Двигатели
внутреннего сгорания

 
         

 

Главная
Основы конструирования
Расчеты
Силы и моменты
Поршневая группа
Шатуны и штоки
Коленчатые валы
Подшипники
Система газораспределения
Корпусные детали
Анализ конструкции
Устройство и
принцип действия

КШМ
ГРМ
Система смазки
Система охлаждения
Система питания
Система зажигания
Пуск двигателей
Увеличение мощности
Разное

Выбор расчетных режимов

При определении теплового и напряженно-деформированного состояния выбирают один или несколько расчетных режимов, для которых затем проводят расчеты.

Прочность, в первую очередь теплонапряжен-ных деталей, может быть достаточно точно оценена только в результате учета всей совокупности режимов работы двигателя при эксплуатации. Необходимо учитывать продолжительность и чередование этих режимов, которые значительно отличаются для разных типов двигателей, так как зависят от их назначения.
На детали двигателя действуют переменные механические и тепловые нагрузки. При этом тепловое состояние деталей, возникающие в них напряжения и деформации существенно изменяются в зависимости от режимов работы двигателя.
В настоящее время расчеты на прочность, как правило, проводят для установившегося режима. Однако в отдельных случаях влияние неустановившихся режимов на тепловое и напряженно-деформированное состояние деталей может быть учтено при выборе расчетных значений тепловых и механических нагрузок, соответствующих реальным условиям работы с учетом неустановившихся режимов.
Для всех типов двигателей расчеты теплового и напряженно-деформированного состояния деталей начинают с режима номинальной мощности при частоте вращения п„ом. Как правило, на этом режиме работы достигают максимальных значений температуры наиболее нагруженных в тепловом отношении деталей, а также, особенно для двигателей с наддувом, действующие на них силы давления газов. Наряду с этим, в первую очередь для двигателей наземного транспорта без наддува, по условиям прочности опасным может оказаться и режим максимального крутящего момента. В этом случае при частоте вращения п Ц (0,5—0,7) и^рм силы давления газа являются максимальными. Однако следует отметить, что на этом режиме значения инерционных сил существенно ниже, чем при работе на номинальном режиме.
Для двигателей с принудительным воспламенением, а иногда и для высокооборотных дизелей целесообразно проводить поверочный расчет и для режима холостого хода, соответствующего максимальной частоте вращения, допускаемой регулятором. При наличии последнего максимальная частота вращения холостого хода для двигателей с принудительным воспламенением составляет (1,05-^-1 ДО) для дизелей (1,05-i-1,07)пном. Для аналогичного расчета при отсутствии регулятора частоту вращения, при которой двигатель «идет в разнос», можно принять на 40-50% выше номинальной.
§ 8. Оценка прочности узлов и деталей двигателя
Расчет напряжений и деформаций, возникающих в деталях двигателя, не позволяет сделать заключение о их несущей способности. Поэтому определение напряжений является важным, но лишь первым этапом расчета на прочность. Очевидно, что проведение серии сравнительных расчетов нескольких вариантов какой-либо детали дает возможность конструктору оценить в первом приближении целесообразность используемых конструктивных мероприятий. Однако заключение о прочности детали только по данным о значениях напряжений и деформаций сделать еще нельзя.
Для простейшего случая (при нормальной температуре и одноосном напряженном состоянии) в условиях относительно медленного монотонного нагружения детали в качестве критерия предельного состояния принимают предел прочности ств или текучести стт. Для оценки прочности определяют коэффициенты запаса соответственно по пределу прочности ив или пределу текучести,где сТраб- максимальное рабочее напряжение.
Для деталей, работающих при повышенной температуре, в качестве критерия используют предел длительной прочности стлл. По нему вычисляют запас п^. с учетом определенного, где Ау т- параметры материала, зависящие соответственно от температуры и характера разрушения.
В логарифмических координатах (рис, 25) зависимость Стд, от т имеет вид ломаной линии. Экстраполяцию экспериментальных зависимостей по времени нужно проводить очень осторожно и только лишь для второго участка. На рис. 25 представлены зависимости адл от времени для сталей 45Х14Н14В2М, 20ХЗМВФ и высокопрочного чугуна, применяющихся для теплонапряженных деталей двигателей. В случае сложного напряженного состояния вместо ст^б в формулу (71) подставляют наибольшее напряжение растяжения сттах или интенсивность напряжений ст,, если ст, > сттпх.
Наряду с определением запаса прочности по напряжению определяют запас по долговечности (запас по времени).
Сами по себе значения расчетных и даже определенных экспериментально напряжений не позволяют оценить предельные с точки зрения прочности параметры работы двигателя.
О прочности детали двигателя, как и вообще всех машин, судят в результате сравнения возникающих в ней напряжений от действующих нагрузок с теми, которые обусловливают наступление предельного состояния и, в частности, вызывают разрушение. Критерии предельных состояний различны в зависимости от материала и условий работы детали.
Например, для дисков турбин пш рекомендуется выбирать не менее 1,5. Так как для жаропрочных материалов показатель т колеблется от 4 до 15, значение ит во много раз превосходит иДл- Предложенные оценки прочности справедливы для статически нагруженных деталей двигателей, работающих практически на одном скоростном и нагрузочном режимах.
Подавляющее большинство двигателей работают на различных режимах. В этом случае оценивают прочность, исходя из суммы повреждений Пу, накапливаемых в материале на отдельных режимах работы. Если время работы при напряжении Щ в элементе конструкции равно Ц а траз,-время, за которое при Ц произойдет разрушение, то под степенью повреждений & на данном режиме работы понимают отношение. В качестве эквивалентного режима выбирают наиболее тяжелый режим работы. Такой подход является достаточно общим, однако в наиболее полной мере соответствует статически нагруженным деталям. Для большинства деталей двигателей внутреннего сгорания характерны переменные по времени нагрузки. При этом, если детали кривошипно-шатунного механизма, механизма привода клапанов работают в основном под действием механических нагрузок, то детали цилиндро-поршне-вой группы, турбокомпрессора, выпускной системы воспринимают как механические, так и тепловые нагрузки. Дг(я транспортных двигателей эти нагрузки являются переменными по времени вследствие частого изменения скоростного и нагрузочного режимов работы. В этом случае при достаточно высоком уровне форсирования в теплонапряженных деталях происходит изменение напряжений и деформаций как в результате циклического характера приложения нагрузки, так и вследствие ползу-
чести и релаксации температурных напряжений в наиболее нагретых элементах конструкции. Следствием этого является, например, накопление остаточных напряжений растяжения в таких деталях двигателей, как крышка цилиндра или поршень, что часто рассматривается в качестве главной причины разрушения. Поэтому оценка прочности деталей, работающих в условиях умеренных и повышенных температур при переменном характере нагружения, имеет свои особенности.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 



  Разработано специально для liciss.ru, все права защищены.
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.