Влияние упругих деформаций кривошипной головки шатунов на гидромеханические характеристики шатунных подшипников тепловых двигателей

• Автор: Родин, Сергей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 151 с. : ил.

# ВВЕДЕНИЕ

Глава первая

ШАТУНЫ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ КАК ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Конструктивные особенности шатунов

1.2. Модели расчета напряженно-деформированного состояния шатуна

1.3. Место упругогидродинамической теории смазки в оценке напряженно-деформированного состояния шатунов
1.4. Современное состояние упругогидродинамической теории смазки шатунных подшипников тепловых двигателей

1.5. Постановка задач исследования

Глава вторая

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ДЕФОРМАЦИЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРЕНИЯ КРИВОШИПНОЙ ГОЛОВКИ ШАТУНА

# 2.1. Определение действующих на шатун нагрузок

2.1.1. Распределение массы шатуна
2.1.2. Расчет инерционных нагрузок методом конечного элемента
2.1.3. Особенности расчета сил инерции шатуна при У-образной схеме кривошипно-шатунного механизма с прицепным шатуном
2.1.4. Тестовая задача

2.2. Расчет деформаций кривошипной головки шатуна от поверхностных и инерционных нагрузок
2.3. Оценка влияния сил инерции на величину деформаций поверхности трения кривошипной головки шатуна
2.4. Условия закрепления конечно-элементной модели шатуна
2.5. Методы корректирования деформаций поверхности трения шатунного
# подшипника
2.6. Сравнительные результаты применения методов корректирования и выводы

Глава третья
МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ УПРУЕОЕИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ЗАДАЧИ • СМАЗКИ ШАТУННЫХ ПОДШИПНИКОВ
3.1. Исходная система уравнений упругогидродинамической задачи смазки шатунных подшипников
3.2. Схема решения упругогидродинамической задачи смазки
3.3. Сравнение результатов решения тестовой задачи расчета шатунного
^ подшипника КиЫоп&НотяЬу с известными результатами
3.4. Результаты расчета напряженно-деформированного состояния шатунов
3.4.1. Исходные данные и критерии оценки напряженно-деформированного состояния шатунов
3.4.2. Сравнительный анализ результатов расчета
3.4.3. Практические рекомендации и выводы
Глава четвертая
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УПРУГОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ ШАТУННЫХ ПОДШИПНИКОВ И ПРИМЕРЫ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
4.1. Общая характеристика программного комплекса «Упругость»
4.2. Результаты расчета гидромеханических характеристик шатунных подшипников коленчатого вала двигателей российского производства
щ 4.3. Совершенствование конструкции шатуна двигателя КамАЗ
4.4. Возможности модернизации комплекса программ «Упругость»
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
Повышение технико-экономических показателей тепловых двигателей требует решения ряда сложных задач, одна из которых заключается в необходимости обеспечения режима жидкостного (гидродинамического) трения одного из наиболее нагруженных трибосопряжений «шатунная шейка-подшипник», а также снижения механической напряженности деталей кривошипно-шатунного механизма (КШМ) и, в частности, шатунов. Исходя из этого, задачи достоверной оценки гидромеханических характеристик шатунного подшипника (мгновенных значений минимальной толщины смазочного слоя и поля гидродинамических давлений, потерь на трение, расходов смазки, температуры смазочного слоя), а также напряженно-деформированного состояния (НДС) шатуна, результаты решения которых в конечном итоге используются для оценки совершенства конструкции КШМ и его ресурса, остаются актуальными.
Расчет НДС шатуна может быть выполнен с использованием различных математических моделей, отличающихся полнотой отражения в расчетной схеме особенностей его геометрии, условий нагружения, свойств материала и т.д. Основным резервом повышения достоверности современных методик расчета НДС шатунов произвольной формы является применение метода конечного элемента (МКЭ) в совокупности с использованием в качестве действующих на кривошипную головку нагрузок эпюры гидродинамических давлений в смазочном слое сопряжения «шатунная шейка-подшипник».
Величину гидродинамических давлений необходимо находить решением упругогидродинамической (УГД) задачи смазки шатунного подшипника. Это позволяет учитывать влияние на его гидромеханические характеристики упругих деформаций поверхностей трения, которые будучи рассчитанными с учетом деформаций, существенно отличаются от характеристик жесткого подшипника. Решение УГД задачи осложняется тем, что величина деформаций сопоставима с зазором в трибосопряжении, что затрудняет сходимость решения двух взаимосвязанных задач: определения деформаций подшипника, а затем

Рис. 2.6. Характерные точки поверхности трения
О 90 180 —'*-Ф
Рис. 2.7. Величина относительной погрешности:
а) двигатель КамАЗ-740, плоская модель; б) двигатель КамАЗ-740, объемная модель; в) двигатель 8ДМ-21, плоская модель; — - а = 0°; - а = 90°.