Заняття 5 Особливості конструювання деталей шатунної групи

1. Особливості конструювання деталей шатунної групи

2. Розрахунок шатуна автомобіля.

1.

Шатун складається зі стержня, поршневої і кривошипної головок, шатунних болтів, кришки і вкладишів (рис. 8.1). Є також шатуни з нероз'ємної кривошипної головкою і підшипниками кочення. Зазвичай вони використовуються на малоціліндрових малолітражних двигунах з голчастими підшипниками.

У процесі роботи двигуна шатуни піддаються інтенсивним знакозмінних навантажень від газових і інерційних сил при температурі 100... 120 ° С.

Для виготовлення шатунів ДсІЗ застосовують сталі 45, 45Г2, 40Г, 40Х, 40ХН, а для дизелів 18Х2Н4МА, 18Х2Н4ВА, 40ХН3А, 40Х2МА. Заготівлі отримують ковкою в штампах, деталі - механічна ської і термічною обробкою. Використовується також литво з ковкого перлітного чавуну КЧ або високоміцного чавуну з кулястим графітом ВЧ45, який по міцності наближається до сталей, має низьку чутливість до концентраторів напруг і володіє підвищеним внутрішнім тертям, що сприяє демпфірування вібрацій. Перспективні також титанові сплави типу ВТ, у яких s_В = 1000 МПА, Е=1,16×10⁵ МПа. Шатуни можуть бути одинарними або зчленованими (рис. 1, 2). Найбільшого поширення набули одинарні шатуни як у рядних, так і в V-образних ДВС. У V-образних на одній шийці колінчастого валу послідовно розташовуються дві кривошипні головки шатунів двох зміщених протилежних циліндрів. При розташуванні циліндрів правого і лівого рядів в одній площині використовують причіпний шатун або вильчатий, див. рис..2.

На рис. 1, б показані два варіанти радіусів жолобників для зменшення концентрації напружень при переході від стержня шатуна до кривошипної голівці.

У поршневий голівці при плаваючому поршневому пальці в нерозбірну поршневу головку шатуна запресовують бронзову втулку. При защемлення пальців його фіксація в головці здійснюється гарантованим натягом при зборці (20... 40) мкм. Для підгонки шатунів по масі і по центру мас поршнева головка має припливи і отвори для подачі мастила до пальця. Бронзову втулку в поршневий голівці для плаваючого пальця виготовляють згортанням з листової бронзи з механічною обробкою до товщини 0,8... 2,5 мм. Застосовують БрАЖ9-4 алюмінієво-залозисту, БрОЦС4-4-2, 5 - олов'янистих-цинкову і БрОФ6,5-0, 15 - олов'янистих-фосфористу бронзи (табл. П. 9).

Зазор між пальцем і втулкою призначають =(0,0004...0,001)dп від діаметра пальця.

Стрижні шатунів зазвичай двотаврового перетину. Зсув стержня шатуна щодо поздовжньої осі симетрії кривошипної головки дозволяє зменшити відстань між осями цилиндрів і довжину двигуна, але при цьому можливий нерівномірний знос підшипників шатунів.

2. Розглянемо розрахунок на міцність стержня шатуна. Напружений стан стержня шатуна оцінюють по максимальним значенням діючих навантажень і по запасах міцності при змінних напруження від діючих сил. Максимальна сила (МН), стискаючи стержень шатуна, має місце при куті повороту колінчатого вала на кут 370 ° (див. 1.1) або на 10% від ВМТ при максимальному тиску газів Рг (береться з індикаторної діаграми).

де mп – маса поршня з пальцем і кільцями; mшср – частина маси шатуна, розташована вище перетину Fср. С достатньою точністю можна прийняти mшср  0,275; mш, r – радіус кривошипа; l – довжина шатуна;  – критерій подібності кривошипних механізмів,  = r/l.

Максимальна сила, що розтягує Рр, МН, виникає від центробіжних сил при куті повороту колінчастого валу двигуна  = 0 (див. рис. 1.1) і виникає на початку такту впуску.

де Рп – тиск залишкових газів

Максимальна напруга від стискаючого сили дорівнює

max X = k Рсж/Fср, где Fср = hшbш (bш - аш)(hш -2tш) – площа середнього перетину шатуна, - коефіцієнт, що враховує вплив поздовжнього вигину шатуна в площині хитання; В – межа пружності; – довжина лінії зовнішнього контуру перетину шатуна, визначається курвиметром.

- Момент інерції перерізу

В-В відносно осі Х - Х, перпендикулярної до площини гойдання шатуна, м4; Еш - модуль пружності матеріалу.

Максимальні напруження стиску в площині, перпендикулярна до площини коливання, дорівнюють

де – коефіцієнт, що враховує вплив поздовжнього вигину шатуна в площині, перпендикулярній до площини коливання;

l1 – довжина стержня шатуна між поршневою і кривошипною головками.

- Момент інерції перерізу В-В відносно осі Y-Y в площині кочення шатуна, м4.

Допустимі напруги для вуглецевих сталей 160... 250 МПа; для легованих сталей 200... 350 МПа.