Моделирование движения шатунной шейки вала в подшипнике с учётом деформации сопряжения "шатун - шатунный подшипник"

• Автор: Лопухов, Виталий Михайлович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 122 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1. Анализ методов расчёта траектории движения шатунной шейки вала в подшипнике и факторов, повышающих его точность
1.1 Анализ методов расчёта траектории движения шатунной шейки вала в подшипнике
1.2 Факторы, влияющие на точность расчёта шатунных подшипников
1.2.1 Неизотермическая задача
1.2.2 Зависимость вязкости масла от температуры и давления
1.2.3 Влияние конструктивных факторов и микрогеометрии трущихся поверхностей
1.2.4 Влияние деформации подшипника на траекторию движения шатунной шейки вала в подшипнике
1.3 Анализ методов учёта деформации трущихся поверхностей для расчёта шатунных подшипников
1.4 Выводы
2. Математическая модель расчёта траектории движения шатунной шейки вала в подшипнике
2.1 Построение траектории движения центра шейки вала в жёстком подшипнике
2.2 Поиск начальной точки расчёта
2.3 Определение вязкости масла
2.4 Построение векторной диаграммы действующих нагрузок
2.5 Угловые скорости вращения
2.6 Учёт деформации сопряжения "шатун - шатунный подшипник"
2.6.1 Построение конечно-элементного ансамбля
2.6.2 Определение матрицы жёсткости
2.6.3 Определение действующих усилий

2.6.4 Изменение радиуса кривизны подшипника
2.6.5 Расчет траектории движения шейки вала в упругом подшипнике
2.7 Построение эпюры давления в масляном слое
2.7.1 Интегрирование уравнения Рейнольдса
2.7.2 Распределение давления вдоль оси подшипника
2.7.3 Численное решение уравнения Рейнольдса
3. Численные исследования шатунных подшипников
3.1 Структура имитационной модели
3.2 Программное обеспечение "Траектория"
3.3 Результаты численных исследований траектории движения шатунной шейки вала в жёстком подшипнике дизеля Д440
3.4 Результаты численных исследований масляного слоя в зазоре шатунного подшипника дизеля Д440
3.5 Результаты численных исследований траектории движения шатунной шейки вала в упругом подшипнике дизелей Д440 и
3.6 Результаты численных исследований деформации сопряжения "шатун - шатунный подшипник"
4. Экспериментальное исследование шатунных подшипников
4.1 Измерение толщины масляного слоя
4.2 Измерение давления в масляном слое
4.3 Измерение температуры масляного слоя
Основные выводы
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
В общей проблеме повышения срока службы двигателей внутреннего сгорания первостепенное внимание уделяется подшипникам скольжения. И поэтому на всех этапах проектирования и доводки двигателя принимаемые проектные решения необходимо оценивать с учётом условий работы подшипников. В процессе создания новой конструкции выполняется большой объём расчётных и экспериментальных исследований по анализу работоспособности подшипниковых узлов.
Для двигателей внутреннего сгорания подшипники скольжения лимитируют работоспособность, долговечность и надёжность всей машины. Очевидно, что изменением некоторых конструктивных параметров, условий работы подшипника или улучшением его смазки удаётся повысить ресурс подшипника и всего изделия в целом.
В качестве подшипников коленчатых валов двигателей в подавляющем большинстве случаев используют гидродинамические подшипники скольжения. В подшипниках этого типа поверхности трения разделены тонким слоем смазки, передающим усилия от вала к опоре за счёт создания давления в масляном клине, возникающем при вынужденном течении вязкой смазки в зазоре. Если условия формирования слоя смазки таковы, что его несущая способность недостаточна для передачи усилий между валом и подшипником, режим трения становится граничным или возникает контакт между поверхностями трения. Нарушение режима жидкостного трения сопровождается повышенным износом рабочих поверхностей вала и подшипника, а их контакт может привести к ’’схватыванию” и задирам поверхностей. В связи с этим подшипники коленчатых валов необходимо проектировать таким образом, чтобы на установившихся режимах работы двигателя в них было обеспечено устойчивое жидкостное трение.

где Е-модуль упругости; р-коэффициент Пуассона;
1 и О - длина и диаметр шейки вала соответственно,
1Ш - расстояние от центра коренного подшипника до края шатунного.
Непосредственные расчёты стрелок прогиба шатунных шеек по формуле (1.3), выполненные для самых различных соотношений конструктивных размеров коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания средней и повышенной форсировки по наддуву, показывают, что максимальные погибы шеек в плоскости колена не превышают 2% от диаметрального зазора в подшипнике, т.е. относительно невелики. Такие же значения прогибов получены путём измерений на натурных коленчатых валах [21].
В то же время измерение диаметрального размера рабочей поверхности подшипника под действием сил инерции, растягивающих стержень шатуна, по данным экспериментов, достигает (а в некоторых случаях и превышает) 50% от диаметрального зазора. Таким образом, овализация шатунных подшипников четырёхтактных ДВС оказывается существенно (по крайней мере на порядок) больше, чем изгиб шатунных шеек. Это не означает однако, что во всех случаях можно пренебречь изгибными деформациями.
Поэтому в [7, 21, 26] делается вывод, что при решении задачи движения вала в подшипнике под действием переменной по величине и направлению силы, приложенной к валу необходимо решать задачу теории упругости, называемая в [26] контактной задачей теории упругости. Её необходимо решить для определения деформации поверхности под действием определённой эпюры давления.