Двигатели
внутреннего сгорания

 
         

 

Главная
Основы конструирования
Расчеты
Силы и моменты
Поршневая группа
Шатуны и штоки
Коленчатые валы
Подшипники
Система газораспределения
Корпусные детали
Анализ конструкции
Устройство и
принцип действия

КШМ
ГРМ
Система смазки
Система охлаждения
Система питания
Система зажигания
Пуск двигателей
Увеличение мощности
Разное

Расчет шатуна на прочность численными методами

Из-за сложности формы шатунов и разнообразия условий силового и кинематического взаимодействий их элементов с сопрягаемыми деталями (поршневым пальцем, кривошипной шейкой коленчатого вала, прицепным шатуном) по мере уточнения конструктивных звеньев изделия при проектировании необходимо применять численные методы анализа напряженно-деформированного состояния шатунов. В расчетной практике получили распространение как универсальные численные методы (МКР и МКЭ), так и специальные методы, ориентированные на расчеты шатунов и других конструкций, представляющих собой многоярусные проушины с разветвлениями и соединяющими звеньями.
В основу рассматриваемого ниже метода расчета, разработанного М. А. Салтыковым и А. М. Казанской, положен структурно-аналитический элемент, называемый макроэлементом. Макроэлемент представляет собой дискретный элемент, структурно равноценный типовому участку бруса с переменными геометрическими параметрами (по кривизне и клиновидности) с известными аналитическими характеристиками сопротивления действующим нагрузкам (рис. 134).
Очертания расчетного элемента п риб л иженн о отвечают форме области, ограниченной изостати-ческими координатными линиями в упругом теле кривого бруса, совпадающими с направлениями главных напряжений для искомого деформированного состояния на каждом выделенном участке головки или стержня шатуна.
Разделение шатуна на отдельные участки в форме дуг разной кривизны в сочетании с отрезками прямых производят вписыванием окружностей. В этом случае плоскость любого граничного сечения определяется по точкам касания вписанной в данном месте окружности с двумя контурными линиями. Плоскость сечения пересекает обе контурные линии под одинаковыми внутренними углами и по построению ориентирована нормально к искомой упругой оси бруса.
При разделении детали на типовые макроэлементы выделяют согласующие элементы-вставки (СЭВ) двух видов. Первый отвечает зоне резкого изменения очертаний, характерного для выступающих углов кривошипной головки, второй-зоне разветвления (развилки), соответствующей участкам перехода головки в стержень шатуна или основного контура головки в боковую (прицепную) проушину.
Общим свойством (признаком) данных элементов является способ выделения их путем вписывания окружности в каждую из указанных зон с образованием не двух, а трех точек касания с контурными линиями и получения по ним сходящихся плоскостей сечений: двух-в месте выступа (излома) и трех-в месте разветвления (рис. 134, СЭВ1 и СЭВ2).
Полученную после выделения элементов-вставок расчетную область шатуна разбивают на типовые макроэлементы граничными (эффективными) сечениями, ориентированными по двум точкам касания вписанной окружности. Построение про-
извольно выбранного граничного сечения для выделения типового макроэлемента выполняют в следующем порядке:
через произвольную на контуре точку А проводят радиальную прямую из центра О отверстия головки;
на этой прямой подбором определяют положение центра и радиус окружности, касающейся одновременно внутренней и внешней контурных линий;
точки касания окружности соединяют прямой (хордой АВ), определяющей положение секущей плоскости, в которой находится искомое граничное сечение макроэлемента в теле головки;
геометрическую фигуру сечения получают на основе предварительно разработанного чертежа шатуна (графически).
Принимаемая средняя длина lJ(J+ 1} типового макроэлемента при разделении контура зависит от клиновидности участка и искривленности его средней линии. Она назначается с учетом ограничения для каждого элемента одновременно двух параметров: отношения высот его граничных сечений hj + Jhj < 1,25 и относительного наклона сечений одного к другому по условию aJU+i) < 20°.
Общее число сечений при разделении конструкции на макроэлементы, достаточное для получения требуемой полноты и точности при замене ее расчетной моделью, составляет: для поршневой головки 24-29, для кривошипной головки рядного типа 42-45, для кривошипной головки с проушиной 56-60 и для стержня шатуна 9-12 сечений.
Для каждого построенного граничного сечения определяют геометрические характеристики: площадь F-, ординату центра тяжести (от внутренней кромки) ycj и момент инерции Jj относительно центральной оси сечения хс-хе, параллельной оси расточки.
Каждый элемент заменяют эквивалентным одномерным конечным элементом в виде прямого стержня с постоянными (средними) характеристиками, соединяющего центры тяжести граничных сечений. В результате стыкования стержней в граничных сечениях элементов создается замкнутая полигональная система рамного типа с узловыми точками в местах соединения стержней.
Ввиду возникновения при движении шатуна линейных ак и угловых |Ц ускорений инерционные усилия, действующие на каждый выделенный элемент, определяются силой и моментом сил инерции распределенной массы элемента в соответствии с принципом Даламбера. Эти усилия представляются в проекциях на оси шатуна:
Для достижения требуемой достоверности расчета необходимо в полученной модели обеспечить эквивалентный состав и характер действующих при работе на шатун нагрузок. Поэтому действующие на расчетный контур головок нагрузки должны включать как поверхностные (приложенные к внутренним поверхностям расточки подшипника и проушины), так и массовые (силы инерции самого тела шатуна) распределенные усилия. Последние учитываются в рамках полученной на основе макроэлементов расчетной модели с определением действительных масс макроэлементов и возникающих при движении ускорений их собственных центров масс.

1 2 3 4 5 6 7 8

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 



  Разработано специально для liciss.ru, все права защищены.
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.