6 лр. (1095727)
Текст из файла
Лабораторная работа № 6 РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ЗАПАСА ПРОЧНОСТИ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ТРАКТОРНОГО ДИЗЕЛЯ Теоретическая часть Известно, что тракторные дизели большую часть времени эксплуатируются при неустановившихся режимах. Угловые ускорения коленчатого вала достигают значений 150...200 рад с 2, что приводит к существенному отклонению показателей дизеля от их значений при установившихся режимах [2, 4, 71. В частности, изменяется максимальная скорость нарас- тания давления в цилиндре по сравнению с установившимися режимами.
Это влияет на величину напряжений в деталях КШМ. На основе анализа данных по эксплуатационной надежности деталей КШМ установлено,что наибольшее количество поломок КВ происходит по щекам с очагом зарождения трещины в галтелях в месте перехода от шатунной шейки в щеку (в плоскости кривошипа) из-за высокой концентрации напряжений при изгибе.
Расчет коэффициентов запаса прочности для регулярного нагружения проводится с использованием таких параметров, как эффективные коэффициенты концентрации напряжений, масштабный фактор, коэффициент поверхностного слоя, коэффициент постоянных напряжений и др., которые, как правило, приводятся в виде графиков. Они не всегда могут быть использованы для расчета, например, КВ современных тракторных дизелей во всем диапазоне изменения конструктивных размеров и соотношений ввиду отсутствия данных.
Практическая часть В связи с вышесказанным целью данной лабораторной работы вы- ступает оценка напряженного состояния коленчатого вала трак- торного дизеля. В качестве примера выберем коленчатый вал двигателя Д145Т (рис. 6.1). Характери- стики коленчатого вала и мате- риала, из которого изготовлен Рис. 6.1. Модель исследуемого коленчатого вала вал, приведены в табл. 6.1 и 6.2 соответственно.
52 Таблица б.1 Параметры коленчатого вала Таблица 6.2 Физико-механические свойства материала Материал — легированная сталь 45Х ГОСТ 4543-71 Выполнение расчета начинаем с создания конечно-элементной сетки с параметром Е1етепг 5Ые = 14 мм. Для сгущения расчетной сетки используем команду МезЫп~ег1 — Ке~тетеп1 для всех галтелей КВ. В окне уровня измельчения сетки устанавливаем значение Аецпетеп~ =1. Размер КЭ в местах измерения напряжений (галтели) намеренно уменьшаем с целью повышения качества получаемых результатов, что непосредственно сказывается на величине коэффициента концентрации напряжений (рис. б.2).
Для имитации нагружения коленчатого вала, соответствующего действительным условиям эксплуатации, задаются силы, действующие на шатунные шейки. К ним относятся: 53 ° центробежная сила инерции вращающихся масс Х = — и гйэ' где т„— масса кривошипа и шатуна, отнесенная к оси шатунной шейки и совершающая вращательное движение, кг; г — радиус кривошипа, мм; гав угловая скорость вращения КВ, рад/с; Рис. 6.2.
Конечно-элементная модель КВ е сила, направленная по радиусу кривошипа К = Рсоа(р+,6)! соя,О, где Р— суммарная сила, действующая в кривошипно-шатунном механизме, определяющаяся алгебраическим сложением сил давления газов и сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс, кН; гд — угол поворота КВ, град;,0 — угол отклонения оси шатуна, град; ° тангенциальная сила, направленная по касательной к окружности радиуса кривошипа Т = Ряп(р+,0)! соя,В. Для создания ограничений КВ, имитирующих условия фиксации вала в осевом и радиальном направлениях, создаем локальную цилиндрическую систему координат (Соогйпа1е Яу~1ет — ПКМ вЂ” 1тег1 — Соопйпаге 5ую~ек). Ось 7 такой системы координат совпадает с осью КВ, ось т' описывает угловое положение КВ, а ось Х направлена радиально коренной шейке.
От осевых перемещений коленчатый вал предохраняют два полукольца, устанавливаемые в средней коренной шейке, поэтому на ней устанавливаем соответствующие граничные условия (ГУ) ГЕ=0, выбирая при этом соответствующую систему координат. 54 Поскольку коленчатый вал установлен в подшипниковых опорах, то на коренных шейках записываем следующие ГУ: Кайа1=Ихсан, Ах~а1 и Тапдепйа1 =1тее (при этом стоит выбирать созданную цилиндрическую систему координат). Так как эффективный крутящий момент снимается с пятки КВ, то на отверстия болтов в торце фланца накладывалось ограничение полной фиксации (Таас Юис1ига1 — ПКМ вЂ” 1тегг — Соогйпа~е Буз1егп).
Таким образом, изменяя направление силы, действующей на шатунную шейку, мы имити- руем вращение коленчатого вала. Для реализации изменения граничных условий во времени, связанных с поворотом КВ относительно оси, будем использовать опцию табличного задания ГУ относительно пользовательской системы координат. Предварительно перед заданием нагрузок на коренные шейки проводим расчет сил К и Т в зависимости от угла поворота коленчатого вала.
Нашей целью является получение трех столбцов численных данных: время, сила К и сила Т. Для получения расчетного времени необходимо учитывать тактность двигателя и частоту вращения (табл. 6.3). Расчет проводим с шагом по времени, соответствующим одному градусу поворота КВ (1 п.к.в.), это нужно учитывать при составлении табличных данных сило- о вых граничных условий.
Таблица 6.3 Характеристики двигателя Проведенный расчет позволит получить по два графика изменения величины сил К и Т для каждой коренной шейки в течение цикла. В качестве примера на рис. 6.3 показан один из таких графиков. При индивидуальном задании нагрузок на каждую шатунную шейку необходимо учитывать порядок работы двигателя. Для задания нагрузок 55 на первую и последнюю шатунную шейку создаем прямоугольную систе- му координат: ° ось г направляем от носка коленчатого вала к пятке (от первой к четвертой коренной шейке); а ось х направляем по часовой стрелке, если смотреть на носок ко- ленчатого вала; ° ось у должна быть направлена от оси шатунной шейки к оси КВ.
Нагрузка, Н 1ооооо 00000 зоооо -лоооо Рис. 6.3. График изменения сил, действующих на шатунную шейку Аналогичные операции проводим для создания прямоугольной системы координат для второй и третьей шатунных шеек. С помощью созданных систем координат на каждом расчетном шаге по времени будут задаваться величина и направление действующей силы на шатунной шейке. Для задания сил, действующих на шатунные шейки, используем команду Бган Яй"ис1ига1 — ПКМ вЂ” !пиег1 — Рогсе.
Устанавливаем определение силы ВеЯпе оу = Сотропеп1к В итоге мы должны получить графическое окно, которое отражено на рис. 6.4. Здесь жирной стрелкой обозначено направление силы на указанную шатунную шейку в текущий момент времени. В нижнем окне показано графическое изменение сил К и Т (здесь они обозначены как Х и У; поскольку совпадают с направлением координатных осей.) В правом углу 56 в виде таблицы представлены все численные значения сил К и Т в зависи- мости от времени расчета. Рис. 6.4. Приложенная сила Я, действующая на шатунную шейку (ее разложение на составляющие силы К и Т в виде таблицы и графика) Для оценки уровня напряжений на выбранных галтелях коленчатого вала используем команду Бо1ийоп — ПКМ вЂ” РгоЬе — Юеи и указываем нужную галтель.
Эту процедуру необходимо проделать для всех галтелей коленчатого вала. В качестве расчетного параметра необходимо указывать все компоненты тензора напряжений и первое главное напряжение. Для вывода результатов используется пользовательская локальная система координат со следующими характеристиками: ° ось я совпадает с осью КВ, а точка начала системы координат совпадает с серединой пятой коренной шейки; ° ось у направлена от оси КВ к оси четвертой коренной шейки; ° ось к направлена влево при взгляде с задней стороны КВ.
57 Рациональней всего предварительно нумеровать галтели и при выводе результатов обозначить их соответствующими символами (рис. 6.5 и 6.6). Рис. 6.5. Области измерения напряжений в КВ . %, К1ядва х После того как будут рассчитаны все указанные ;Ф~ язва т компоненты напряжений (о„, о,„о„о„, о„, о,), можЯвпи У но переходить к расчету коэффициента запаса прочности. Предварительно рассчитываем амплитуды напряжений (о„., о,„., о,„, о„„о., о,. ), а также первое главное напряжение (о1 ).
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
