Файл: Совершенствование основных узлов турбопоршневых двигателей..pdf

проушины на равноценные участки, проведение эффективных сечений в брусе сложной формы, определение жесткости заменя­ ющих стержней и граничных сечений — заделок. Ввиду слож­ ности исходных форм и нагрузок был выбран дискретный способ перехода от непрерывных характеристик проушины (по кривизне, жесткости и нагрузке) к ступенчато-переменному представлению их для эквивалентной рамы.

Признаком равноценности замены принята эквивалентность стержневой системы — рамы и исходного контура по упругой энергии изгибных деформаций.

Преимущества новой схемы заключаются в универсальности применения благодаря возможности широкого варьирования па­ раметрами входящих элементов-стержней при сохранении опре­ деляющих признаков рамной системы. Это позволяет отразить особенности исходной конструктивной формы и нагружения раз­ личных подшипниковых узлов и в то же время сохранить способ последующего решения системы при общем алгоритме вычисли­ тельных операций.

Вкачестве другого возможного подхода к разработке уточнен­ ного расчета кривошипной головки шатуна следует указать на недавнюю работу П. Брэми [42], в которой делается попытка непосредственного использования теории кривого бруса при дис­ кретном введении элементов переменной формы (по кривизне, высоте сечений и др.) в общие уравнения для упругих деформаций (в условном разрезе контура) и последующего раскрытия стати­ ческой неопределимости с помощью составленной программы на ЭЦВМ. Полученные зависимости имеют сложный вид, несмотря на существенное ограничение по типу нагрузки, которая принята сосредоточенной по заданным направлениям, что может значи­ тельно снизить точность расчета и полноту анализа напряженного состояния головки.

Вотличие от этого в поставленной задаче расчета плоского контура принятая стержневая модель используется для решения

на основе известных методов теории рамных систем только на стадии силового расчета узла и позволяет раскрыть статическую неопределимость упругого контура в условиях переменной жест­ кости и произвольной нагрузки, т. е. определить суммарные моменты и силы (силовые факторы) в каждом расчетном сечении. Далее во второй стадии анализа на основе -силового расчета узла выполняется определение напряжений в сечениях исходного контура по схеме обобщенного кривого бруса с локальной при­ веденной кривизной и учетом фактических геометрических харак­ теристик.

Согласно проведенным оценкам в узлах обоих типов — корен­ ном и шатунном определяющее отношение развернутой длины (по средней линии) к средней высоте расчетного контура, как правило, не меньше пяти, что позволило применять с достаточной точностью гипотезу плоских сечений, несмотря на кривизну

15 7

очертаний и переменность по высоте сечений [2, 4], а также при­ нимать в качестве средней линии (упругой оси) криволинейного контура линию, проходящую через центры тяжести его попереч­ ных сечений.

Построение расчетных эффективных сечений и определение приведенной жесткости стержней

При построении эквивалентной рамы на базе исходного кон­ тура возникают прежде всего две следующие принципиальные задачи: построение расчетных эффективных сечений в теле слож­ ной формы и определение приведенной жесткости стержней,

способа аналогично известному приему вписывания окружно­ стей при профилировании криволинейных каналов в насосах и турбинах по заданным размерам поперечных сечений. В дан­

казано его применение к построению эффективных сечений в кон­

158

разъемных шатунных головок в районе болтов. В то же время при такой форме исходного контура, имеющего участки относи­ тельно резкого изменения высоты, становится вполне очевидной непригодность использования обычных радиальных сечений и вычисленных по ним геометрических характеристик, которые приведут к неправильным завышенным значениям жесткости

иискажениям в оценке напряжений.

Впредлагаемом способе исходные радиальные направления лишь определяют места намеченных расчетных сечений, построе­ ние которых выполняется в следующем порядке.

Из центра отверстия (точки 0) через намеченную для проведе­ ния сечения точку на окружности отверстия (точка А) проводят

Рис. 101. Форма выделенного элемента из контура:

а — исходная; 6 — после условного р а сп р я м л е н и я оси

радиальную прямую. На этой прямой определяется (путем под­ бора) положение центра и величина радиуса такой вспомогатель­ ной окружности, которая одновременно касается и внутренней и внешней линий контура. Тогда, как следует из геометрических положений, плоскость хорды AB, соединяющая точки касания, является искомым расчетным сечением упругого контура. Не­ трудно видеть, что расчетное сечение является одновременно

плоскостью хорды цилиндрического сечения AB. Это указывает на тождественность методов по конечному результату, однако способ вписанной окружности становится значительно более удобным по построению для контуров, имеющих криволинейные очертания, и менее трудоемок при практическом использовании, чем способ цилиндрических сечений.

Базовая направляющая окружность каждого цилиндрического сечения и сопряженная с ней (рис. 1 0 0 ) вписанная окружность образуют взаимно ортогональную систему (пересекаются всегда под углом 90°), а определяемое ими расчетное сечение упругого бруса сложной формы отвечает требованию минимальности гео­ метрических характеристик, т. е. площади, моменту инерции и др.

В местах выступающих углов исходное радиальное сечение с направлением из центра на вершину выступа естественным обра­ зом распадается на два расчетных сечения, которые более пра­ вильно отражают фактическую жесткость углового участка кон­ тура по условиям передачи силового потока.

159