Полная версия

Главная arrow Техника arrow АВТОМОБИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ. РАСЧЕТЫ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ВДД на коренную шейку.

Диаграмма строится для коренной шейки, амплитуда скручивающего момента на которой за полный цикл нагружения максимальная (определение амплитуд скручивающих шейки моментов выполняется по предварительно построенным графикам моментов А/к(<р), набегающих на коренные шейки КВ).

Принципиальное отличие в нагружении коренных шеек КВ от нагружения шатунных шеек состоит в том, что коренные шейки нагружаются возникающими в коренных подшипниках реакциями от сил, действующих на прилегающие к коренным шейкам кривошипы. Результирующая нагрузка на коренную шейку находится геометрическим сложением реакций. Вычисление значений реакций и их сложение удобно выполнять в табличной форме (табл. 1.5).

В качестве примера рассматривается нагружение коренных шеек КВ двигателя с компоновочной схемой 84V900. Очевидно, что для V-образных двигателей с двумя рядом стоящими шатунами на каждой шатунной шейке КВ возникающие от действия сил t и z реакции со стороны коренного подшипника будут обратно пропорциональны удалению плоскости качания соответствующего шатуна от центра О рассматриваемой коренной шейки (рис. 1.18).

Схема расположения соседних кривошипов с шатунами

Рис. 1.18. Схема расположения соседних кривошипов с шатунами: к - порядковый номер кривошипа; О - центр коренной шейки КВ; кп, + 1)л - шатуны левого блока цилиндров; кп, + 1)п - шатуны правого блока цилиндров; ах - расстояние от плоскости качания шатуна до центра шатунной шейки; /0 - расстояние между центрами соседних коренных шеек

В соответствии с рис. 1.18 относительное удаление плоскостей качания шатунов от центра коренной шейки } и Х2) может быть найдено из выражений:

для шатунов кли(к+ 1 )п

для шатунов knv{k+ 1 )л

Тогда значение нагружающей рассматриваемую коренную шейку реакции коренного подшипника, например от силы /ь, будет равно tkj]( 1 }). Аналогично с учетом места приложения сил вычисляются значения и других реакций.

Очевидно, что коренную шейку со стороны сопряженного с ней подшипника нагружают реакции, возникающие от действия касательных и радиальных сил на оба прилегающие к данной шейке колена КВ.

Схема нагружения удельными силами / и z коренной шейки с произвольным углом расположения прилегающих к ней кривошипов укр показана на рис. 1.19. При этом делается допущение, что все касательные силы приложены так, что создают момент, вращающий КВ в направлении по часовой стрелке, а все радиальные силы действуют при этом в направлении оси вращения КВ.

Схема действия касательных и радиальных сил на кривошипы КВ и проекций на координатные оси реакций со стороны коренного подшипника, нагружающих рассматриваемую коренную шейку КВ

Рис. 1.19. Схема действия касательных и радиальных сил на кривошипы КВ и проекций на координатные оси реакций со стороны коренного подшипника, нагружающих рассматриваемую коренную шейку КВ

На рис. 1.19 проекции всех реакций на координатные оси t и z показаны с учетом направления действия касательных и радиальных сил.

Сумма проекций реакций на координатные оси при произвольном положении КВ определяется из выражений

Значения удельных сил в выражения (1.54) и (1.55) подставляются со своими знаками.

При вычислениях значения Y.t и Ez рекомендуется находить в табличной форме (табл. 1.5). Для этого табл. 1.5 удобно располагать на миллиметровой или линованной бумаге. В представленном виде табл. 1.5 может быть использована и для вычислений с применением программы Microsoft Excel.

В столбцы 2 и 3 таблицы вносятся значения соответственно касательной (/ь) и радиальной (zb) сил, действующих на произвольный кривошип с номером к. Значения этих сил берутся без какого-либо сдвига по фазе из столбцов 7 и 8 главной таблицы сил и моментов (см. табл. 1.4). Для заполнения последующих столбцов табл. 1.5 необходимо руководствоваться выбранной схемой порядка работы цилиндров двигателя (см. подразд. 1.7).

В качестве примера символами ? ? и ? ? в табл. 1.5 показано смещение массивов значений действующих сил для последующих граф на угол отставания вспышки в соответствующем цилиндре двигателя при рассмотрении нагруженности коренной шейки 2, расположенной между кривошипами 2 и 3.

Последующее заполнение граф 6... 19 табл. 1.5 производится в соответствии со структурой выражений (1.54) и (1.55) для ?г и Lz.

Примечание. При анализе нагруженности коренной шейки одноблочного двигателя структура выражений (1.54) и (1.55) упрощается, так как в этом случае отсутствуют удельные силы *кп и z*n’ 3 также <(*+])„ и 2(Ж)гг Соответственно, в табл. 1.5 будут отсутствовать столбцы, содержащие значения этих сил. При этом 1 — Л’’, = 1 - Х2 = 0,5, как и для двигателя, у которого шатуны в главном и боковом блоках расположены в одной плоскости.

В качестве примера на рис. 1.20 и 1.21 показаны ВДД на коренные шейки 2 и 3 КВ двигателя 84V900.

Для построения ВДД первоначально строится координатная система в таком же масштабе, как и для ВДД на шатунную шейку. Началом координат является точка О. Кривошипы 2 и 3 коленчатого вала двигателя 84V900 расположены в одной плоскости по разные стороны от оси вращения. Из схемы расположения кривошипов 2 и 3 очевидно, что удельные центробежные силы pR, приложенные к этим кривошипам, действуют в противоположных направлениях и уравновешивают друг друга.

Таким образом, в рассматриваемом случае эти силы не оказывают влияния на нагруженность коренной шейки, поэтому начало координат ВДД под действием сил pR своего положения не изменяет.

Определение суммы реакций и Vz, нагружающих коренную шейку КВ со стороны коренного подшипника

(пример для двигателя 84V90*)

ч>

Кривошип к

Кривошип к + 1

О

о

1

в-

'со’

О

О

Я

?

n"

1

о

О

оо

't/г

0 о

я

1

  • 0
  • 1

VO

+

Р

?

§

1

б

  • 0 о

я

1 N

"’"’о.

1

о

О

ОО

сл

О

и

Я

|

О

1

S

нг

сч

1

+

оо

II

Я

О

ON

1

CL

ST

'Та

О

о

Я

J,

р

1

о

О

00

'иГ

О

о

я

1

N

Р

1

Р

т

ГО

1

  • ?
  • 1

б

'зГ

о

о

Я

J

Р

1

о

О

ОО

сл

О

О

Я

?

N-"

Р

т

ГО

ОО

+

II

д

Блок 1 (главный)

Блок 2 (боковой)

Блок № 1 (главный)

Блок 2 (боковой)

!кп

2

Z*n

Vo*

20И1)л

Vi*

Z(**l)n

°пкв

кПа

1

2

3

2’

3'

4

5

4'

5'

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

360

450

540

630

705

Рис. 1.20. Векторная диаграмма давлений на коренную шейку 2 КВ двигателя

84V900

Векторная диаг рамма давлений на коренную шейку 3 КВ двигателя

Рис. 1.21. Векторная диаг рамма давлений на коренную шейку 3 КВ двигателя

84V900

При построении ВДД на другие коренные шейки КВ двигателя 84V900 следует исходить из того, что удельные центробежные силыpR в силу взаимного расположения соседних с шейками кривошипов действуют во взаимно перпендикулярных направлениях. При этом направление действия сил рк относительно оси вращения кривошипов всегда одно и то же и значение этих сил неизменное.

Очевидно, что направление действия сил pR противоположно направлению действия радиальных сил z? в соответствующих отсеках двигателя (см. рис. 1.21). Это позволяет учесть влияние сил pR на нагруженность коренной шейки переносом начала координат построенной ВДД в точку Ох.

Как видно из рис. 1.21, такой перенос приводит к возрастанию средней за цикл нагрузки на коренную шейку (возрастает количество радиус-векторов увеличенной длины). Для разгрузки коренных шеек от действия сил pR на продолжении щек КВ устанавливают противовесы массой /и||р. При расположении центра тяжести противовесов на расстоянии гпр от оси вращения следует переместить начало координат построенной ВДД, например, в точку 02. Обычно полностью устранить влияние сил pR на нагруженность коренных шеек таким путем не удается из-за недостатка места для размещения противовесов необходимой массы.

В заключение построенную ВДД необходимо ориентировать относительно рассматриваемой коренной шейки. Для этого из полюса диаграммы (из точки 02) произвольным радиусом очерчивается окружность, условно изображающая коренную шейку, как это показано на рис. 1.20 и 1.21. В области отрицательных значений на оси ординат z условно размещается кривошип (щека) с меньшим порядковым номером. От этого кривошипа в направлении против часовой стрелки откладывается угол укр, через полученную точку из начала координат проводится луч и на нем изображается кривошип с наибольшим порядковым номером (на рис. 1.20 этот луч совпадает с положительным направлением оси z, так как укр = 180°). Проведенный из произвольной точки кривой в точку 02 радиус-вектор характеризует направление и значение действующей на шейку нагрузки при повороте КВ на произвольный угол.

На основании полученных ВДД строятся развернутые диаграммы удельных нагрузок на шатунную и коренную шейки в функции угла ПКВ. Для этого ось ординат каждой диаграммы, имеющая только положительное направление, выполняется в масштабе, который принят для ВДЦ. На оси абсцисс в произвольном масштабе с принятым при составлении главной таблицы сил и моментов шагом Аср откладываются значения углов ПКВ за полный цикл работы двигателя. Затем с помощью циркуля соответствующие углам ПКВ значения радиус-векторов с ВДЦ переносятся в новую систему координат и полученные точки соединяются плавной кривой.

Проинтегрировав полученные функции численным методом, можно получить средние значения удельных нагрузок на шатунную шейку и сопряженный с ней подшипник, а также на коренную шейку и ее подшипник. Умножив эти значения на площадь поршня и разделив на площадь рабочей поверхности нагружаемой детали, получают среднее значение нагрузки на единицу условной поверхности соответствующей детали. Площадь воспринимающей нагрузку условной поверхности шатунной или коренной шейки, как и сопряженных с ними подшипников, определяется произведением рабочей длины подшипника на диаметр рассматриваемой шейки.

Полученные значения максимальных ?тах и средних кср нагрузок используются для анализа работоспособности сопряженных с шейками КВ шатунных и коренных подшипников. Для этого необходимо сравнить значения &тах и к с допустимыми для выбранного материала подшипника значениями, которые приводятся как в учебной, так и в справочной литературе. Допустимые значения нагрузок для отдельных сплавов, применяемых для изготовления подшипников скольжения автомобильных двигателей, приведены также в прил. 5. В этом приложении приведены лишь значения ктлх. Значения к ориентировочно составляют

(0.3-0,4)^.

Для правильного выбора материала подшипника необходимо принимать во внимание также и окружную скорость шейки КВ относительно подшипника скольжения. Следует заметить, что значения kv и к зависят от степени сжатия и частоты вращения КВ. В табл. 1.6 приведены расчетные значения нагрузок, действующих на шатунные шейки КВ бензиновых двигателей со степенью сжатия е = 7...9.

В зависимости от степени сжатия значения &тах и кср могут отличаться от приведенных в табл. 1.6 значений соответственно на ±12 % и ±5 %. Для двигателей со степенью сжатия е =10 и боТаблица 1.6

Максимальные и средние расчетные нагрузки на шатунные шейки КВ бензиновых двигателей

Параметр

Номинальная частота вращения КВ, 1/мин

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

* , МПа

max’

11,2

11,6

12

13

15

17,5

20

*ср, МПа

6

6,2

6,4

7

8,5

II

12,7

лее приведенные значения кср возрастают на 10 %, а значения &тах достигают 23.. .27 МПа.

Расчетные значения нагрузок на шатунные шейки КВ дизельных двигателей с частотой вращения 2100...3000 1/мин на режиме номинальной мощности могут принимать следующие значения: к = 28...42 МПа, к = 6,5...8,5 МПа.

max 7 ср 7

Максимальные и средние нагрузки на коренные шейки КВ обычно меньше нагрузок на шатунные шейки в 1,2...2,0 раза.

Если полученные расчетные значения ктзх и кср существенно превосходят допустимые значения для выбранного материала подшипника, то необходимо рассмотреть вопрос о применении для его изготовления других материалов или увеличить рабочую поверхность соответствующей детали. С другой стороны, если полученные значения существенно ниже допустимых, то целесообразно выбрать менее дорогой материал с более низкими прочностными характеристиками.

Опытным путем установлено, что увеличение частоты вращения КВ (л) приводит к уменьшению усталостной прочности подшипников скольжения (ПС). Это обусловлено влиянием следующих факторов:

  • • возрастанием частоты циклов нагружения;
  • • возрастанием работы сил трения;
  • • увеличением окружной скорости вращения шейки КВ в подшипнике скольжения Уд;
  • • увеличением температуры поверхности ПС.

На ПС из свинцовистой бронзы, например Бр. С30, увеличение л сказывается более существенно, чем на Г1С из алюминиево- оловянистого сплава АО20-1.

Аналогичное влияние на работоспособность ПС оказывают уменьшение давления рм и рост температуры 1ы моторного масла на входе в подшипник. Под влиянием всех названных факторов усталостная прочность ПС из сплава АО20-1 может уменьшиться на 30...35 %, а из сплава Бр. СЗО - на 50...55 %.

Экспериментально установлено, например, что прир = 0,3 МПа, /м = 60° Си VQ - 7 м/с предел выносливости для ПС из сплава АО20-1 составляет 55...56 МПа, а для ПС из сплава Бр. СЗО - 47...48 МПа.

На основании результатов динамического расчета КШМ выполняются прочностные расчеты КВ (шатунной и коренной шейки, а также соединяющей их щеки), шатуна и шатунных болтов, днища поршня и поршневого пальца.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>