Расчет коленчатого вала методом сопротивления материалов

Исследования проводились при следующих режимах работы поршневого насоса: при предельном давлении в цилиндрах (35,7 МПа); при номинальном давлении в цилиндрах (27,8 МПа); при высоком давлении в цилиндрах (18,9 МПа); при среднем давлении в цилиндрах (10 МПа); при минимальном давлении в цилиндрах (0,22 МПа).

1) Расчет крутящего момента и напряжения, возникающего при кручении, на шатунной шейке при предельно допустимом давлении в цилиндрах (35,7 МПа).

Избыточное давление в цилиндре, МПа:

Сила давления жидкости, Н:

                                                         (47)

где  – площадь поршня, м².

                                                                    (48)

Сила инерции поступательно движущихся сил, Н:

                            (49)

где  – масса поступательно движущихся частей, кг;

    S – ход поршня, м;

     – кинематическое отношение;

     – угловая скорость коленчатого вала, рад/с:

                                                                                             (50)

где n – частота вращения коленчатого вала, мин^-1.

Суммарная сила, Н:

                                                             (51)

Касательная сила, Н:

                                                         (52)

где  – угол между осью цилиндра и осью шатуна, рад:

                                               (53)

Индикаторный крутящий момент, Н м:

                                                           (54)

Момент от силы 0,5Т на плече 0,5S, Н м:

                                                                               (55)

Полный крутящий момент, Н м:

                                                (56)

Напряжение кручения, МПа:

                                                                    (57)

где  – момент сопротивления, м³:

                                                                                         (58)

где h – толщина щеки, м;

    b – ширина щеки, м.

 

2) Расчет крутящего момента и напряжения, возникающего при кручении, на шатунной шейке при номинальном давлении в цилиндрах (27,8 МПа).

Избыточное давление в цилиндре, МПа:

Сила давления жидкости, Н:

где  – площадь поршня, м².

Сила инерции поступательно движущихся сил, Н:

где  – масса поступательно движущихся частей, кг;

    S – ход поршня, м;

     – кинематическое отношение;

     – угловая скорость коленчатого вала, рад/с:

где n – частота вращения коленчатого вала, мин^-1.

Суммарная сила, Н:

Касательная сила, Н:

где  – угол между осью цилиндра и осью шатуна, рад:

Индикаторный крутящий момент, Н м:

Момент от силы 0,5Т на плече 0,5S, Н м:

Полный крутящий момент, Н м:

Напряжение кручения, МПа:

где  – момент сопротивления, м³:

где h – толщина щеки, м;

    b – ширина щеки, м.

 

3) Расчет крутящего момента и напряжения, возникающего при кручении, на шатунной шейке при высоком давлении в цилиндрах (18,9 МПа).

Избыточное давление в цилиндре, МПа:

Сила давления жидкости, Н:

где  – площадь поршня, м².

Сила инерции поступательно движущихся сил, Н:

где  – масса поступательно движущихся частей, кг;

    S – ход поршня, м;

     – кинематическое отношение;

     – угловая скорость коленчатого вала, рад/с:

где n – частота вращения коленчатого вала, мин^-1.

Суммарная сила, Н:

Касательная сила, Н:

где  – угол между осью цилиндра и осью шатуна, рад:

Индикаторный крутящий момент, Н м:

Момент от силы 0,5Т на плече 0,5S, Н м:

Полный крутящий момент, Н м:

Напряжение кручения, МПа:

где  – момент сопротивления, м³:

где h – толщина щеки, м;

    b – ширина щеки, м.

 

4) Расчет крутящего момента и напряжения, возникающего при кручении, на шатунной шейке при среднем давлении в цилиндрах (10 МПа).

Избыточное давление в цилиндре, МПа:

Сила давления жидкости, Н:

где  – площадь поршня, м².

Сила инерции поступательно движущихся сил, Н:

где  – масса поступательно движущихся частей, кг;

    S – ход поршня, м;

     – кинематическое отношение;

     – угловая скорость коленчатого вала, рад/с:

где n – частота вращения коленчатого вала, мин^-1.

Суммарная сила, Н:

Касательная сила, Н:

где  – угол между осью цилиндра и осью шатуна, рад:

Индикаторный крутящий момент, Н м:

Момент от силы 0,5Т на плече 0,5S, Н м:

Полный крутящий момент, Н м:

Напряжение кручения, МПа:

где  – момент сопротивления, м³:

где h – толщина щеки, м;

    b – ширина щеки, м.

 

5) Расчет крутящего момента и напряжения, возникающего при кручении, на шатунной шейке при минимальном давлении в цилиндрах (0,22 МПа).

Избыточное давление в цилиндре, МПа:

Сила давления жидкости, Н:

где  – площадь поршня, м².

Сила инерции поступательно движущихся сил, Н:

где  – масса поступательно движущихся частей, кг;

    S – ход поршня, м;

     – кинематическое отношение;

     – угловая скорость коленчатого вала, рад/с:

где n – частота вращения коленчатого вала, мин^-1.

Суммарная сила, Н:

Касательная сила, Н:

где  – угол между осью цилиндра и осью шатуна, рад:

Индикаторный крутящий момент, Н м:

Момент от силы 0,5Т на плече 0,5S, Н м:

Полный крутящий момент, Н м:

Напряжение кручения, МПа:

где  – момент сопротивления, м³:

где h – толщина щеки, м;

    b – ширина щеки, м.

 

 

Таблица 7 – Значение максимальных напряжений в шатунной шейке

Крутящий момент, Н*м	184250	146250	97500	52125	1143,45
Напряжение, МПа	58,68	46,58	31,1	16,6	0,36