Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 51
Текст из файла (страница 51)
6.12 представлен стальной коленчатый вал форсированного тепловозного двигателя.В стальных коленчатых валахпротивовесы устанавливаются нашпильках. Переход на стальные валы с установкой противовесов накаждой щеке обеспечивает полноеуравновешивание сил инерциивращательных масс, их общих иместных моментов, что уменьшаетнагрузки на коренные шейки иподшипники. Для снижения удельных нагрузок на подшипники увеличивают их диаметр и длину.
Первое предпочтительнее, так как неповышаются напряжения при изгибе, и возрастает перекрытие шеек,что повышает выносливость коленчатого вала. На прочность коленчатых валов существенное влияниеоказывает несоосность коренныхопор. Так, ступенчатость расточкисмежных коренных опор тепловозных двигателей 0,14 мм снижает запас прочности чугунного коленчатого вала на 25 %. Различная степень изнашивания вкладышей приводит к росту нагрузок и преждевременному усталостному разрушениювалов. Конструкторские мероприятия должны быть направлены науменьшение концентрации напряжений (увеличение радиусов галтелей, расположение смазывающихотверстий в ненапряженных зонахвала).
Существенно повысить прочность можно с помощью упрочнения поверхностей галтелей обкаткой роликом, а также азотированием поверхности вала. Азотированиеколенчатых валов тепловозных двигателей повышает их выносливостьРис. 6.12. Стальной кованый коленчатый вал форсированного тепловозного двигателя2426.2. Относительные размеры элементов колена вала тепловозных, среднеоборотныхстационарных и судовых двигателейДвигательdDd1Dlшшdlкшd1bD0,6–0,80,6–0,90,660,510,3–0,5hDrbЧетырехтактные дизели:рядныйVобразный1,45–2,0 0,06–0,10,71–0,79 0,85–0,96 0,63–0,71 0,36–0,41 0,21–0,29 1,16–1,41Двухтактные дизели:рядный с противоположно движущимися поршнями0,830,990,630,430,311,7–Vобразный0,711,090,60,310,21,47–на 20–25 % и износостойкость шеекв 2–3 раза.
Эффективна и менеедлительная изотермическая закалка в жидких средах или закалка токами высокой частоты. В табл. 6.2приведены соотношения между основными геометрическими размерами коленчатых валов СОД.Сохранение прочности коленчатого вала в течение длительнойэксплуатации тепловозного двигателя связано с обеспечением высокой работоспособности подшипников, чему способствует применениеизносостойких покрытий и устранение причин, вызывающих несоосность опор вала.Коленчатые валы более крупныхСОД с форсированием по давлениюнаддува и максимальному давлениюpz цикла изготавливаются из стали.От валов из низколегированной стали переходят к валам, выполненным из высоколегированной стали.С целью улучшения уравновешенности и работоспособности подшипников валы подвесного типаимеют противовесы, как правило,на всех щеках коленчатого вала.Коленчатые валы малооборотных судовых двигателей (МОД) изготавливаются из стали.
Новые поколения малооборотных двухтактных двигателей относятся к длинноходным, что оказывает влияниена конструкцию их коленчатых валов. В крупных МОД применяютсясоставные валы, состоящие из двухи более частей, соединяемых жесткими фланцами. Составные коленчатые валы (рис. 6.13, а) состоят изотдельных стальных шеек и отлитыхиз стали щек, соединенных запрессовкой.
Запрессовку осуществляютРис. 6.13. Колена валов судовых малооборотных двигателей2436.1.2. Способы повышенияпрочности коленчатых валовФорма колена должна обеспечивать возможно более равномерное распределение напряженийпо сечениям его отдельных элементов.Щека может быть разгружена отповышенных напряжений в местесопряжения с шейкой.Прочность коленчатых валовможет быть повышена оптимизацией геометрии элементов колена сулучшением распределения напряжений в сечениях вала, а такжеприменением материалов и способов обработки, способствующихповышению предела выносливости. Особенно важно снижение напряжений в зонах концентрации (вместах расположения отверстийдля смазывания и в местах сопряжений щек и шеек).Одной из причин неравномерного распределения напряженийпо частям колена является резкоеизменение направления нейтральной оси при переходе от шеек кщекам (рис. 6.15).Смещение нейтральной оси обусловливает увеличение напряженияпри сгущении линий силового поля, что аналогично изгибу кривогобруса, когда при уменьшении внутреннего радиуса кривизны повышаРис.
6.14. Коленчатый вал малооборотного двухтактного двигателя (масса кривошипа 4365 кг)с помощью нагрева (200–250 °С) и1 öæ 1при натяге ç÷, что обеспеè 800 1000 øчивает необходимую плотность соединения.Иногда шатунную шейку и щеки отливают как одно целое. В этомслучае вал называют полусоставным (рис. 6.13, б).При изготовлении коленчатыхвалов отечественных МОД применяется метод электрошлакового литья. На рис. 6.14 показан фрагментколенчатого вала МОД, изготовленного на Брянском машиностроительном заводе с помощью электрошлакового переплава.Соотношения между основнымигеометрическими размерами коленчатых валов малооборотных двухтактных рядных судовых двигателейследующие.dDd1Dlшшdlкшd1bDhDrb0,6–0,750,6–0,80,5150,70,45–0,530,9–1,10,05–0,07Диаметр отверстий в шатунныхшейках составляет (0,4–0,5)d, в коренных шейках – около 0,2d.
Система сверлений служит для подачимасла к мотылевым (шатунным)подшипникам. Внутренние полости в коренных и шатунных шейкахзакрываются заглушками.ются напряжения на внутреннейстороне бруса. При изгибе коленатакже повышаются напряжения прикручении.При одинаковых радиусах галтели предел выносливости длясопряжения шейки со щекой на20–25 % меньше, чем для такого244где напряжения наибольшие, т.е. ущеки.Иногда в форсированных двигателях для уменьшения концентрации напряжений делают углубления(рис. 6.17, б), но только в том случае, если щека практически не ослабляется.
Тогда может быть увеличен радиус галтели без сокращениярабочей длины шейки. Углубление,сделанное в шейке (рис. 6.17, в), моРис. 6.15. Положение нейтральной оси при изжет значительно ослабить вал в зонегибе коленаконцентрации напряжений.Смещение полости в шатуннойже сопряжения соосных валовшейке от оси вала способствует перазных диаметров с соотношерераспределению силовых линий иниями элементов, показаннымиуменьшению напряжения изгиба вна рис. 6.16.галтели. В результатепределвыносливостиможет быть повышен на10–15 % и более.
Ширина и толщина щеки, атакже диаметр коренной шейки (как наружный, так и внутренний)оказывают влияние нараспределение напряжений в элементах коРис. 6.16. Сопряжение элементов соосного вала и вала солена. Величина наищекойбольших напряженийзависит от расположеВ случае применения в валахния облегчающей полости в шатундвигателей наклонных щек распреной шейке.деление напряжений улучшается.Значительное повышение прочТакую конструкцию применяли вности достигается при сочетаниидвигателях малой мощности, у кополых шеек с широкой щекой, осоторых давление на опоры невеликобенно если полость в шатуннойи отсутствовали промежуточныеопоры.
При наличии наклоннойщеки и промежуточных подшипников расстояние между осями цилиндров увеличивается.Для повышения прочности вместах перехода шеек в щеки следует увеличивать радиусы галтелейсопряжения. Целесообразно опиРис. 6.17. Виды галтелей:сывать галтель несколькими радиуа – с несколькими радиусами; б, в – с угсами (рис. 6.17, а). Больший радиуслублением соответственно в щеку 1 и шейR3 соответствует той части галтели,ку 2245Рис. 6.18.
Влияние перекрытия шеек на прочность при изгибе коленчатого валашейке имеет бочкообразную форму. В данном случае уменьшаетсяконцентрация напряжений окологалтели.Большое перекрытие D шеек(см. рис. 6.8) в значительной степени повышает предел выносливостипри изгибе.Однако влияние перекрытия напрочность заметно только после определенного предела, как это видноиз зависимости на рис. 6.18, построенной на основе экспериментальных исследований валов форсированных быстроходных двигателей.Большое влияние на прочностьвала оказывает расположение в шатунной шейке масляного канала.Эпюра действительных касательных напряжений t¢ кручения имеетовальную форму с максимумом вплоскости колена (рис.
6.19) в отличие от эпюры номинальных напряжений t.Вследствие этого отверстие дляподачи масла рационально располагать под углом, близким к 90° (или270°) к оси щеки. Как показалипроведенные эксперименты, пределвыносливости при кручении коленчатого вала в случае расположениямасляного канала под углом g = 90°повысился на 11 % по сравнению спределом выносливости при g = 30°и на 15 % по сравнению с пределомвыносливости при g = 0°.Рассмотренные выше меры поповышению прочности значительно проще реализовать на литых валах. Литому валу (см. рис. 6.11) может быть придана рациональнаяформа в отношении равномерногораспределения напряжений и повышения выносливости.Положительный результат, какуказывалось выше, получается приуменьшении толщины щеки в средней части и при удалении материалав местах наибольшей напряженности, в результате чего внутренниесилы передаются в основном черезбоковые части щек.
В случае применения полых шеек улучшается распределение напряжений по ширинещеки. В сплошных шейках максимальные напряжения в галтели возникают в средней плоскости колена. При рассверливании отверстийв шейках максимумы напряжений вщеке смещаются. В данном случаеполучаются два максимума в точках, расположенных симметричноотносительно оси щеки.Внешнюю галтель во входящемугле и место перехода бочкообразРис. 6.19.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
