Файл: Эксплуатация корабельных двигателей внутреннего сгорания лекции..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 78
Скачиваний: 0
|
|
кгал/м^ч |
(3.8) |
где |
Q. - тепловой поток через |
поверхность детали, |
|
|
ккал/ч; |
г . |
|
|
$т - поверхность детали, м |
|
|
|
Тепловой поток может позволить при наличии дополни |
||
тельных данных оценить температуру поверхности. Однако
сам по себе тепловой поток еще не обеспечивает оценку теплового состояния, температурных напряжений и других
факторов, обусловливающих надежность и работоспособность
деталей. Надежность, работоспособность и долговечность
в условиях изменяющегося теплового режима дизеля может
характеризовать |
только комплекс показателей: |
|
I) |
температуры в характерных зонах деталей T-t |
|
или безразмерные параметры, представляющие |
отношения |
|
этих температур к предельно допустимым |
в данных |
|
зонах, |
|
|
|
|
(3.9) |
2) температурные напряжения (эи от перепадов температур, которые алгебраически суммируются с напря жениями от механических нагрузок, или безразмерные параметры, представлякщие отношения этих напряжений к предельно допустимым,
|
— |
<3pt +6f, |
(3.10) |
|
6 = ---р--- |
||
|
|
On-A-t |
|
3) |
величина |
зазоров в сопряженных деталях двигат |
|
ля или безразмерные параметры, представляющие отношения |
|||
этих зазоров к предельно |
допустимыми, |
|
|
(З.П)
57
§2. Возможные последствия превышений механических
нагрузок и косвенные показатели механической
напряженности деталей двигателя
Механическая напряженность двигателя характеризуется напряжениями, деформациями и удельными давлениями, воз
никающими в деталях при работе двигателя под влиянием
нагрузки. Непосредственное измерение напряжений или прямых показателей механической напряженности двигателя
трудно реализовать, поэтому для их оценки при различных
нагрузках в условиях эксплуатации могут быть использова ны косвенные показатели, по которым можно судить об изменении и достижении опасного предела механических
напряжений. Для установления косвенных показателей рас
смотрим силы, действующие на основные детали двигателя
во время его работы.
Остов двигателя во время работы подвергается дей ствию сил давления газов в цилиндре. Максимальная сила,
действующая на остов, определяется величиной максималь ного давления сгорания и прямо пропорциональна ему. Поэтому косвенным показателем механической напряженности остова является величина максимального давления сгора ния (максимальное давление цикла) p z .
На величину напряжений деталей крепления остова, анкерных связей, крышечных и силовых шпилек кроме pz действует сила предварительного затяга. Коэффициент запаса прочности этих деталей будет обратно пропорцио
нален p t . Чтобы не допустить перенапряжения деталей крепления остова, их затяжка должна выполняться строго
по инструкции с применением специальных динамометрических
ключей, гидравлических домкратов или путем контроля
удлинения шпилек.
Кроме нормальных монтажных нагрузок в деталях могут возникнуть дополнительные „усилия вследствие ошибок,
допускаемых при сборке. Особенно опасным является наличие
58
неперпендикулярности плоскостей гайки к оси шпильки или к опорной плоскости. Это вызывает значительные дополни
тельные напряжения изгиба.
Дополнительные напряжения в деталях остова, в анкер
ных и крышечных связях могут возникнуть также в результа те вибраций этих деталей или при деформациях корпуса
корабля.
Кривошипно-шатунный механизм (к. ш. м.) двигателя
работает под воздействием переменных циклических нагру
зок, и поэтому разрушение деталей носит усталостный
характер. Величины усталостных напряжений в деталях
зависят от амплитуд сил, действующих на детали движения.
Чтобы определить косвенные показатели механической на
пряженности к. ш. м..необходимо рассмотреть силы, дей
ствующие на его детали, а также влияние нагрузки и ре
жима роботы двигателя на характер циклического изменения сил.
На детали движения действует движущая сила |
Р, являю |
щаяся суммой сил, |
|
Р = Р г+ Р 3+ Р 0+ Ртр+ Р ь , |
(3.12) |
где Р г - сила давления газов; |
|
Pj - сила инерции поступательно движущихся масс
|
поршня и шатуна; |
Р 0 - сила атмосферного давления, действующего на |
|
|
поршень; |
Ртр- |
сила трения; |
Р 6 - |
сила веса поршня. |
Силами |
Р 0,Ртр ,РЬ можно пренебречь ввиду их не |
значительной величины и малой зависимости от режима
роботы двигателя. Таким образом, с достаточной точностью можно принять
P - P r + P j • |
(3 .13) |
Кроме того, на детали движения действуют центробежные
силы инерции вращающихся масс шатуна и коленчатого вала, а также силы, возникающие в результате крутильных коле
59
баний коленчатого вала. Однако основными силами, от кото
рых зависит изменение механической напряженности деталей
к.ш.м. во время эксплуатации двигателя, являются силы
давления газов и силы инерции поступательно-движущихся
масс. Рассмотрим графики изменения этих сил за один цикл для четырехтактного и для двухтактного дизеля.
Рис. 3.1. Изменение сил, действующих на поршень,
в течение рабочего цикла: а) четырехтактный двигатель; б) двухтактный двигатель
На рис. 3.1. даны графики изменения сил, действующих
за один цикл на поршень кривошипно-шатунного механизма
двигателя. Графики позволяют определить амплитуду движу щей силы Д Р . Из графиков имеем:
60
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
- для четырехтактного двигателя |
|
|
||||
|
дт}_ |
Pmax~ P m п_ Рх. . |
|
(з.ы; |
|||
|
- |
|
г |
г |
' |
|
|
|
- для двухтактного двигателя |
|
|
|
|||
|
А Р - |
W |
J L |
- M |
l |
|
(3.15) |
Запас прочности в щеке коленчатого вала по нормаль |
|||||||
ным напряжениям определяется выражением |
|
||||||
|
|
|
|
|
, |
|
(3.16) |
где |
|
|
«б |
|
|
|
|
с>а - амплитуда нормальных напряжений; |
|
||||||
|
- предел усталости при изгибе для симметричного |
||||||
|
цикла; |
|
|
|
|
|
|
|
кё - коэффициент концентрации нормальных напряже |
||||||
|
ний; |
|
|
|
|
|
|
|
Еб - коэффициент влияния абсолютных размеров. |
||||||
Так как амплитуда нормальных напряжений пропорщио- |
|||||||
нальна амплитуде движущей силы, формула для запаса |
|||||||
прючности примет вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
- для четырехтактного двигателя |
|
|||||
|
|
|
а |
|
|
|
(3.17) |
|
|
|
Р* |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
- для двухтактного двигателя |
|
|
||||
|
|
|
|
» |
|
|
(3.18) |
где |
а - коэффициент, учитывающий |
постоянные члены. |
|||||
|
Суммарная касательная сила |
|
|
является периоди |
|||
ческой функцией угла поворота вала. Период изменения |
|||||||
этой силы для четырехтактного двигателя равен |
» |
||||||
для двухтактного— -=г- ? где |
z |
- число цилиндров |
|||||
двигателя. Характер изменения суммарной касательной |
|||||||
силы |
определяет амплитуду касательных напряжений. |
||||||
61
|
|
|
Изменение силы |
|
|
||
|
|
|
по величине |
обусловли |
|||
|
|
|
вает |
неравномерность |
|||
|
|
|
крутящего момента, |
что |
|||
|
|
|
является причиной |
кру |
|||
|
|
|
тильных колебаний |
ко |
|||
|
|
|
ленчатого вала. На |
|
|||
|
|
|
рис. |
3.2 показано |
|
||
|
|
|
изменение суммарной |
||||
|
|
|
касательной |
силы |
за |
||
|
|
|
один период. На рисун |
||||
Рис. 3.2. Изменение суммарной |
ке видно, что |
|
|
||||
касательной |
силы дизеля за один |
t |
= t cp+ M v , |
(3.19) |
|||
|
период |
||||||
|
t* . =tCD-/&5. (3.20) |
||||||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
CP |
*• |
|
|
Из расчетов и опытных данных известно, что |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
(3.21) |
|
где |
t |
-t |
|
|
|
|
|
Дф = |
*№0IX. Zm- =0,2PZамплитуда касательной силы |
||||||
|
|
цилиндра; |
|
|
|
|
|
|
|
К\. - поправочный коэффициент:, |
|
||||
|
|
зависящий от числа |
цилиндров |
||||
|
|
и тактности двигателя. |
|
|
|||
Таким образом, амплитуда касательных сил и, следо
вательно, касательных напряжений также пропорциональна максимальному давлению сгорания р t . Запас прочности для касательных напряжений
|
rv — — "Ц;— |
, |
(3.22) |
|
|
х |
Г *i- |
|
|
|
|
Т<х Е* |
|
|
где |
предел усталости на |
кручение для симметрич |
||
|
ного цикла; |
|
|
|
|
<tn - амплитуда касательных напряжений; |
|
||
|
кг - коэффициент концентрации касательных напря |
|||
|
жений; |
|
|
|
|
Ет - коэффициент |
влияния абсолютных размеров. |
||
62