Файл: Совершенствование основных узлов турбопоршневых двигателей..pdf

ной (точка 3) и во внутренней полости коренной шейки (точка 2) представлено графически на рис. 81.

Для устранения опасности разрушения в полости упрочнен­ ных по галтелям валов были внесены изменения в очертания по­ лости и выемок в пределах щеки уменьшением их размеров и по­ вышением плавности переходов. Отрицательной стороной значи­ тельного увеличения полостей, особенно в шатунных шейках, и связанного с ним уменьшения толщины стенок со стороны при­ ложения наибольших нагрузок может явиться повышенная подат­ ливость несущей поверхности шейки из-за прогиба образующих полого цилиндра и его овалпзации при рабочих усилиях. Эти деформации местного типа накладываются на общий изгиб шейки

и в сумме могут оказаться чрезмерными для сохранения нормальной работы подшипника при заданной минимальной толщине слоя смазки на краевых участках (у торцов). Для обеспечения равномерности слоя и исключения зон граничного трения, опасных возможностью повреждения вкладышей и аварией подшипника, требуется специальное профилирование рабочих поверхностей вкладышей типа гиперболической расточки с учетом суммарной величины упругих деформаций.

Ввиду сложного характера деформирования шейки как полого цилиндра оценка искажений ее поверхности (по образующей) была сделана экспериментально при помощи простого приспо­ собления (рис. 82) при установке на одноколейный элемент чу­ гунного коленчатого вала двигателя типа ЧН 26/26. Приспособле­ ние включает в себя проходящую во внутренней полости шатунной шейки балочку, свободно подвешенную на щеках, на которой в трех определяющих сечениях шейки установлены индикаторы часового типа. Измерительные штифты индикаторов опирались на верхнюю поверхность внутренней полости, предварительно зачищенную для устранения неровностей и заполированную. Полученные экспериментальные значения прогиба, равные раз­ ности показаний среднего и крайних индикаторов составили 0,03 мм, превысив в 1,5 раза расчетный прогиб шейки под заданной нагрузкой, что свидетельствует о целесообразности утолщения

128

стенки шатунной шейки или введения гиперболической расточки вкладышей для улучшения работы подшипников.

Определенные трудности возникли при освоении в производ­ стве конструктивно улучшенного нового чугунного вала в связи с отлитыми, как одно целое, противовесами (на четырех щеках). Два из них, расположенные в средней части вала, при значитель­ ной собственной массе (примерно 35 кг) вызывают при установке

вала на две опоры изгибающий момент, значительно влияющий на остаточную деформацию вала после азотирования. При введе­ нии непрерывного вращения валов в процессе азотирования стало возможным уменьшить максимальные прогибы, однако не отпала для этих валов необходимость последующей горячей правки, ко­ торая в ряде случаев повторяется 2—3 раза. Кроме больших потерь времени, повторные правки ухудшают показатели уста­ лостного сопротивления материала из-за явлений вторичной графитизацни.

Для уменьшения этих нежелательных явлений предусматри­ вается введение стабилизирующего отпуска (при температуре 580—650° С) перед азотированием и добавка меди (0,5%) в состав чугуна, обеспечивающая повышение механических свойств и устойчивость структуры к графитизацни.

Р А С Ч Е Т К О Л Е Н Ч А Т Ы Х В А Л О В Н А П Р О Ч Н О С Т Ь

Значительные затраты времени и средств в процессе доводки коленчатых валов новых двигателей побуждают одновременно с развитием экспериментальных методов исследования разраба­ тывать и осваивать уточненные расчетные методы. Для уточнения расчета многоопорного коленчатого вала в качестве исходной была принята неразрезная схема, как наиболее полно отражающая действительные условия работы вала и позволяющая учитывать упругость и несоосность его опор.

Опыт эксплуатации двигателей и многочисленные эксперимен­ тальные исследования показывают, что напряженное состояние многоопорных коленчатых валов существенно зависит от иадопорных изгибающих моментов. Наиболее полные существующие методы раскрытия статической неопределимости коленчатых валов основаны на замене их пространственной рамной системой. Решение при этом получается сложным и громоздким, оставаясь в то же время лишь весьма приближенным, так как замена колена рамой, построенной по осям шеек и щек, для реальных коленча­ тых валов тепловозных и судовых дизелей с большими перекры­ тиями шеек II относительно малой толщиной щек является услов­ ной операцией и не отражает в достаточной мере физической сущ­ ности работы таких валов.

В разработанном и используемом на КТЗ методе расчета [15] коленчатый вал заменяется прямой многоопорной балкой пере­ менно-ступенчатой жесткости, согласованно изменяемой в каждом пролете (по длине) в зависимости от угла поворота вала от началь­ ного положения отсчета. В исходном виде колено заменяется ступенчатой балкой, отвечающей действительному распределению жесткости внутри пролета. Полученная неразрезная балка является более простым расчетным эквивалентом коленчатого вала, чем многоопорная пространственная рама, н достаточно полно характеризует поведение многократно статически неопре­ делимой системы под действием сложного закона нагружения. Вследствие простоты расчетной схемы вала можно относительно легко рассчитать вал при различных конструкциях опор вала.

Непосредственному проведению расчета вала предшествуют экспериментальные работы по определению действительной жесткости вала и его коренных опор. При эксперименте удобно использовать двухколенный элемент коленчатого вала с углом заклинивания 180°. Элемент вала устанавливают крайними ко­ ренными шейками на опоры, допускающие свободный поворот надопорных сечений, и к средней коренной шейке прикладывают нагрузку. При этом замеряют угол поворота сечений коренных шеек и по нему определяют жесткость отдельных участков балки переменно-ступенчатого сечения. Полученная таким образом балка имеет такое же распределение жесткости внутри пролета по его длине, как и действительное колено, и принимается за

130

пролете в двух плоскостях: плоскости колена и плоскости, пер­ пендикулярной плоскости колена.

Таким образом, при статическом расчете коленчатого вала возникают две задачи: замена колена балкой приведенной жест­ кости и расчет неразрезной многоопорной балки с учетом несоос­ ности и упругой податливости опор с разными, но постоянными в пролетах приведенными жесткостями для заданного положения вала.

Если принять, что балка шарнирно опирается на опорах н защемление в коренных опорах коленчатого вала отсутствует, то

Ввиду того что колено имеет резкое изменение жесткости по длине пролета, жесткость колена в целом зависит от характера действующей на колено эпюры моментов. Поэтому при нахождении приведенной жесткости прямой балки, заменяющей колено, необходимо, чтобы нагружение колена и нагружение заменяющей его балки были одинаковы. Так как колено нагружено, помимо внешних сил, надопорными моментами, величина которых может быть найдена лишь в результате этого расчета, решение дости­ гается методом последовательных приближений. В 1-м прибли­ жении находится приведенная жесткость балки под действием только внешней нагрузки (рис. 84).

Рассмотрим отдельное колено в двух его характерных поло­ жениях под действием внешней нагрузки.

Угол поворота надопорного сечения колена подсчитывают по формуле, полученной перемножением эпюр моментов трапецеидаль-

1 32