участок ШШ (попадают в секторы 60 по обе стороны от луча) являются R_{ШШ 390}, R_{ШШ 420}, R_{ШШ 450}, их результирующая R_{ШШ 10} = R_{ШШ 390} + R_{ШШ 420} + R_{ШШ 450}. На ДИ отложена R_{ШШ 10} по лучу О_Ш10 от окружности к центру.

Частные случаи. В секторе луча О_ш0 действуют все силы R_ШШ, кроме R_{ШШ 390} – участок max нагрузки и износа, а в секторах лучей О_Ш3, О_Ш4 силы вообще не действуют – участок min нагрузки и износа (предполагаемое местоположение масляного отверстия).

Перенесены с ПДС на ДИ ограничительные касательные О_ША и О_ШВ, отложены от них в сторону большей нагрузки под углом 60 лучи , получены граничные точки кривой износа шейки А и В. А-В – участок наименьшей нагрузки на шейку; масляное отверстие выводится в центр наименее нагруженной поверхности ШШ, в д.с. – в центр участка А-В; угол между осями масляного отверстия и соответствующего колена _м = 65 .

ДИ КШ строится аналогично.

3 Расчёт коленчатого вала на прочность

3.1 Размеры основных элементов коленчатого вала. Эскизный проект

Приложение Б; рис. 9.

Размеры элементов КВ установлены по статистическим соотношениям и приняты учитывая рекомендации и соответствие прототипу. Проектируемый двигатель карбюраторный рядный.

Длина пролёта

 = (1.20 … 1.28)D = (1.20 … 1.28)0.072 = 0.086 … 0.092 (м).

Шатунная шейка: диаметр, длина, радиус галтели

d_шш = (0.60 … 0.70)D = (0.60 … 0.70)0.072 = 0.043 … 0.050 (м),

_шш = (0.45 … 0.65)D = (0.45 … 0.65)0.072 = 0.032 … 0.047 (м),

r_гал = (0.035 … 0.080)d_шш = (0.035 … 0.080)0.046 = 0.0016 … 0.0037 (м).

Коренная шейка: диаметр, длина, радиус галтели

d_кш = (0.60 … 0.80)D = (0.60 … 0.80)0.072 = 0.043 … 0.058 (м),

_кш = (0.74 … 0.84)D = (0.74 … 0.84)0.072 = 0.053 … 0.060 (м),

r_гал = (0.035 … 0.080)d_кш = (0.035 … 0.080)0.052 = 0.0018 … 0.004 (м).

Щека: ширина и толщина

b = (1.00 … 1.25)D = (1.00 … 1.25)0.072 = 0.072 … 0.090 (м),

h = (0.20 … 0.22)D = (0.20 … 0.22)0.072 = 0.014 … 0.016 (м).

Рекомендации: r_гал  2 … 3 (мм).

Принято учитывая рекомендации и после сопоставления с прототипом (м):

 = 0.090;

d_шш = 0.046, _шш = 0.038, r_гал = 0.002;

d_кш = 0.050, _кш = 0.056, r_гал = 0.003;

b = 0.080, h = 0.015.

Материал коленчатого вала – сталь 40 (принято по прототипу). Характеристика сталь 40: пределы прочности _в = 570 … 700, текучести _т = 310 … 400 и текучести при кручении _т – нет, усталости при изгибе _-1 = 230 … 320 и при кручении _-1 = 140 … 190, усталости при растяжении-сжатии _-1р = 180 … 240 (МПа).

3.2 Расчёт шеек

3.2.1 Скручивающие и изгибающие моменты

Приложение Б; рис. 8.

КШ. Диаграмма набегающих скручивающих моментов получена графическим суммированием М_{к.ш i+1}(φ) = М_{к.ш i}(φ) + М_{кр i}(φ) с учётом порядка работы цилиндров; i – порядковый номер колена КВ, цилиндра (совпадают). М_{к.ш3 ср} больше, чем для других шеек: 3 – наиболее нагруженная коренная шейка; М_{к.ш max} = 610, М_{к.ш min} = -525 (кНм) – максимальное и минимальное значения скручивающих моментов для коренных шеек: приняты по наиболее нагруженной шейке.

ШШ. Диаграмма набегающих скручивающих моментов получена графическим суммированием с учётом порядка работы цилиндров; – реакция на опору от действия тангенциальной силы. 2 – наиболее нагруженная шатунная шейка; М_{ш.ш max} = 547, М_{ш.ш min} = -414 (кНм) – максимальное и минимальное значения скручивающих моментов для шатунных шеек.

Приложение Б; рис. 6. Максимальное и минимальное значения момента , создаваемого проекцией силы R_к на ось масляного отверстия и изгибающего ШШ, определены с помощью полярной диаграммы.

Из центра О_Rк параллельно оси масляного отверстия проведен луч О_RкD, а через крайние точки перпендикулярно к нему – ограничительные касательные. Отрезки О_RкС и О_RкD – проекции минимального и максимального значений результирующей силы R_к на направление оси масляного отверстия – изгибающей ШШ составляющей; в масштабе сил (Н)

 832,  10936.

Расстояние между серединами смежных КШ

= 0.056 + 0.038 + 20.015 = 0.097 м.

Момент, изгибающий ШШ (без учёта влияния противовесов), Нм

, ;

т.к. у краев масляного отверстия имеет место растяжение.

Влияние противовесов не существенно и не учтено – проект приблизительный.