САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра судовых двигателей внутреннего сгорания и дизельных установок

Курсовая работа

Расчет собственных колебаний коленчатого вала

двигателя 4ЧНСП 8,5/11

Выполнил: Бусагин А.А.

Проверил: Минасян М.А.

Санкт-Петербург

2012

Реферат

В данной курсовой работе я произвел расчет крутильных колебаний коленчатого вала двигателя 4ЧН 8,5/11. При расчете коленчатый вал и связанный с ним маховик, фланец отбора мощности и гребной винт заменяются дискретной расчетной моделью, состоящей из масс и соединений, по параметрам которых вычисляются характеристики безразмерной расчетной модели.

Далее производится расчет крутильных колебаний на ЭВМ, по результатам которого строится частотная диаграмма. По ней определяются запретные режимы работы двигателя, для каждого из которых производится расчет резонансных колебаний.

При расчете резонансных колебаний определяются амплитуда вынуждающего момента, коэффициент пропорциональности для вязкого трения и действительные амплитуды колебаний масс расчетной модели. Также вычисляются напряжения, возникающие в соединении расчетной модели, и допускаемые напряжения. Расчет резонансных колебаний завершается определением недопустимых режимов работы двигателя и рекомендациями по их устранению.

Введение

Судовой валопровод представляет собой упругую систему, которую нагружают периодически изменяющиеся силы и моменты. Такое действие различных нагрузок вызывает вынужденные изгибные, крутильные и осевые колебания валопровода.

Расчет колебаний валопровода можно разделить на шесть основных задач:

- расчета частот и форм свободных колебаний;

- определение вынуждающих сил и моментов;

- определение демпфирующих моментов;

- расчет напряжений и деформаций, возникающих в элементах валопровода под действием вынуждающих усилий;

- оценка допустимости расчетных напряжений и деформаций;

- разработка мероприятий, обеспечивающих надежность работы валопровода.

Расчеты свободных колебаний базируются на идеализации судового валопровода в виде расчетных моделей. Наибольшее распространение получили модели с распределенными и дискретными параметрами.

Содержание

Реферет………………………………………………………………………………………………2

Введение…………………………………………………………………………………………….3

1. Описание двигателя 4 ЧН 8,5/11, чертеж коленчатого вала………………………………….5

2. Определение моментов инерции масс системы…………………………………………….….6

2.1. Определение моментов инерции КШМ……………………………………………….……..6

2.2. Расчет маховика………………………………………………………………………………..6

3. Определение крутильных податливостей участков…………………………………………..7

4. Расчет свободных крутильных колебаний по методу Толле………………………………...8

4.1. Переход к безразмерным параметрам системы…………………………………………….8

4.2. Составление расчетной дискретной модели.....……………………………………..………9

4.3. Определение низшей частоты в первом приближении……………………………….…….9

4.4. Определение низшей частоты во втором приближении…………………………………...10

5. Определение частоты свободных колебаний в действительном виде…………….………...10

6. Построение частотной диаграммы………………………………………………………….….11

7. Расчет свободных крутильных колебаний по способу Терских……………........................12

7.1. Определение диапазона исследования частот свободных колебаний……………………..12

7.2. Исходные данные для расчета на ЭВМ………………………………………………………12

7.3. Результаты расчета…………………………………………………………………..………...13

8. Определение амплитуд вынуждающих моментов……………………………….....................14

9. Определение демпфирующих моментов ………………………………………………………15

10. Расчет резонансных колебаний………………………………………………………………..15

11. Определение напряжений от крутильных колебаний………………………………………..17

12. Определение допустимых напряжений ……………………………………….………………18

12.1. Допустимые напряжения для коленчатого вала……………………………………………19

12.2. Допустимые напряжения для промежуточного вала…………………………………..…..19

Выводы……………………………………………………………………………………………….21

Список использованной литературы……………………………………………………………….22

1.Описание двигателя 4чн8,5/11

Дизель типа 4 ЧН 8,5/11 четырехтактный, тронковый.

Дизель предназначен для использования в составе судовых и стационарных дизель-генераторов, а также в качестве главного судового двигателя.

Коленчатый вал изготовлен из легированной стали 40ХН. На переднем конце вала закреплены шестерни для привода масляных и водяных насосов. На заднем конце установлена шестерня для привода распределительного вала. На выходном фланце крепится маховик с полумуфтой отбора мощности.

Кривошипы вала расположены в одной плоскости. Смазка подшипников осуществляется от общей циркуляционной системы.

Материал коленчатого вала сталь 40ХН, предел прочности =1050 МПа, предел текучести =810 МПа, предел выносливости при изгибе , предел выносливости при кручении =265 МПа. Шероховатость поверхности шеек Ra =0,32 мкм, щек Ra =

=(1,25-3)мкм, Rz =1,5.

Таблица 1 – Параметры дизеля

Номер пункта	Наименование величины	Размерность	Общепринятое обозначение	Результат
1	Эффективная мощность	кВт	Ne	42
2	Частота вращения коленчатого вала	об/мин.	n	2000
3	Ход поршня	м	S	0,11
4	Диаметр цилиндра	м	D	0,085
5	Число цилиндров	-	i	4
6	Коэффициент тактности	-	z	0,5
7	Степень сжатия	-		13,9
8	Средне эффективное давление	МПа	Рe	1,01

2. Определение моментов инерции масс системы

2.1.Определение момента инерции кшм

В общем случае, момент инерции ДВС определяется суммой

,

где - момент инерции кривошипно-шатунного механизма,

- момент инерции маховика.

Момент инерции КШМ можно взять из расчетов по дисциплине “Силовой анализ ДВС”. Эта величина определяется по формуле Терских

,

где R-радиус кривошипа, м;

D - диаметр цилиндра, м;

b - число цилиндров, работающих на 1-й шейке, b=1-для рядных;

расстояние между цилиндрами, м;

d - средний диаметр шеек коленовала, м;

-коэффициент, зависящий от материала поршня.

;

.

2.2.Расчет маховика

Момент инерции маховика связан с его массой

,

где D_М – диаметр маховика;

- масса маховика.

Диаметр маховика назначают из условия допустимой окружной скорости

для чугунного маховика V 30…35 м/с;

для стального маховика V 60…70 м/с.

В расчете примем за материал маховика – чугун.

;

здесь ρ – плотность чугуна, ρ = 7700 кг/м³ ;

h – толщина маховика;

Момент инерции маховика

;

Момент инерции ротора генератора