Стержень шатуна

Основными конструктивными параметрами стержня шатуна кроме длины L_ш = R/λ являются размеры его среднего сечения В - В (см. рис. 23). Значения этих параметров для отечественных авто­мобильных и тракторных двигателей приведены в табл. 22.

Таблица 22

Название элемента	Дизельные двигатели	Бензиновые двигатели
	(0, 5…0, 55)·dг	(0, 5…0, 55)·dг
	(1, 2…1, 4)·hш.min	(1, 2…1, 4)·hш.min
	(0, 55…0, 75)·lш	(0, 5…0, 6)·lш
	4, 0…7, 5	2, 5…4, 0

Стержень шатуна рассчитывают на усталостную прочность в среднем сечении В - В от действия знакопеременных суммарных сил (газовых и инерционных), возникающих при работе двигателя на режимах n = n_N или n = n_М. Обычно расчет ведется для режима максимальной мощности. Запас прочности сечения определяется в плоскости качания шатуна и в перпендикулярной плоскости. Усло­вием равнопрочности стержня шатуна в обеих плоскостях является n_х = n_у.

Сила, сжимающая шатун, достигает максимального значения в начале рабочего хода при р_{Z д} и определяется по результатам динамического расчета или по формуле

, (5.76)

где m_j = m_п + 0, 275·m_ш - масса возвратно движущихся частей криво­шипно-шатунного механизма (условно предполагается, что среднее сечение В - В находится в центре тяжести шатуна).

Сила, растягивающая шатун, достигает максимального значения в начале впуска (в в.м.т.) и также определяется по результатам динамического расчета или по формуле

, (5.76)

где р_г - давление остаточных газов.

От сжимающей силы Р_сж в сечении В - В возникают максималь­ные напряжения сжатия и продольного изгиба (МПа):

- в плоскости качания шатуна

, (5.77)

где - коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости качания шатуна;

σ _е = σ _в - предел упругости материала шатуна, МПа;

L_ш = R/λ - длина шату­на, м;

- момент инерции сечения В - В относительно оси х - х, перпендикулярной плоскости кача­ния шатуна, м⁴;

- площадь среднего сечения шатуна, м²;

- в плоскости, перпендикулярной плоскости качания:

, (5.78)

где - коэффициент, учитывающий влияние продольного изгиба шатуна в плоскости, перпендикулярной плоскости качания шатуна;

L₁ = L_ш - (d + d₁)/2 - длина стержня шатуна между поршневой и кривошипной головками, м;

- момент инерции сечения В - В относительно оси у - у, лежащей в плоскости качания шатуна, м⁴.

Для современных автомобильных и тракторных двигателей на­пряжения σ _mах.x и σ _max.у (МПа) не должны превышать:

- для углеродистых сталей 160…250

- для легированных сталей 200…350

Минимальное напряжение, возникающее в сечении В - В от растягивающей силы P_р, определяется в плоскости качания шатуна и в перпендикулярной плоскости:

. (5.79)

Запасы прочности стержня шатуна в плоскости качания n_х и в перпендикулярной плоскости n_y определяются по уравнениям, при­веденным в разделе 5.3. При определении n_х и n_y принимается, что коэффициенты концентрации напряжений k_σ зависят только от ма­териала шатуна. Для шатунов автомобильных и тракторных двига­телей значения n_х и n_у не должны быть ниже 1, 5.