Расчет коленчатых валов поршневых двигателей на выносливость с учетом податливостей опор и колебаний

• Автор: Трифонов, Юрий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 140 с. : ил.

ГЛАВА 1. Методы расчета на выносливость коленчатых валов
1.1. Обзор работ по расчету коленчатых валов на прочность
1.2. Концентрации напряжений в коленчатых валах
1.3. Применение метода конечных элементов при расчетах коленчатого вала
1.4. Обзор работ по исследованию колебаний коленчатого вала
1.5. Выводы, цели и задачи диссертационной работы
ГЛАВА 2. Методика расчета коленчатого вала на выносливость
2.1. Расчет по неразрезной схеме с использованием конечных элементов
2.2. Расчетное определение теоретических коэффициентов концетрации напряжений
2.3. Влияние абсолютных размеров детали (масштабный фактор)
2.4. Влияние состояния поверхности и упрочнения
2.5. Расчет дополнительных напряжений от крутильных колебаний
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ РАСЧЕТА ВЫНОСЛИВОСТИ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
3.1. Интерфейс программы и ввод исходных данных
3.2. Общая информация
3.3. Компоновочная схема
3.4. Свойства материалов
3.5. Массы элементов расчетной схемы
3.6. Податливость опор
3.7. Геометрия колена вала
3.8. Рабочий процесс
3.9. Коэффициенты концентрации

3.10. Данные для расчета крутильных колебаний
3.11. Результаты расчета, выполненного по программе КУАЬ
ГЛАВА 4. Расчет коленчатого вала на выносливость с учетом резонансных крутильных колебаний
4.1. Расчет коэффициентов концентрации напряжений в коленчатых валах транспортных двигателей
4.2. Определение крутильной жесткости колена вала
4.3. Расчет на выносливость коленчатого вала двигателя 16ЧН26/26
на номинальном режиме
4.4. Расчет коленчатого вала двигателя 16ЧН26/26 на выносливость
с учетом крутильных колебаний
Заключение
Основные результаты и выводы
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Список обозначений и сокращений
Основные обозначения
п - частота вращения, об/мин;
7? - радиус кривошипа, м;
5 - ход поршня, м;
О - диаметр цилиндра, м; а - угол поворота коленчатого вала, град;
<1 - наружный диаметр шатунной шейки, м; с1т - внутренний диаметр шатунной шейки, м;
<7, - наружный диаметр коренной шейки, м;
- внутренний диаметр коренной шейки, м; па - коэффициент запаса прочности от действия нормальных напряжений; п7 - коэффициент запаса прочности от действия касательных напряжений; п - общий запас прочности;
сд,, гч - пределы выносливости при симметричном цикле, МПа; сг0, т0 - пределы выносливости при пульсирующем (отнулевом) цикле, МПа;
К - эффективный коэффициент концентрации напряжений
(] - коэффициент чувствительности металла к концентрации напряжений;
а - теоретический коэффициент концентрации напряжений;
у/ - коэффициент чувствительности материала вала к асимметрии цикла;
сга, га - амплитудные номинальные напряжения, МПа;
От, тт - средние номинальные напряжения, МПа;
Сокращения ДВС - двигатель внутреннего сгорания;
КШМ - кривошипно-шатунный механизм;
НДС - напряженно-деформированное состояние;
МКЭ - метод конечных элементов;

нородной упругопластической деформации в зоне контакта детали и цилиндрического (или сферического) инструмента (ролика, шарика и т.п.) или рабочего тела (дроби).
При термической обработке в поверхностных слоях детали возникают остаточные напряжения. Сжимающие остаточные напряжения могут быть созданы путём быстрого охлаждения после нагрева до температуры ниже критической (например, при нагреве деталей из конструкционных сталей до 600°С и охлаждения в воде).
Экспериментальные исследования показали, что сжимающие остаточные напряжения после термической обработки повышают сопротивление усталости деталей без концентраторов напряжений на 10-30% и на 50-80% деталей с концентраторами напряжений.
При поверхностной закалке токами высокой частоты в поверхностных слоях обычно создаются сжимающие остаточные напряжения, повышающие сопротивление усталости деталей с концентрацией напряжений (на 70-200% при наличии посадки с натягом).
В зонах обрыва закалённого слоя, например в галтелях валов, возникают остаточные напряжения растяжения, сопротивление усталости в этих местах снижается на 20-30%. Эти зоны после поверхностной закалки необходимо упрочнять (роликом или дробью).
Сжимающие остаточные напряжения в поверхностных слоях деталей образуются при цементации, азотировании и цианировании. Если при шлифовании поверхностей после химико-термической обработки не возникают остаточные напряжения (обычно растягивающие), то сопротивление усталости деталей возрастает.
Обработка дробью поверхностей, подвергнутых химико-термической обработке и последующему шлифованию, оказывает благоприятное влияние на несущую способность деталей при переменных нагрузках, так как стабилизиру-