Рисунок 5.1 Расчетная схема
Рисунок 5.2 К продольной устойчивости стержня шатунашатуна
Шатун имеет двутавровое сечение и его расчет на прочность следует определять в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: в плоскости качания шатуна и в плоскости, перпендикулярной к ней (рисунок 5.1).
Стержень шатуна рассчитывается на усталостную прочность. Расчетное сечение зависит от формы стержня: при неизменном или мало изменяющемся по длине сечении стержня за расчетное примем сечение на середине длины шатуна.
При расчете сечения по середине длины стержня и действии на шатун сжимающей силы учитываются напряжения не только от сжатия, но и от продольного изгиба. В этом случае суммарное напряжение сжатия в расчетном сечении при продольном изгибе в плоскости качания шатуна (рисунок 5.2):
,
де F - площадь расчетного сечения (двутавра):
,
где Н = 0,02м, h = 0,016м, В = 0,024м, b = 0,004м;
;
L = 0,246м;
Ix – момент инерции сечения F относительно оси х – х:
;
.
Напряжение в расчетном сечении, но при продольном изгибе в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна:
,
I y - момент инерции сечения F относительно оси y-y :
,
;
.
Напряжение сжатия в расчетном сечении:
;
Напряжение растяжение в расчетном сечении:
;
Среднее напряжение в расчетном сечении σm и амплитуда цикла σа :
,
;
,
Запас прочности определяется по следующей формуле:
,
где σ-1 = 450-480 МПа для сплава АЛ-35;
kσ – коэффициент концентрации напряжений. Для сравнительной оценки примем равным 1;
εξ - коэффициент фактора размерности. Примем εξ = 1;
= 0,16 – коэффициент, зависящий от характеристики материала;
.
В современных конструкциях запас прочности стержней шатунов лежит в пределах 1,4 - 3,0, следовательно, полученное значение n’σ удовлетворяет нормам прочности.