Расчет 1-м опасном положении.

При максимальном значении радиального усилия , что соответствует направлению колена по оси цилиндра при положении поршня в В.М.Т.

Расчет мотылевой и рамовой шеек вала. Шейки вала под действием приложенных сил и моментов подвергаются деформациям изгиба и кручения.

Из справочных данных находим

Напряжения от изгиба, МПа:

Мотылевая шейка

95,65 МПа

,

 

Рамовая шейка

Где -максимальное давление цикла, МПа

-диаметр мотылевой шейки, м

-диаметр рамовой шейки, м

-длина рамовой шейки, м

-отношение диаметра сверления к диаметру шейки.

Напряжения кручения в каждой шейке, МПа

 

где -суммарное набегающее тангенциальное усилие, МПа

R -радиус кривошипа, м

R=S/2=0,22/2=0,11

Сложное напряжение от изгиба и кручения, МПа

 

 

Полученные значения сравниваются с допускаемыми напряжениями в соответствии с выбранным материалом вала.

 

Проверка рамовых и мотылевых подшипников. Подшипники коленчатого вала проверяются на удельное давление, расчет производится только в 1-м положении при максимальном радиальном усилии по формулам:

для мотылевой шейки

МПа

 

Для рамовой шейки

МПа

По полученным величинам удельных давлений выбирают антифрикционные материалы для подшипников вала.

Антифрикционный материал для мотылевой шейки- БН; БК ГОСТ 1320-74.

Антифрикционный материал для рамовой шейки- БН;БК ГОСТ 1320-74

 

Коленчатый вал является одной из наиболее ответственных и дорогих деталей двигателя. Выбранная конструктивная форма должна обеспечивать:

- наибольшую равномерность вращения, т.е. равномерность изменения крутящего момента по времени;

- наилучшую уравновешенность сил инерции и создаваемых ими моментов;

- равномерное нагружение частей коленчатого вала при работе двигателя;

- наименьшие напряжения от крутильных и изгибных колебаний.

Изготавливаются коленчатые валы из стали ковкой и штамповкой или отливкой из чугуна.

Валы судовых двигателей изготавливаются из стали 35, 40, 50, 35Г, 40Г, 50Г по ГОСТ 1050-88, в ВОД применяются стали 40Х, 40ХН, 35ХМ, 30ХМ2МА, 18Х2Н4МА, по ГОСТ 4543-71, литые валы изготавливают из модифицированного чугуна с шаровидным графитом перлитоферритовой структуры СЧ30, СЧ35, СЧ38, по ГОСТ 1412-85 и высокопрочного чугуна ВЧ50-2, ВЧ60-2, по ГОСТ 7293-85.

Размеры элементов колена вала зависят от диаметра цилиндра и хода поршня и выбираются по обобщенным конструктивным соотношениям выполненных двигателей.

Основные размеры стальных коленчатых валов главных и вспомогательных судовых двигателей должны удовлетворять Правилам Регистра, чугунные коленчатые валы могут быть допущены к установке в двигатель только по особому согласованию с Регистром. После выбора основных размеров коленчатого вала и проверки соответствия их требованиям Регистра производится поверочный расчет на прочность. При этом коленчатый вал рассматривается как разрезная балка, из него выделяется одно, наиболее нагруженное колено, т.е. такое, к которому подходит максимальный крутящий момент от остальных цилиндров. Определение наиболее нагруженного колена ведется табличным методом, путем суммирования набегающих моментов в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя.

Конструирование коленчатых валов. Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек, щек и соединительных фланцев. В зависимости от количества колен, размеров шеек, длины и веса валы изготавливают целыми или составными из двух или более частей, соединяемых жесткими фланцами. Колена (кривошипы), в свою очередь, изготавливают целыми, полусоставными и составными. Последнее две конструкции применяли до последнего времени в основном у малооборотных судовых дизелей с радиусом кривошипа R свыше 450 мм; однако в настоящее время для удешевления валов применяют составные колена и при меньших R.

В полусоставных коленах шатунные шейки отковавают заодно со щеками, а в последние запрессовывают отдельно изготовленные коренные шейки; в составных коленах как коренные, так и шатунные шейки запрессовывают в щеки (кованные из стального литья). Запрессовку шеек осуществляют при небольшом перегреве (до 200-250 C) и при натяге в 1/ 800-1/1000, обеспечивающем плотность соединения без постановки каких-либо фиксирующих шпонок или штифтов.

Всудовых дизелях между двумя смежными коренными подшипниками, как правило, помещают только одно колено, чтобы обеспечить наибольшую его жесткость и прочность; исключением являются судовые дизели старой конструкции типа Доксфорд с ПДП, валы которых имеют по три колена на один цилиндр между смежными опорами. В новой конструкции типа J, для уменьшения расстояния между цилиндрами наружные щеки двух боковых колен служат в качестве опорных коренных подшипников вала. В относительно маломощных и высокооборотных двигателях (например, автотракторного типа) помещают иногда 2,3 и 4 колена между смежными опорами. В случае использования в многоцилиндровых двигателях роликовых опорных подшипников целесообразно применять составные колена и устанавливать роликовые обоймы непосредственно на щеках клен, что дает возможность сократить расстояние между цилиндрами.

Взаимное расположение колен зависит в первую очередь от тактности двигателя и числа его цилиндров, в цилиндрах, расположенных по возможности по разные стороны от центра тяжести вала.