Файл: Совершенствование основных узлов турбопоршневых двигателей..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.06.2024
Просмотров: 138
Скачиваний: 1
Система канонических уравнений восьмицилиндрового рядного двигателя (рис. 24, а—е) имеет вид
|
aXi -j- Х2 4~ ß * 3 тХ± - j- |
ф = |
0; |
|||||
|
Х1-(- |
' г |
уХ3гЬ /пХі |
ер = |
0, |
|||
|
ß ^ i "Ь уХ2-|- tiXз -j- гпХ^ - f |
<p = |
0, |
|||||
|
тХг -]- тХ2- f тХ3- f c2Q -|- |
£ = |
0, |
|||||
где |
|
й -f- 24е |
п |
а ßpp |
|
о. -\~ 18в |
||
а = |
^ т |
г " ’ Р = |
°>666; |
ю ~ |
|
lei ’ |
||
|
|
|||||||
|
п = |
Ü -}- 12в |
с = |
Q -{- б6 |
- ; т = |
л ООО |
||
|
18е~ |
- Щ |
0>333; |
|||||
|
Т = |
ß = 0,666; |
с р = ----- і = |
1 |
4а |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Xj=1
I |
I 1 |
Рис. |
24. Расчетная |
|
/ч |
схема |
опорного |
|
пояса |
блока вось |
|
|
|
мицилиндрового |
Б |
В |
С |
двигателя |
|
Ъ)
47
Коэффициенты а и е, как и в предыдущем случае, определяются по формулам
h |
; |
е |
h |
• |
I |
h |
Решив систему уравнений на ЭЦВМ, найдем моменты, дей ствующие на опорных лапах блока:
Х гаІ
Ма 2 ’
M6 = {X1 -\-X2) ^ r -,
м я = (X, + Х 2 + Х 3 + Х 4) |
- ± ; |
MB= (Ji + Z + X3) ^ - ;
М ^ і Х . + Хь + Х з + х 4) - |'- - 4 - .
Для перехода к абсолютным величинам моментов необходимо полученные значения умножить на величину вектора инерцион ных сил Р.
При наличии противовесов на коленчатом валу в системе уравнений коэффициенты при неизвестных не изменяются, при
ходится вновь найти только грузовые коэффициенты Д1р, Д2р. . .
в связи с изменением внешней нагрузки, учитывающей горизон тальные составляющие сил инерции противовесов.
Таким образом, подобная методика расчета номинального уровня напряжений в опорных лапах блока, не имеющего фунда ментной рамы, позволяет быстро провести расчет при наличии противовесов и без них, а следовательно, оценить эффективность их применения с точки зрения снижения напряженности нижней части блока.
Запас прочности сварных соединений остова
■Запас прочности сварных соединений остова следует вычислять по формуле, рекомендуемой С. В. Серенсеном [39]:
|
К |
q-lPsoß |
. |
(1) |
|
+ Фа^т) |
’ |
||
|
|
|||
где |
а_1р — предел выносливости материала остова на растя |
|||
|
жение при симметричном цикле; |
|||
|
сга и ат — соответственно |
амплитуда |
|
и среднее напряжение |
|
цикла; |
|
|
|
48
еа — масштабный фактор для сварных соединений;
ß— коэффициент, учитывающий влияние эффекта упрочнения на усталостную прочность соедине
ния; ка —-коэффициент концентрации напряжений в свар
ном соединении (табл. 3); Фа — коэффициент, характеризующий влияние асим
метрии цикла на сопротивление усталости; для рассматриваемого случая его значение может быть принято равным 0,25.
3. Эффективные коэффициенты концентрации напряжений для сварных соединений
Вид соединения |
!іо |
Эскизы образцов соединений |
Стыковые швы (по оси шва) с полным проваром корня шва
Стыковые швы с неполным про варом корня шва и при отсут ствии обратной подварки
Стыковые швы (в местах пере хода к сварным швам): при наличии обработки на плывов абразивным кру гом или специальной ша ровой фрезой ...............
1,0
2,5—3
l ; l
необработанные при доста точной плавности перехо да от шва к основному металлу
необработанные при смеще нии стыкуемых кромок на 0,26 при достаточной плавности перехода от шва к основному метал лу при прямом шве
необработанные при распо ложении .стыкового шва вдоль действующего уси лия
1,4 . .
о,2е
1,8
—*■
1,1 |
— jtQ T im iu i: — |
4 Е . А. Никитин |
49 |
Вид соединения
Соединения с присоединенны ми элементами
Соединения в тавр:
при отсутствии разделки кромок и провара по тол щине
при разделке кромок и на личии глубокого, но не полного провара
при полном проваре и плав ном очертании шва
Продолжение табл. 3
*0 Эскизы образцов соединении
f 3 |
_ |
P ---j--^ |
|
1,5
2,5—4
-et- -l->- —-t— ■t-—
1,1—1,7
1,0—1,1
П р и м е ч а н и е . М атериал изделия — стань СтЗ.
Сварные соединения рассчитывают по сварному шву или ос новному металлу в местах перехода к сварным швам в зависимости от категории ответственности шва. Практически в остове дизеля все ответственные швы отвечают требованиям I или II категории ответственности, которые строго регламентируют как внешние, так и внутренние дефекты; поэтому расчет выполняют по основ ному металлу в местах перехода к сварным швам (по переходной зоне).
При оценке запасов прочности, вычисленных на основании расчетных данных по напряженности блока, следует считать допустимыми значения запаса прочности п ^ 1,8. Указанное значение запаса прочности позволяет компенсировать погрешности расчета, рассеивание пределов выносливости для сварных соеди нений, а также влияние факторов, которые невозможно оценить или предусмотреть заранее: деформацию элементов блока от предварительной затяжки болтов (или шпилек) крепления крышки цилиндра к блоку, вызывающую постоянную составляющую напря-
50
Жений; остаточные напряжения после термообработки конструк ции [26].
В зоне высоких напряжений сварное соединение, если оно там необходимо, должно быть выполнено с минимальным коэффи циентом концентрации напряжений. Принимая величину послед него ka = 2 (с учетом возможных отступлений в неравномерности распределения напряжений), а запас прочности /?.т1п = 1,8, най дем соответствующий номинальный уровень напряжений:
--------- ---LH_______ .; |
n k a (ста + фоСХт ) = |
а _1р; |
^а (аа+ Фастт) ’ |
|
|
<*т — ИГ, Cfа |
= |
2,7 кгс/мм2. |
Следовательно, максимально допустимый номинальный уро вень напряжений для сварных соединений блоков
стнон = 2or« 5,4 кгс/мм2.
Следует отметить, что формула (1) годна для расчета соеди нений, не прошедших термообработку после сварки. Поэтому при использовании указанной формулы для расчета блоков, которые проходят обязательную термообработку, получают несколько заниженные запасы прочности. Однако, учитывая производствен ные условия, трудность контроля большого количества швов и в результате этого вероятность пропуска внешних дефектов, поль зоваться данной формулой можно.
Эффективным средством снижения максимальной концентрации напряжений в сварном соединении и повышения запаса прочности является применение поверхностного упрочнения переходной зоны методом пневматического наклепа или наклепа дробью по заданному режиму. По данным проведенных усталостных испы таний сварных образцов предел выносливости при этом повышается на 20—25%.
При использовании упрочнения дробью необходимо следить за составом дроби, не допуская содержания большого количе ства осколков (не более 20%). Поэтому следует применять дробь, изготовленную из стали, и непрерывно ее сепарировать.
Для предварительной оценки уровня напряженности остова от сил давления газов можно также рекомендовать отношение
где Fmn — минимальная площадь сечения отсека.
Как показывает опыт, эта (условная) величина довольно точно характеризует, общее напряженное состояние остова и колеблется для различных несущих конструкции в следующих пределах:
Двигатель |
............................... |
40 Д |
Д 42 |
GMC 16—498 |
|
Напряжение в кгс/см2 |
. . . |
500' |
460 |
390 |
|
4* |
51 |
Фактические напряжения в стойках блока будут ниже за счет влияния присоединенной жесткости соседних отсеков.
Представленный диапазон изменения напряжений согласуется с допустимым уровнем номинальных напряжений, определенных выше.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ И ПРОЧНОСТИ БЛОКОВ ЦИЛИНДРОВ
);Из-за трудности оценки фактического сопротивления разру шениям сварных соединений, применяемых в элементах остова, при конкретной технологии изготовления приходится проводить значительное количество экспериментальных исследований, ко торые помогают установить особенности распределения и величины максимальных напряжений в элементах блока цилиндров после его изготовления, монтажа и при работе на двигателе; определять предельные характеристики прочности по фактическому разру шению отдельных составных элементов, а также конструкции в целом (с выявлением ослабленных мест) при повышенном уровне испытательных нагрузок, приложенных по схеме основных уси лий в работающем блоке.
При исследовании напряжений широко используют метод электротензометрирования, включающий использование прово лочных датчиков сопротивления разных базовых размеров, уси лительную и регистрирующую аппаратуру.
I При исследовании статических напряжений, возникающих в блоке цилиндров, замеряют остаточные (внутренние) напряже ния, обусловленные принятым способом изготовления, и началь ные напряжения в элементах блока, вызванные заданными уси лиями затяжки болтовых соединений в процессе монтажа узлов при сборке двигателя.
Измерение остаточных напряжений приобретает особое значе ние при переходе на сварные конструкции блоков. Наибольшие напряжения после сварки в такой сложной и жесткой конструкции, как блок, часто достигают предела текучести применяемог о ма териала.
При исследовании остаточных напряжений методом тензометрирования в отличие от измерений других напряжений тре буется разрезать испытываемую деталь. Это обусловлено .самоуравновешенностью внутренних усилий и необходимостью разрезов для проявления их действия в виде деформаций освобождаемого участка с наклеенными на нем тензодатчиками.
Так как процесс испытаний при определении остаточных напряжений идет от нагруженного состояния к разгруженному, то после разрезки и измерения датчиками разности относитель ных деформаций их величины подставляют в формулы для под счета напряжений с обратным знаком.
52
