Оценка механической напряженности в условиях эксплуатации

Уровень механической напряженности определяет условия смазки, износы, работоспособность подшипников, других узлов, возможность появления усталостных разрушений и т.д. При эксплуатации абсолютные величины показателей механической напряженности не контролируются ввиду сложности их определения. Однако механическая напряженность может быть оценена по косвенным показателям.

Максимальные напряжения в деталях движения и в подшипниках определяются максимальной движущей силой. Величина этой силы может быть принята равной:

PΣ max ≈ Рг + Pj ≈ Pz — Pj max .

Можно написать:

Pj max = Ms Rω2 (1 + λ) = Ms R (πn / 30)2 (1 + λ) = kj n2.

Тогда:

Pj max ≈ Pz — kj n2          (№1)

Работоспособность деталей зависит не только от максимальной движущей силы, но и от амплитуды ее изменения, определяющей усталостные разрушения. В 2-тактных двигателях изменение движущей силы может быть принято от 0 (в НМТ) до PΣ max (в районе ВМТ). По-этому амплитуда силы 2-тактных ДВС равна:

Δ PΣ = 1/2 PΣ max — 1/2 (Pz — kj n2)          (№2)

В 4-тактных двигателях диапазон изменения силы — от (-Pj max) в конце такта выталкивание газов до PΣ max — в начале рабочего хода; амплитуда действующей силы определится равенством:

Δ PΣ = 1/2 (PΣ max + Pj max) ≈ 1/2 Pz          (№3)

Следовательно, 4-тактные двигатели при прочих равных условиях имеют большую амплитуду Δ PΣ, чем 2-тактные, и являются более напряженными.

Максимальные касательные напряжения в шейках коленчатого вала зависят от максимального касательного усилия ТΣ max:

ТΣ max = ТΣ + Δ ТΣ,

  • где ТΣ — среднее касательное усилие;
  • Δ ТΣ — амплитуда отклонения касательного усилия.

Работа за один оборот коленчатого вала двигателя любой тактности равна:

L = ТΣ2πR           (№4)

С другой стороны, можно эту работу выразить через среднее индикаторное давление:

L = Pi i 2R / m           (№5)

  • где i — число цилиндров;
  • m — коэффициент тактности;
  • 2R = S — ход поршня.

Приравняв правые части зависимостей (№4) и (№5), получим:

ТΣ = 2R i / (2πR m) Pi = Кт Pi           (№6)

где Кт = i / π m — величина, постоянная для каждого двигателя.

Как показывают расчеты динамики, независимо от тактности дизеля амплитуда касательных усилий выражается приближенным равенством:

Δ ТΣ ≈ 0,2 Pz           (№7)

С учетом равенства (№6) и (№7) величина ТΣ max выразится зависимостью:

ТΣ max ≈ Кт Pi + 0,2 Pz         (№8)

Из приведенных формул видно, что при неизменной частоте вращения величины РΣmax, ΔРΣ, ΔТΣ полностью определится величиной максимального давления в цилиндре Pz, а ТΣ max — величина Pz и Pi. Следовательно, в условиях эксплуатации для конкретного скоростного режима вполне обоснованным и наиболее объективным критерием механической напряженности двигателя является максимальное давление цикла Pz и среднее индикаторное давление Pi.

Сентябрь, 01, 2016 325 0
Читайте также