Диссертация (1026217), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

Типичные формы искажения профиля юбки поршня L dx2x 0 h ( x) x dxdx p( x)  6 v  L 3 2 , dx 0 h ( x) 0 h ( x)  0 h 3 ( x)где L=l (см. Рисунок 2.11) -длина участка интегрирования.(2.15)81Для осуществления решения вводили обозначения для интегралов и ихгрупп, входящих в правую часть выражения (2.15):,,Для каждой модели выполняли расчет погонной ГНС (ГНС, отнесенной кединице ширины юбки поршня и имеющей таким образом размерность Н/м), обозначаемой далее по тексту ПГНС, осуществляемый как для прямого (на Рисунке2.13 - в направлении оси Х), так и для обратного ходов поршня:LP   p( x)dx.(2.16)0После этого оба значения ПГНС суммировали.

Такой, ранее не применявшийся, подход позволил оценить не только частичную, но и полную картину работы профиля юбки на обоих ходах поршня.Ниже приведен порядок вычисления значения ПГНС для модели 0 (Рисунок2.13), т.е. для модели исходного, недеформированного бочкообразного профиляюбки поршня с целочисленными шаго-высотными параметрами (Рисунок 2.14).Рисунок 2.14. Целочисленное задание значений шаго-высотных параметровисходного недеформированного бочкообразного профиляОпирающаяся на Рисунок 2.14 система уравнений (2.17) описывает в безразмерной форме профиль зазора «юбка поршня –цилиндр» согласно модели 0 вкоординатах h-x для трех сопряженных участков профиля на отрезках длины 0-2;2-4 и 4-6 соответственно:822; ∈ 0, 21; ∈ 2, 4 ,1. ∈ 4, 6(2.17)Исходя из Рисунка 2.12 находили значение интеграла I2(x) для каждого участка длины профиля (верхний индекс при I2(x) обозначает номер участка длиныпрофиля: 1, 2 и 3 соответственно)12442441;21;241;3;4426|11231444325,4.Система уравнений (2.18) описывает величину интеграла I2(x) для указанных выше трех участков длины профиля:1; ∈ 0, 2 1; ∈ 2, 4 ,5.

∈ 4, 6(2.18)Аналогично приведенной выше процедуре были найдены значения интеграла I3(x) для каждого участка длины профиля 1, 2 и 3:128244483;23;4|24;4426;121141821144215;47.2Система уравнений (2.19) описывает величину интеграла I2(x) для указанных выше трех участков длины профиля:,,,∈ 0, 2 ∈ 2, 4 ,∈ 4, 6(2.19)Получив, необходимые значения интегралов, находили величину С:.Подставляя полученные выше выражения для I2(x), I3(x) и С в выражение(2.15), получали систему уравнений, описывающих распределение гидродинамического давления масла в зазоре по трем участкам профиля согласно модели 0(2.20):;6; ∈ 0, 2 ∈ 2, 4 , ∈ 4, 6(2.20)84Вид расчетного распределения гидродинамическое давление моторногомасла в зазоре на полной длине профиля от 0 до 6 для модели 0 указывает на наличие областей отрицательного и положительного и давлений (Рисунок 2.15):Рисунок 2.15. Распределение безразмерной (функции гидродинамическогодавления смазочного материала в зазоре по длине недеформированногопрофиля юбки поршня (модель 0)После интегрирования выражения (2.20) и отбрасывания (в соответствии визвестным правилом Зоммерфельда) отрицательной составляющей гидродинамического давления получили нижеприведенное значение ПГНС профиля согласномодели 0 для прямого хода поршня.66171437373272632724 |422|57570,273 ∙ 6.Согласно расчетной схеме для модели 0 (Рисунки 2.13 и 2.14) ее профильимеет симметричный вид, поэтому для обратного хода по определению получаемто же самое значение ПГНС:0,273 ∙ 6.Процедуры нахождения величин ПГНС для моделей 1, 2, 3 сходны с вышеописанной для модели 0, поэтому в целях исключения загромождения основноготекста математическими выкладками последние вынесены в Приложение А к диссертационной работе.85Таблица 2.5.Значение ПГНС∙ 6для типичных моделейпрофиля юбки поршняТип (номер)Прямой ходОбратныйСуммарноемоделипоршняход поршнязначение00,2730,2730,54610,1320,1320,26420,0670,4670,53430,0420,2580,300Из результатов анализа всех четырех моделей, приведенных в Таблице 2.5,видно, что модель 0, у которой отсутствует деформации исходной геометриипрофиля, имеет наилучшее значение суммарной ПГНС P (без учета множителя6µV, одинакового для всех моделей) на прямом и обратном ходах поршня.

Крометого, можно заметить, что нежелательное искажение профиля реализованное вмодели 2 приводит к росту значения P более чем в 2 раза на обратному ходе посравнению с моделью 0, однако на прямом ходе деформация обусловливает значительное падение ПГНС. Таким образом, деформация профиля юбки поршняимеет различное влияние на ПГНС при прямом и обратном ходах последнего (т.е.может вызывать как увеличение, так и снижение ГНС юбки поршня). Этот важный результат дополнительно указал на целесообразность проведения теоретического исследования для обоих ходов поршня и важность согласования профиля сособенностями кинематики поршня.862.4 Выводы по второй главе1.

В результате применения принципа согласования получены рациональные значения шаго-высотных параметров бочкообразных профилей юбки опытного поршня и рабочей поверхности поршневого кольца для малоразмерного быстроходного дизеля ТМЗ-450Д, а также выявлена рациональная зона нанесениямикрорельефа на внутренней поверхности его цилиндра.2. Результаты выполненного гидродинамического анализа позволили теоретически показать, что искажения исходного бочкообразного профиля юбки поршня однозначно приводят к падению гидродинамической несущей способности наобратном и прямом ходах поршня, что создает риск нарушения режима гидродинамической смазки сопряжения «юбка поршня-цилиндр» и приводит к росту механических потерь на трение в течение соответствующих этим ходам наиболеенагруженных тактов «Сжатие» и «Рабочий ход».3.

Решение проблемы падения гидродинамической несущей способностипридеформациипоршняследуетискатьнапутиконструкционно-технологического устранения причин, вызывающих искажения исходного профиля юбки, при этом одним из наиболее перспективных способов реализации этого подхода может быть повышение жесткости юбки поршня.4. Характер влияния входных величин конструкции и режима работы ДВСна условное давление трения указывает на доминирующее влияние температурымоторного масла и скоростного режима, а также превалирование смешанного, сочетающего в себе черты гидродинамического (в большей мере) и граничного (вменьшей) режимов трения в смазываемых подвижных сопряжениях рассматриваемых двигателей, что позволяет считать рациональное профилирование и маслоснабжение трущихся поверхностей деталей ЦПГ эффективными средствамиснижения общих механических потерь ДВС.87 ГЛАВА 3.

РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СНИЖЕНИЯМЕХАНИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ЦПГ ДВС3.1 Результаты моделирования деформации юбки поршняЗадачей данного исследования является повышение надежности работыпоршня за счет снижения напряжений, деформаций, механических потерь и износа его юбки.На основе результатов и выводов, полученных в Главе 2 данной работы,был предложен опытный поршень с юбкой повышенной жесткости. Эффект повышения жесткости достигается тем, что опытный поршень содержит бобышки сторцовыми поверхностями, перпендикулярными оси бобышек, неразрезную юбкуи ребра жесткости, при этом на внутренней поверхности юбки по обеим ее сторонам относительно плоскости, проходящей через ось поршня и ось бобышек, попарно выполнены ребра жесткости, ориентированные параллельно плоскости,перпендикулярной оси бобышек (Рисунок 3.1).Согласно Рисунку 3.1 предлагается три варианта конструкционного исполнения ребер жесткости:1) во внутренней полости юбки выполнена одна пара ребер жесткости напротиволежащих внутренних сторонах юбки в плоскости, проходящей через осьпоршня перпендикулярно оси бобышек;2) две пары ребер жесткости расположены напротив бобышек в зонах, ограниченных плоскостями, проходящими перпендикулярно оси бобышек черезточку сопряжения каждой бобышки с внутренней поверхностью юбки и торцовуюповерхность бобышки;3) часть или все ребра жесткости составляют одно целое со стенками бобышек. 88 Рисунок 3.1.

Поперечный и продольный разрезы предлагаемых вариантовисполнения конструкции 89 Согласно Рисунку 3.1 предлагаемый поршень содержит бобышки 1, неразрезную профилированную снаружи юбку 2, на внутренней поверхности которойпо обеим сторонам относительно плоскости, проходящей через ось поршня и осьбобышек, попарно выполнены ребра жесткости 3, ориентированные параллельноплоскости, перпендикулярной оси бобышек. Количество и расположение по окружности внутренней поверхности юбки ребер жесткости выбирается в зависимости от размерности ДВС (диаметра и хода поршня), уровня его форсированности,а также может определяться другими конструкционно-технологическими соображениями, принимаемыми во внимание в каждом конкретном случае, но должнобыть, по крайней мере, не менее двух (одной пары ребер жесткости): в этом случае выполняется по одному ребру жесткости на каждой из противолежащих внутренних сторонах юбки в плоскости, проходящей через ось бобышек и ось поршня(Вариант 1).Допускается также расположение ребер жесткости напротив бобышек, т.е.

взоне внутренней поверхности юбки, которая (поверхность) ограничена плоскостями, проходящими перпендикулярно оси бобышек через точку сопряжения бобышки с внутренней поверхностью юбки (основание бобышки) и свободную поверхность (торец) бобышки (Вариант 2).Возможным и, как показали результаты моделирования, наиболее эффективным является в ряде случаев размещение ребер жесткости по Варианту 2, носо смыканием ребер жесткости с бобышками: в этом случае стенка каждой издвух бобышек составляет с обращенными к ней ребрами жесткости одно целое,что значительно повышает жесткость юбки поршня (Вариант 3).Положительный эффект предлагаемого технического решения состоит втом, что, в отличие от серийного поршня, повышение жесткости, а, следовательно, снижение искажения профиля образующей юбки поршня распространяется навсю ее осевую высоту Lю, при этом одновременно достигается благоприятноесближение (вплоть до совпадения) координаты Хц.м.

Характеристики

Список файлов диссертации