Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
33 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Конструкция коленчатого вала

Конструкция коленчатого вала

Коленчатый вал состоит из кривошипов, ориентированных от­носительно друг друга в пространстве, носка 5 (рис. 10.11) и хво­стовика 1.

Кривошип формируется из двух коренных шеек 4, шатунной шейки 2 и элементов соединяющих их, называемых щеками 3.

Приоритет требований при выборе пространственной схемы расположения кривошипов коленчатого вала, от которого в реша­ющей степени зависят уравновешенность двигателя, равномерность его хода, параметры крутильных колебаний, следующий: равно­мерное чередование рабочих ходов и рациональный порядок рабо­ты двигателя; внешняя уравновешенность двигателя по силам инер­ции и моментам от них; внутренняя уравновешенность двигателя.

Коленчатые валы могут быть монолитными или составными.

Коленчатые валы современных двигателей в основном изго­товляют полноопорными, когда число коренных шеек на едини­цу больше числа кривошипов. Этим обеспечивается большая жест­кость вала.

Рис. 10.11. Коленчатый вал: а – стальной; б – чугунный; 1 – хвостик; 2 – шатунная шейка; 3 – щека; 4 – коренная шейка; 5 – носок.

В ряде V-образных двигателей для обеспечения равномерного чередования рабочих ходов шатунные шейки одноименных цилиндров левого и правого рядов делают со сдвигом друг относи­тельно друга на угол δ.

Коренные шейки нагружаются в основном крутящим моментом. На шатунные шейки действуют одновременно переменные крутя­щие и изгибающие моменты, экстремальные значения которых не совпадают по времени.

Применение в коленчатых валах современных двигателей ко­ренных и шатунных шеек больших диаметров приводят к тому, что их сечения перекрывают друг друга в плане. Это повышает изгибную жесткость коленчатого вала.

Для уменьшения массы вала и подачи масла к подшипникам внут­ри шеек и щек вала выполняют систему каналов, полостей и отвер­стий. Наиболее удаленные от оси вала полости могут быть использо­ваны в качестве уловителей механических частиц. В основном в со­временных двигателях используются подшипники скольжения, а в тя­желых двигателях могут применяться и подшипники качения.

Подвод масла к коренным подшипникам осуществляется от главной масляной магистрали в их малонагруженную зону, а к шатунным подшипникам — по просверленным отверстиям в ще­ках и по радиальным отверстиям в шатунной шейке.

Щеки вала имеют эллиптическую, прямоугольную или круг­лую форму. Ее выбирают исходя из максимально рационального использования металла без снижения прочности вала.

Щеки подвергаются изгибу в двух плоскостях, растяжению и сжатию, а также кручению. Они являются наиболее сложно на­груженными элементами коленчатого вала, а наибольшие кон­центрации напряжений отмечаются в галтелях.

Для снижения кон­центрации изгибных напряжений места перехода от щек к шей­кам выполняют в виде галтелей по двум или трем радиусам или с поднутрением в щеку, что обеспечивает максимально возможную длину опорной длины шейки.

В процессе работы коленчатый вал подвергается воздействию значительных осевых усилий, возникающих из-за изменения ори­ентации транспортного средства и двигателя относительно гори­зонта в результате ускорения и замедления транспортного сред­ства, работы на валу косозубых шестерен и при выключении сцеп­ления. Осевая фиксация вала по одной шейке относительно картера обеспечивается упорными кольцами, буртами вкладышей или упор­ным подшипником (рис. 10.12) при осевых зазорах 0,05. 0,15 мм. Упорные кольца изготовляют из бронзы, стали или металлокера­мики и фиксируют от проворачивания штифтами. Для снижения потерь на трение стальные кольца и упорные бурты вкладышей заливают антифрикционным сплавом.

Рис. 10.12. Осевая фиксация коленчатого вала:а — вкладышами с буртиками; б — упорными кольцами; в — упорным шарико-подшипником

Коленчатые валы штампуют из стали или отливают из специ­альных чугунов. Для штампованных валов применяют стали 45, 45Х, 40ХФА, 42ХМФА, 18Х2Н4ВА (рис. 10.11, а).

Коленчатые валы двигателей с искровым зажиганием отливают из высокопрочного чугуна (рис. 10.11, б). Они имеют меньшую сто­имость, небольшие припуски на механическую обработку, в них можно придать более рациональную форму внутренним полостям шеек щек и обеспечить повышение усталостной прочности. Однако предел выносливости чугуна на изгиб существенно ниже, чем ста­ли, поэтому такие валы редко применяются в дизелях.

Дефекты коленчатого вала определяют его прочность, надеж­ность работы КШМ и всего двигателя.

Несоосность коренных опор блока и биение коренных шеек вала возникают в результате технологических отклонений или нерав­номерности износа в процессе эксплуатации, а также из-за дина­мических деформаций опор картера и шеек. Эти дефекты могут проявиться в виде эксцентриситета осей и разности их углов.

На прочность коленчатого вала влияет несоосность коренных опор.

Несоосность коренных опор блока в пределах технических условий может уменьшить запас прочности вала на 10 %, а при эксцентриси­тете 0,1 . 0,15 мм запас прочности резко уменьшается (на 30. 50%).

Неравномерный износ пары шейка вала —подшипник или нерав­номерности износа подшипников на 0,05. 0,06 мм могут вызвать поломку коленчатого вала.

Разрушение и проворачивание подшипников возникает в резуль­тате технологических дефектов, а также при повышенных меха­нических и тепловых нагрузках из-за нарушения условий эксплу­атации двигателя.

Усталостные поломки коленчатого вала в местах перехода щек в шейку при повышенной концентрации напряжений возможны из-за технологических дефектов и высоких механических нагрузок.

Прочность коленчатого вала зависит от размеров и формы от­дельных элементов вала, наличия концентраторов напряжения на переходах в галтелях и кромках масляных каналов, характери­стик прочности материала, конструктивных и технологических методов упрочнения, использованных при изготовлении вала, на­личия и ориентации внутренних упорядоченных структур, распо­ложения волокон, зависящих от способа изготовления коленча­того вала.

Конструктивными мероприятиями по упрочнению вала являют­ся: обеспечение перекрытия коренных и шатунных шеек; увели­чение радиуса галтели или выполнение многорадиусной галтели при неизменной опорной длине подшипника; увеличение толщи­ны и ширины щеки вала; формирование бочкообразной формы полостей в шейках; расположение маслоподводящего канала в ша­тунной шейке под углом 90°.

Технологические мероприятия по упрочнению вала следующие: закалка шеек и галтелей вала ТВЧ при быстровращающемся вале с охлаждением под слоем жидкости с последующим низкотемпе­ратурным отпуском; пластическая деформация галтелей обкаткой роликами при использовании среднеуглеродистых сталей и при закалке ТВЧ; азотирование шеек и галтелей вала.

Азотирование повышает усталостную прочность вала в 1,5. 2 раза, а износостойкость шеек увеличивается более чем на 20%. Однако при этом растет трудоемкость изготовления, повышается вероятность коробления валов, а при ремонте ограничиваются возможности их шлифования.

Контрольные вопросы.

Читать еще:  Коленвал: главные элементы детали

1. Перечислите основные элементы КШМ и сформулируйте их назначение.

2. Опишите условия работы и требования, предъявляемые к поршневой и шатунной группе, группе коленчатого вала.

3. Из каких элементов состоит поршень, поршневые кольца, шатун и коленчатый вал?

4. Сопоставьте поршни, изготовленные из чугуна и алюминиевого сплава.

5. Расскажите о методах снижения тепловой и механической напряженности поршня.

6. Перечислите мероприятия по повышению прочности и долговечности поршня, поршневого пальца, коленчатого вала.

7. Опишите методы осевой фиксации коленчатого вала?

8. Сопоставьте литые и кованые коленчатые валы.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.002 с) .

Что такое коленвал в автомобиле и как он работает

Назначение коленчатого вала

Коленчатый вал это, одна из важных деталей двигателя. Он преобразует поступательное движение поршня во вращательное, которое через трансмиссию передается к колесам.

Несмотря на относительную сложность устройства, его принцип работы достаточно простой. В камере сгорания сжигается топливо и выделяются газы, которые толкают поршни, и придают им поступательное движение.

Поршни через шатуны отдают механическую энергию на шейку коленвала, в результате поступательное движение преобразуется во вращательное. Как только вал поворачивается на 180˚, шатун начинает двигаться в обратном направлении, возвращая поршень в исходную позицию ‒ цикл повторяется.

Коленвал в автомобиле

Коленвал это деталь в моторе автомобиля, приводящаяся в движение поршневой группой. Он передает крутящий момент на маховик, который в свою очередь вращает шестерни трансмиссии. Далее вращение передается на полуоси ведущих колес.

Все автомобили, под капотом которых установлены двигатели внутреннего сгорания, оснащаются таким механизмом. Эта деталь создается специально под марку двигателя, а не под модель автомобиля. В процессе эксплуатации коленчатый вал притирается к особенностям строения ДВС, в котором он установлен. Поэтому при его замене мотористы всегда обращают внимание на выработку трущихся элементов и на то, почему она появилась.

Как выглядит коленвал, где он находится и какие бывают неисправности?


Назначение коленвала

Во всех сложно-технических устройствах происходит возникновение одной одного вида энергии, которая кинематическими схемами преобразуется в другую, например, вращательное — в поступательное, и т.д.

В двигателе ДВС коленчатый вал — это сердце двигателя. Принцип работы коленвала следующий: когда поршень удалился на самое максимальное расстояние — щёки и шатун вытягиваются в одну линию. Далее, в рабочей камере сгорания цилиндра происходит взрыв топливно-воздушной смеси, из-за чего поршень опускается вниз с шатуном. Основание шатуна проворачивается вокруг оси шатунной шейки коленвала, так как шатун сидит на ней. После достижения поворота на 180 градусов, шатун начинает движение вверх и поднимает поршень. Таким образом происходит цикл вращения деталей цилиндро-поршневой группы.

Максимально удаленное и максимально приближенное расстояния от коленвала до поршней называются мертвыми точками, в мертвых точках скорость движения равна нолю.

Строение коленвала

Коленчатый вал устанавливается в нижнюю часть двигателя непосредственно над масляным картером и состоит из:

  • коренной шейки – опорная часть детали, на которой устанавливается коренной подшипник картера мотора;
  • шатунной шейки – упоры для шатунов;
  • щек – соединяют все шатунные шейки с коренными;
  • носка – выходная часть коленвала, на которой закреплен шкив привода газораспределительного механизма (ГРМ);
  • хвостовика – противоположная часть вала, к которой крепится маховик, приводящий в движение шестерни коробки передач, к нему же подсоединяется и стартер;
  • противовесов – служат для сохранения баланса во время возвратно-поступательных движений поршневой группы и снимают нагрузки центробежной силы.

Осью коленвала являются коренные шейки, а шатунные всегда поочередно смещены в противоположном направлении друг от друга. В этих элементах сделаны отверстия для подачи масла на подшипники.

Кривошип коленчатого вала это узел, состоящий из двух щек и одной шатунной шейки.

Раньше в автомобили устанавливали сборные модификации кривошипов. Сегодня все двигатели оснащены цельными коленвалами. Они изготавливаются из высокопрочной стали путем ковки, а затем обработки на токарных станках. Менее дорогие варианты изготавливаются из чугуна при помощи литья.

Вот пример создания стального коленвала:

Неисправности коленчатых валов

Рассмотрим типичные неисправности коленчатых валов:

  • течи сальников коленчатого вала;
  • «масляное голодание» рабочих поверхностей;
  • механические повреждения коленчатых валов;
  • естественный физический износ;
  • ненормальный повышенный физический износ.

Как правило, первое, с чем сталкиваются автомобилисты, — это течь масла из-под резиновых уплотнений (сальников коленвала). Это широко распространенная проблема на двигателях с пробегом. Подтекающий сальник требует замены. В некоторых случаях замена масла на более вязкое поможет остановить течь на какое-то время.

Сальник коленвала требующий замены

Это интересно: Технические характеристики 4B11 2,0 л/165 л. с.

Для коленчатых валов, как и для других деталей двигателя, наиболее опасно «масляное голодание». Причиной может быть поломка маслонасоса, забитый канал подачи масла, низкий уровень масла в двигателе. Это приводит к повышенному трению подшипников, нагреванию элементов. Дальнейшая эксплуатация двигателя в таком режиме приведет к его перегреву, полному заклиниванию и к капитальному ремонту. «Клин» на ходу может привести к критическим повреждениям вала или других узлов двигателя.

Вода и топливо попадая в масло меняют его хим. состав и степень вязкости. Причиной может быть значительный износ цилиндропоршневой группы, нарушенная структура прокладок, микротрещины в блоке двигателя или ГБЦ.

Повреждения шейки шатуна по причине отсутствия смазки

Со временем шейки и подшипники подвергаются износу, увеличивается допустимый зазор, появляется люфт коленвала, это приводит к возрастанию вибраций, двигатель начинает «стучать». Характерный стук двигателя — критичный сигнал. При его появлении необходимо прекратить движение и срочно обратиться в автосервис. Если коленчатый вал разбалансирован или смонтирован неправильно, может возникнуть повышенный ненормальный износ контактных поверхностей.

Возможные проблемы коленвала и их решение

Хотя коленвал изготавливается из прочного металла, из-за постоянных нагрузок он может выйти из строя. Данная деталь испытывает механические нагрузки от поршневой группы (порой давление на один кривошип может достигать десяти тонн). Помимо этого во время работы мотора температура внутри него поднимается до нескольких сотен градусов.

Вот некоторые причины поломок составной части кривошипно-шатунного механизма.

Читать еще:  Чугунные коленчатые валы: особенности

Задиры шатунных шеек кривошипа

Износ шатунных шеек – распространенная неисправность, так как в этом узле образуется сила трения при большом давлении. В результате таких нагрузок на металле появляются выработки, которые затрудняют свободный ход подшипников. Из-за этого коленвал неравномерно нагревается и впоследствии может деформироваться.

Игнорирование данной проблемы чревато не только сильными вибрациями в моторе. Перегрев механизма приводит к его разрушению и по цепной реакции – всего двигателя.

Проблема устраняется путем шлифовки шатунных шеек. При этом их диаметр уменьшается. Чтобы размер этих элементов был одинаковым на всех кривошипах, данную процедуру следует выполнять исключительно на профессиональных токарных станках.

Так как после процедуры технические зазоры детали становятся больше, после обработки на них устанавливается специальный вкладыш, компенсирующий образовавшееся пространство.

Задиры появляются из-за низкого уровня масла в картере двигателя. Также на возникновение неисправности влияет качество смазки. Если не менять масло вовремя, оно загустевает, от чего масляный насос не способен создать нужное давление в системе. Своевременное ТО позволит кривошипно-шатунному механизму работать длительный срок.

Срез шпонки кривошипа

Шпонка кривошипного механизма позволяет передать крутящий момент с вала на приводной шкив. Эти два элемента оснащены пазами, в которые вставляется специальный клин. Из-за некачественного материала и большой нагрузки эту деталь в редких случаях может обрезать (например, при заклинивании двигателя).

Если пазы шкива и КШМ не разбиты, то достаточно просто заменить эту шпонку. В старых моторах такая процедура может не принести желаемого результата из-за люфта на соединении. Поэтому единственным выходом из ситуации будет замена этих деталей на новые.

Группа коленчатого вала

В группу коленчатого вала входят коленчатый вал, противовесы, маховик, элементы привода газораспределительного и других вспомогательных механизмов, узел осевой фиксации и детали маслоуплотняющих устройств.

Наиболее сложной деталью группы коленчатого вала является сам коленчатый вал. От технического совершенства конструкции и качества изготовления коленчатого вала во многом зависят потери на трение, долговечность и надежность двигателя.

Коленчатый вал воспринимает усилия со стороны шатуна и преобразует их в крутящий момент. Кроме того, коленчатый вал обеспечивает движение поршней во время вспомогательных тактов и пуска двигателя, а также приводит в действие вспомогательные механизмы и приборы.

Усилия со стороны газов и силы инерции при большой длине вала вызывают заметные продольные и угловые деформации, а при продолжительных воздействиях могут привести к усталостным разрушениям.

Шейки коленчатого вала работают при больших скоростях и значительных тепловых и механических нагрузках.

Требования, предъявляемые к коленчатому валу:

• форма должна обеспечивать уравновешенность двигателя;

• высокая усталостная прочность;

• высокая износостойкость трущихся поверхностей;

Основными элементами коленчатого вала (рис. 3.28) являются коренные 4 и шатунные 2 шейки, соединяющие щеки 3, носок 5 и хвостовик 1. Две коренные шейки, шатунная шейка и щеки, соединяющие их, образуют кривошип.

Рис. 3.28. Коленчатый вал: а — стальной; б — чугунный; 7 — хвостовик; 2— шатунная шейка; 3 — щека; 4 — коренная шейка; 5 — носок

Торцевые поверхности щек, выступающие за шейки, шлифуются и образуют кольцевые пояски, используемые для осевой фиксации шатунов и самого коленчатого вала. Эти кольцевые пояски сопрягаются с цилиндрической поверхностью шеек плавными переходами — галтелями.

Внутри шеек и щек имеется система каналов и отверстий для подачи смазочного материала к подшипникам. Масло, как правило, поступает к шатунным вкладышам по каналам из смежных коренных подшипников.

Достаточную жесткость на изгиб обеспечивают так называемые полноопорные валы, в которых число коренных шеек на одну больше, чем число шатунных шеек.

Расположение шатунных шеек определяется из условия равномерного распределения воспламенения и уравновешенности деталей.

Коленчатые валы могут быть цельными или состоять из отдельных кривошипов. Составные валы применяются редко, только в случае использования коренных подшипников качения (рис. 3.29).

Рис. 3.29. Составной коленчатый вал с коренными подшипниками качения

Щеки коленчатого вала со стороны коренных шеек часто имеют продолжение, заканчивающееся противовесами, предназначенными для разгрузки коренных подшипников от действия центробежных сил вращающихся масс либо для общего уравновешивания двигателя. Противовесы выполняются заодно с валом, но в случае большой их массы (например, в дизелях) их изготовляют отдельно от вала и крепят к щеке болтами, шпильками или штифтами.

На носке коленчатого вала устанавливают шкивы или зубчатые колеса для привода механизма газораспределения, насосов, вентилятора и др.

На хвостовике коленчатого вала устанавливается маховик с зубчатым венцом для пуска двигателя. Иногда зубчатые колеса привода газораспределительного механизма устанавливают не на носке, а на хвостовике, где имеются элементы уплотнения — гребень и маслосгонная резьба или накатка.

Коленчатый вал воспринимает значительные осевые усилия, возникающие при работе косозубых распределительных зубчатых колес и при выключении сцепления. Для того чтобы предотвратить перемещение вала от воздействия этих усилий, применяется осевая фиксация, которая обеспечивается упорными буртами вкладышей или упорным подшипником (рис. 3.30). В собранном узле образуется осевой зазор 0,05—0,15 мм, обеспечивающий свободное вращение вала.

в)

Рис. 3.30. Осевая фиксация коленчатого вала: а — вкладышами с буртиками; б — упорными кольцами; в — упорным шарикоподшипником

Для уменьшения трения рабочая поверхность упорных колец покрывается антифрикционным сплавом. От проворачивания упорные кольца фиксируются штифтами.

После изготовления коленчатые валы подвергаются статической и динамической балансировке.

Жесткость и прочность коленчатого вала достигается:

• увеличением поперечного сечения шеек и щек;

• максимальным уменьшением массы шатунных шеек;

• рациональным размещением противовесов;

• уменьшением концентрации напряжений, создаваемых шатунными шейками.

Концентрацию напряжений уменьшают увеличением радиуса галтелей, наклонным расположением отверстий в шатунной шейке, применением бочкообразной формы полости внутри шатунной шейки.

Высокая износостойкость шеек коленчатого вала достигается ограничением усилий воздействия на подшипники, оптимальным выбором материала антифрикционного слоя, закалкой шеек и галтелей вала токами высокой частоты с последующим отпуском, азотированием шеек и галтелей, а также обеспечением оптимального режима смазывания.

Коленчатые валы выполняются штамповкой из стали или отливаются из специальных чугунов. Для штампованных валов используют стали 45, 45Х, 40ХФА, 42ХМФА, 18Х2Н4ВА.

Коленчатые валы бензиновых двигателей отливают из чугуна. Их производство дешевле, им легко придать необходимую форму, однако нагрузки на изгиб они выдерживают значительно хуже, чем валы из стали, поэтому в дизелях эти валы применяют редко.

Читать еще:  Механическая обработка коленчатых валов

Маховикслужит для накопления кинетической энергии во время рабочего хода, уменьшения неравномерности вращения коленчатого вала, сглаживания момента перехода поршня через ВМТ и НМТ, облегчения пуска двигателя и трогания автомобиля с места. Маховик отливают из серого чугуна, располагая основную массу металла на ободе для увеличения момента инерции. Для осуществления пуска двигателя электростартером на обод маховика напрессовывается зубчатый венец 2 (рис. 3.31), либо его крепят специальными болтами.

На ободе или торце маховика мо­гут быть нанесены метки для уста­новления поршня первого цилиндра в ВМТ или градусная шкала для установки момента зажигания (в градусах).

Для установки маховика на фла­нец коленчатого вала в однозначном положении одно из отверстий крепления маховика смещают на небольшой угол (примерно 2°). В противном случае применяются установочные штифты и установочную втулку 4.

Рис. 3.31. Маховик: 7 — передняя манжета

ведущего вала; 2 — зубчатый венец; 3 —

маховик; 4 — установочная втулка; 5 —

КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ

Коленчатый вал, воспринимая переменные по величине и направлению газовые и инерционные силы и их моменты, подвергается деформациям изгиба и кручения, а также деформациям от изгибных и крутильных колебаний, неизбежно имеющим место при работе двигателя. Все это может приводить к усталостным разрушениям элементов коленчатого вала.

По этим причинам коленчатый вал современного форсированного двигателя является одной из наиболее часто повреждаемых деталей.

В качестве материалов для изготовления коленчатых валов дви­гателей используют стали 45, 45Х, 40ХФА, 42ХМФА, 18Х2Н4ВА. Для коленчатых валов двигателей с искровым зажиганием достаточно широко используют серые и ковкие чугуны. Преимуществами чугунных валов являются меньшая стоимость, снижение припусков на механическую обработку и экономия стального проката. Однако в дизелях они в настоящее время не получили широкого распространения, так как предел выносливости чугуна существенно ниже, чем стали, и поэтому при ограниченных размерах элементов вала сложно обеспечить в дизеле требуемый запас прочности.

При конструировании вала широко используют статистические данные по относительным размерам элементов вала (си. рис. 5.1 и табл.5.1) для различных категорий двигателей. На рис. 5.2 в качестве примера показан стальной коленчатый вал четырехцилиндрового четырехтактного двигателя, а на рис. 5.3 – чугунный литой коленчатый вал. Как видно, в литом вале можно придать более рациональную форму внутренним полостям шеек и щек, обеспечивающих повышение усталостной прочности.

Рис. 5.1. Размеры элементов коленчатого вала

Рис. 5.2. Стальной коленчатый вал

РазмерыДвигатель
с искровым зажиганиемдизель
линейныйV-образныйлинейныйV-образный
0,65. 0,800,63. 0,750,72. 0,900,70. 0,75
0,60. 0,700,57. 0,660,64. 0,750,65. 0,72
0,5. 0,600,40. 0,700,45. 0,600,40. 0,55
0,74. 0,840,70. 0,880,70. 0,850,65. 0,86
0.45. 0.650,80. 1,000,50. 0,650,80. 1,00
1.00. 1.251,05. 1,30
0,20. 0,220,24. 0,27
0.30. 0.40
0,15. 0.200,15. 0,23
0. 0,5

* Во второй строке приведены длины крайних коренных шеек.

Рис. 5.3. Чугунный вал

Коленчатые валы современных двигателей в большинстве случаев выполняют полноопорными, т. е. с количеством коренных шеек, равным +1, где – количество кривошипов вала. Такая конструкция вала обеспечивает большую жесткость, а тем самым и более благоприятные условия работы блок-картера, коренных подшипников и самого коленчатого вала.

Расчет коленчатого вала на прочность

Коленчатый вал представляет собой многоопорную статически неопределимую конструкцию, имеющую сложную форму и загруженную пространственной системой переменных сил.

В настоящее время при расчетах на прочность наиболее широкое распространение получила разрезная схема,в соответствии с которой из коленчатого вала по серединам коренных шеек вырезается кривошип, который рассматривается как двухопорная балка.

Исследованиями установлено, что при расчете вала на прочность с точки зрения практической полезности полученных результатов не имеет существенного значения, вести ли расчет вала по разрезной или по неразрезной схеме. Так, запас прочности коренных шеек получается практически одинаковым, а шатунных шеек при расчете вала как разрезного на 5. 10% меньше и только для щек результаты расчетов существенно разнятся. Например, для крайних щек запасы прочности при расчете вала как разрезного получаются на 30. 40% меньше, чем при расчете его по неразрезной схеме; еще больше эта разница для промежуточных щек.

Однако напрашивающийся вывод о необходимости ведения расчета по неразрезной схеме имел бы смысл только в том случае, если была бы возможность достоверно учесть в расчете такие трудно прогнозируемые факторы, как несоосность опор и коренных шеек, неравномерность износа их в процессе эксплуатации и динамические деформации опор картера и шеек.

Учитывая сложность и трудоемкость прочностных расчетов элементов коленчатого вала, ограничимся рассмотрением методики расчета коренных шеек вала на кручение на усталостную прочность.

Коренные шейки нагружаются главным образом крутящим моментом, так как величины изгибающих их моментов малы вследствие относительно малой длины шеек. Поэтому запасы прочности коренных шеек принято оценивать только по касательным напряжениям.

Последовательность расчета шеек (как коренных, так и шатунных) на кручение следующая:

• по данным динамического расчета двигателя составляют таблицу или строят графики набегающих крутящих моментов, передаваемых отдельными коренными шейками. Расчет проводится для той шейки, набегающий крутящий момент на которой имеет наибольшую амплитуду. В курсовом проекте можно принять максимальные и минимальные значения суммарного крутящего момента двигателя из динамического анализа ДВС.

• определяют максимальное и минимальное значения касатель­ных напряжений (МПа):

, , (5.1)

где – момент сопротивления шейки кручению, ;

; (5.2)

• определяют амплитудное и среднее напряжения в цикле:

и ; (5.3)

• определяют запас прочности (см. формулу 1.4).

Для определения , необходимо знать Kt/et¢et²)t – отношение эффективного коэффициента концентрации напряжений к произведению масштабного и технологических факторов. При ориентировочных расчетах рекомендует принимать = 2,5.

Значения для коренных шеек валов двигателей, хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации, находятся в пределах: автомобильные двигатели – =3. 4, тракторные – =4. 5.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector