Расчет стержня шатуна на растяжение-сжатие с учетом продольного изгиба на усталостную прочность

Расчет стержня шатуна выполнить на режиме номинальной мощности на усталостную прочность.

Напряженное состояние стержня шатуна оценивают по мак­симальным значениям действующих напряжений и запасу прочности от нагружающей его знакопеременной силы S (см. динамический расчет).

Максимальную силу сжатия шатуна (примерно при φ=375°) S_сш (МН) и минимальную (максимальное отрицательное значение силы) растягивающую силу (при φ=0°) S_рш (МН) принять из динамического расчета.

Минимальное напряжение растяжения шатуна для среднего сечения ()

(4.4)

В сложившейся практике расчета стержня шатуна принято определять условное суммарное напряжение, одновременно учитывающее сжатие и продольный изгиб для среднего сечения стержня шатуна . Напряжения в стержне шатуна при продольном изгибе в плоскости качания и в плоскости, перпендикулярной плоскости качания, примерно равны между собой и составляют 10... 15% от напряжения сжатия. На основании этого максимальное напряжение в стержне шатуна, учитывающее сжатие и продольный изгиб, определяют по формуле

, (4.5)

где =1,1…1,15 – коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба.

Среднее напряжение и амплитуда знакопеременного цикла определяются

σ_m = (σ_max + σ_min)/2; σ_а = (σ_max - σ_min)/2.

Площадь среднего сечения стержня шатуна определяется

, (4.6)

где h_ш – высота среднего сечения стержня шатуна;

b_ш – ширина полки стержня шатуна;

a_ш – толщина стержня шатуна;

t_ш – толщина полки стержня шатуна.

Значения этих конструктивных размеров приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Из Приложения выбрать значения σ_-1, K_σ, e_σ¢, e_σ², a_σ и по формуле (1.3) определить запас прочности. Характерные величины запасов про­чности поршневых головок шатунов лежат в пределах 2,0...2,5.

Максимальные значения модуля (абсолютное значение) напряжений стержня шатуна не должны превышать для углеродистых сталей 160…250 Мпа, а для легированных сталей 200…350 Мпа.