Научные основы расчета и ускоренных испытаний деталей кривошипно-шатунного механизма тракторных дизелей на стадии проектирования

• Автор: Гоц, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.02.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Владимир
• Количество страниц: 362 с. : ил.

1. Повышение точности и достоверности расчетов деталей ДВС на стадии проектирования

1.1. Обеспечение достоверности расчетов деталей на стадии проектирования

1.2. Характеристика эксплуатационных режимов работы тракторных дизелей

1.3. Влияние на долговечность деталей ДВС неустановившихся режимов работы

1.4. Эксплуатационная надежность и анализ причин отказов деталей КШМ

1.4.1. Причины и виды разрушения коленчатых валов

1.4.2. Обеспечение надежности демпферов крутильных колебаний

1.5. Обзор работ по расчету основных деталей ДВС

1.5.1. Исследование напряженно-деформированного состояния коленчатых валов поршневых двигателей

1.5.2. Обзор работ по исследованиям концентрации напряжений в коленчатых валах

1.5.3. Обзор работ по методам расчета демпферов крутильных колебаний

1.5.4. Обзор работ по прогнозированию усталостной долговечности коленчатых валов
1.5.5. Краткий обзор работ по использованию конечноэлементных моделей
1.5.6. Анализ существующих методов ускоренных испытаний деталей ДВС на долговечность
1.6. Основные задачи исследования

2 Разработка моделей силового нагружения и усталостного разрушения при расчете деталей ДВС
2.1 Моделирование внешних скоростных характеристик
двигателей на стадии проектирования
2.2. Моделирование регуляторных характеристик дизелей
^ на стадии проектирования
2.3. Моделирование показателей цикла двигателя на стадии
проектирования по внешней скоростной или регуляторной характеристике
2.4. Аналитическое определение нагрузок на детали КШМ
^ на неустановившихся режимах
2.5. Модели усталостного разрушения при многоосном
(многокомпонентном) напряженном состоянии
2.6. Анализ конструктивных параметров коленчатых валов

£ 2.7. Математические модели коэффициентов, необходимых
при расчетах усталостной долговечности коленчатых валов ДВС
2.7.1. Эмпирические зависимости для определения коэффициентов концентрации напряжений в галтели при переходе от щеки в шейку
2.7.2. Математические модели коэффициентов, учитывающих
концентрацию и неравномерность распределения напряжений в шейках коленчатых валов
2.7.3. Определение коэффициентов, учитывающих влияние
ф абсолютных размеров детали
2.7.4. Определение коэффициентов, учитывающих состояние
поверхности
2.7.5. Определение коэффициентов, учитывающих влияние
постоянной составляющей цикла напряжений

2.7.6. Оценка достоверности коэффициентов связи в приведенных математических моделях
2.8. Выводы по главе
3 Демпфирование крутильных колебаний коленчатых валов ДВС
3.1. Исследование крутильных систем автомобильных и
^ тракторных двигателей
3.2. Методика расчета вынужденных колебаний в многомассовой крутильной системе коленчатого вала ДВС от полного спектра крутящего момента
3.2.1. Разработка математических моделей для расчета кру-
% тильных колебаний
3.2.2. Методика и алгоритм расчета набегающего крутящего
момента ДВС
3.2.3. Выбор оптимального коэффициента демпфирования и коэффициента жесткости упругого слоя демпферов
^ внутреннего трения
3.3. Методика расчета вынужденных колебаний в многомассовой крутильной системе коленчатого вала ДВС с
демпфером
3.4. Методика расчета приведенной двухмассовой системы
коленчатого вала ДВС
^ 3.5. Расчет конструктивных параметров демпферов крутильных колебаний
3.5.1. Определение демпфирующих свойств и коэффициента
жесткости резинового слоя
3.5.2. Определение вязкости силиконовой жидкости при изЦ менении градиента скорости сдвига и температуры
3.5.3. Расчет параметров демпферов крутильных колебаний
внутреннего трения
3.5.4. Расчет оптимального момента трения жидкостного
демпфера
висит не только от сил и моментов, действующих в пределах каждого пролета, а также упругой податливости и несоосности опор. Расчет коленчатых валов по разрезной схеме [136, 230] как рамной системы совершенно не учитывает условия нагружения вала при установке его в блок-картер, так как нагрузка в пределах одного колена вызывает деформацию всего коленчатого вала. Коленчатый вал в действительности представляет собой пространственную, статически неопределимую систему на упругих опорах с различной жесткостью отдельных участков
Существующие методы раскрытия статической неопределимости коленчатых валов, основанные на замене их пространственной рамной системой [238, 252, 254], приводят к весьма сложному и громоздкому решению, которое в то же время приближенно. Замена в пределах колена коренных и шатунных шеек, а также щек системой стержней, жестко соединенных в узлах, является приближенной расчетной схемой, потому что для стержня длина должна значительно превышать размеры поперечного сечения, чего не бывает в реальной конструкции. Вместе с тем, в работах [157, 178, 179, 216, 279] показано, что распределение усилий в элементах многоопорного коленчатого вала в значительной мере определяется характеристиками опор: их податливостью, отклонением от соосности, величиной радиальных зазоров. Поэтому С.М. Захаров [156, 157], И.Л. Пиранер [216] дают рекомендации по рациональному использованию различных расчетных схем с учетом податливости коренных опор.
В.Е. Фрадин [157] приводит описание деформационного метода расчёта КВ четырёхцилиндровых двигателей, принятого на Минском моторном заводе. Метод позволяет исключать из расчёта ту коренную шейку, которая в данный момент оторвана от опоры. При этом учитывается влияние зазоров, эксцентриситет расточки вкладышей, биение шеек вала, несоосность и податливость опор. Приводится анализ работы КВ четырёхцилиндровых двигателей, выпускаемых заводом. Этот метод может быть использован только для дизелей ММЗ.
Много работ посвящено расчету на прочность КВ судовых двигателей. Однако не вся теория, используемая в этих источниках, может быть перенесена