Расчет на прочность стержня шатуна

При расчёте на прочность любой детали необходимо прежде всего определить расчётные нагрузки. В данном случае расчётными будут являться максимальные нагрузки, которые можно определить по диаграмме суммарной поршневой силы, построенной в ходе выполнения динамического расчёта компрессора. В воздушных оппозитных компрессорах в большинстве случаев максимальная нагрузка определяется величиной сил инерции и действует на стержень шатуна при холостом ходе компрессора, когда растягивающая и сжимающая его силы равны:

и ,

где m_п = 65 кг; r = 0,11 м; λ = 0,2; ω = 62,8 рад/с.

кН

кН

Геометрические параметры расчётного сечения показаны на рис. 4.1: H = d₁ = 0,09 м; h = L/2 = 0,08/2 = 0,04 м; a_у = 1/3h = 1/3·0,04 = 0,0013 м; d_y = a_у = 0,0013 м [5].

Рис. 4.1. Форма среднего сечения стержня шатуна

Суммарное напряжение от сжатия и продольного изгиба стержня шатуна рассчитываем для сечения, имеющего форму двутавра (рис. 4.1), по эмпирическим формулам Навье – Ренкина:

и ,

где [σ_0,05/(π²Е)] = 0,032 [4], f_ср – площадь среднего сечения шатуна (f_ср = 2d_yh + a_x(H – 2d_y)); J_x, J_y – моменты инерции среднего сечения шатуна относительно осей xx и yy; l_шт – длина шатуна (l_шт = 0,55 м); l₁ – расстояние между верхней и нижней головками шатуна (l₁ = 0,39 м).

м².

Определение моментов инерции проводим по [6]:

;

м⁴

;

м⁴

МПа;

МПа.

Напряжение растяжения для шатуна определяем по формуле

МПа.

Для стержня шатуна σ_р < 100 МПа.

Средние напряжения цикла:

МПа;

МПа.

Амплитудные напряжения:

МПа;

МПа.

Запасы усталостной прочности стержня шатуна:

; ,

где ψ₀ – коэффициент, зависящий от характеристики материала (ψ₀ = 0,05 – 0,20), а σ_-1 – предел усталости материала (σ_-1 = 294 МПа).

; .

Согласно схеме, представленной на рис. 4.2, d_H = (1,3 – 1,7)d₀, где d₀ = 0,09 м; d_H = 0,135 м; d_вн = (1,2 – 1,22)d₀ = 0,1 м; L = 0,08 м.