6.Проверка прочности заданного типоразмера сечения шатуна по допускаемым напряжениям.

6.1. Данные для расчета.

Проведя комплексный анализ механизма, мы определили реакции R12и R32. что позволяет в дальнейшем рассматривать шатун (со всеми приложенными к нему силами) как статически уравновешенную систему.

Это дает возможность решать задачи, связанные с проверкой прочности шатуна.

Представим шатун ВС (рис 5а) в заданном положении со всеми приложенными к нему силами. Его статическое равновесие обеспечивается совокупным действием усилий, представленных в табл.2.

Рис.5. Шатун с приложенными силами (а) и его расчетная схема (б)

Такая таблица составляется и заполняется в пояснительной записке. Значения усилий, заносимых в табл.2, определены результатами силового анализа.

Таблица 2
Силы и моменты сил, приложенные к звену ВС.

6.2. Построение расчетной схемы шатуна.

Для удобства дальнейших построений повернем шатун 2 вместе с приложенными к нему силами так, чтобы он занял горизонтальное положение. При этом положение сил относительно шатуна осталось прежним.

Расчетную схему шатуна (рис.5б) представляем как двухопорную балку (реакции R12 и R32 определены). Выбираем систему координат с началом в точке В и найдем вертикальные и горизонтальные проекции сил РИ2, G2,R32 .
Проекции этих сил можно определить графически, используя план сил. Для этого проецируем векторы Pn2,G2,R32 и на направления векторов R₁₂^x(вертикальные проекции) и R₁₂ⁿ(горизонтальные проекции), или аналитически с помощью следующих соотношений:

Положим, что после заполнения табл.2 и проведения расчетов по последним соотношениям, получили:

Проверяем правильность исходных данных для расчетов на прочность. Так как шатун находится в равновесии, должны выполняться условия:

расчетов определены с достаточной точностью, если значения остатка в расчетах по каждому из уравнений равновесия составляет не более 2% от наибольшего из слагаемых соответствующего уравнения. В противном случае необходимо проверить правильность силового анализа механизма и расчетов горизонтальных и вертикальных составляющих усилий на шатун.

6.3. Определение геометрических характеристик сечения шатуна.[2.стр.271]
Для прямоугольного сечения шатуна с размерами h=22 мм, b=14 мм находим.

• Площадь поперечного сечения
F = b*h=14*22=308 мм2.

• Момент сопротивления сечения[2.стр298]

6.4. Построение эпюр продольных сил и изгибающих моментов,

6.4.1.Построение эпюры продольных сил.[2.стр.221]

Методику построения эпюры N представляем для показанной на рис.6 схемы нагружения шатуна с заданной длиной lBC (в рассматриваемом примере lBC =450 мм).

На рис.6а представлена схема шатуна, нагруженного про¬дольными усилиями направления и значения которых определены в пп. 6.1, 6.2., на рис.5б, табл.2.
Для построения эпюры продольных сил используем метод сечений.

Сечение I-I

Равновесие левой части обеспечивается внутренним продольным сжимающим усилием

Эти данные использованы для построения эпюры N на рис.6б.

6.4.2.Построение эпюры изгибающих моментов.[2.стр.283-284]

Строим схему нагружения шатуна поперечными усилиями (рис.6в). Направления и значения усилий определены в пп. 6.1, 6.2., на рис.5б, табл.2 .

Для построения эпюры изгибающих моментов используем метод сечений.

(рис.5б;5г) показывает, что опасным является сечение, проходящее через центр масс S2 шатуна. В этом сечении имеют место наибольшая продольная сила NMAX = 4600 Н. и максимальный изгибающий момент MMAX =- 131,85 Нм. Шатун в отмеченном сечении испытывает совместное действие изгиба и сжатия. Для определения суммарных напряжений используем принцип независимости действия сил

необходимо увеличить геометрические размеры сечения и пов¬торить расчет по пп.6.3, 6.5, обеспечив выполнение усло¬вия прочности. Последнее можно также обеспечить, приняв в качестве материала шатуна сталь с более высоким допуска¬емым напряжением при изгибе (см. [ I ] , стр.17)