Расчету деталей двигателя на прочность предшествуют расчет рабочего процесса и динамический расчет, из которых выявляются основные параметры двигателя: р_z; р_с; р₀; р_r; р_i; р_е и др.

В зависимости от назначения двигателя и заданной мощности принимают исходя из назначения двигателя: диаметр поршня D м (см); ход поршня S, м (см); длину шатуна L, м (см); радиус кривошипа R, м (см), и другие данные, которые путем расчета получить невозможно; по отношению R/L = λ проверяют возможность прохождения шатуна в картере.

Для расчета деталей на прочность необходимо выяснить все силы и моменты, которыми нагружаются те или иные детали. Так как силы и моменты, нагружающие детали, переменны как по величине, так и по направлению, то при расчетах деталей на прочность принимают во внимание самые неблагоприятные условия. Переменные нагрузки приводят часто к разрушению деталей, несмотря на то, что деталь удовлетворяет требованиям расчета на прочность для статических нагрузок. Разрушение детали в данном случае происходит из-за недостаточной усталостной прочности металла при переменных нагрузках.

Усталостная прочность деталей зависит от характера нагрузок, вызывающих в деталях напряжения симметричные,. асимметричные, пульсирующие и .др.; пределов усталости (выносливости при изгибе σ_-1, растяжении σ_-1р, и кручении τ_-1) и пределов текучести σ_Т и τ_Т материала; от формы детали, размеров ее, механической обработки и других видов обработки с целью упрочнения детали.

Изменение напряжений за один период называют циклом: Цикл характеризуется максимальным и минимальным значениями σ_max, σ_min средним значением σ_cp = (σ_max + σ_min)/2 и амплитудным значением σ_a = (σ_max — σ_min)/2. Цикл, у которого σ_max = –σ_min, называют симметричным, какие - либо другие — асимметричными.

Прочностную оценку деталей, подверженных переменным нагрузкам, дают по запасам прочности.

Отношение предельно допустимого напряжения σ_r к максимальному действующему напряжению σ_max называют запасом прочности: n = σ_r/σ_max. При определении запаса прочности по пределу выносливости для любого асимметричного цикла

где α_σ=0,1 для сталей с σ_в = 500¸1000 МПа; α_σ = 0,25 для сталей с σ_в = 1000¸1600 МПа; α_τ может быть принят таким же, как и при расчете на изгиб и растяжение.

Для асимметричного цикла запас прочности по пределу текучести:

Наличие у деталей резких переходов, сверлений, канавок и т. д. приводит к появлению высоких местных напряжений (концентрация напряжений), которые учитываются коэффициентом концентрации,

,

где σ_-1 — предел выносливости образца при отсутствии концентраций напряжения; σ_-1к — предел выносливости у образца, имеющего концентрации напряжений.

Коэффициент, учитывающий концентрации напряжения при кручении,

 

Влияние геометрических размеров на запас прочности учитывается масштабным фактором, представляющим собой отношение пределов выносливости детали и стандартного образца.

Влияние обработки детали, включая и. меры поверхностного, упрочнения, оценивается технологическим фактором .

Наиболее часто встречающиеся формы концентраторов напряжений в практике автотракторного двигателестроения могут быть при предварительных расчетах оценены коэффициентом . Масштабные факторы при расчетах принимают и . Большие значения относятся к деталям малого диаметра , меньшие — к деталям большего диаметра . Значения технологического фактора можно принять следующими:

Для полированной поверхности ……………...

Для шлифованной поверхности ……………….

Тонкое обтачивание ……………………....……

Грубое обтачивание…………………………….

Необработанная поверхность…………………

После оценки факторов, влияющих на предел выносливости, подсчитывают запас прочности для нормальных напряжений:

, если ,

, если ,

для касательных напряжений

, если ;

, если .

При одновременном возникновении в деталях нормальных и касательных напряжений запас прочности

.

Для определения нагрузок, действующих на детали двигателя, производят динамический расчет кривошипно-шатунного механизма. При расчете чаще всего определяют не геометрические размеры детали, а напряжения, возникающие в деталях в результате воздействия нагрузок. Поэтому, прежде чем. приступить к расчету деталей на прочность, необходимо произвести первоначальную конструктивную проработку двигателя и только после этого найти напряжения в деталях и сравнить их с допускаемыми, полученными на основе изучения статистического материала, или в результате расчета выяснить запас прочности и сравнить его с запасом прочности аналогичной работоспособной деталью двигателя.

При определении нагрузок, действующих в кривошипно-шатунном механизме (так как все они имеют меняющийся цикличный характер), удобно данные по изменению нагрузки заносить в таблицы, из которых видно было бы не только изменение данной нагрузки, но в случае необходимости была бы возможность без больших затрат времени суммировать и производить другие операции, необходимость в которых выясняется по ходу расчета двигателя.