2553

Максимальные нормальные и касательные напряжения должны быть меньше соответствующих пределов текучести max< т,

τmax<τт.

Амплитуда напряжений не должна превышать предельных амплитуд. Наиболее опасным циклом для усталостных разрушений является симметричный цикл. Опыт эксплуатации автомобильных двигателей показывает, что большинство разрушений носит усталостный характер.

Усталостная прочность зависит от:

1)от концентрации напряжений – фактор формы;

2)абсолютных размеров деталей – масштабный фактор;

3)шероховатости поверхности – технологический фактор;

4)симметрии цикла;

5)типанапряженногосостояния(изгиб,растяжение,сжатие,кручениеит.д.);

6)термическойихимико-термическойобработки,механическогоупрочнения. 1. Концентрация напряжения – фактор формы. Коэффициентами концентрации напряжений называют отноше-

ние предела выносливости образца (без концентрации напряжения), изготовленного из того же материала с тем же качеством, что и деталь, к пределу выносливости детали.

2. Абсолютные размеры детали – масштабный фактор.

С увеличением абсолютных размеров детали вероятность неоднородной структуры металла и появления микротрещин увеличивается, это учитывается масштабным фактором, который представляет собой отношение предела выносливости натуральной детали и гладких образцовдиаметром10мм,изготовленныхизтогожематериала,чтоидеталь.

ε σσ 1дет < 1; ε ττ 1дет < 1.

1обр 1обр

3. Чистота обработки поверхности – технологический фактор, представляет собой отношение пределов выносливости детали при данной обработке к пределувыносливостигладкогополированногообразца.

120

Значения коэффициентов: концентрации напряжений, масштабных факторов и технологического приводятся в таблицах. Все факторы (K , , ) относят к переменной составляющей – амплитуде напряжений. Максимальное напряжение с учетом всех факторов будет

σmax K a σm .

εε

σ

4.Асимметрия цикла r min . Влияние асимметрии цикла оп-

max σ

ределяется из графика a пр f ( mпр), a пр – предельная амплитуда цикла, mпр – предельное среднее напряжение.

Диаграмма строится на основании экспериментальных данных, которая устанавливает следующие закономерности: а) с увеличением постоянной составляющей цикла m максимальное напряжение, соответствующее пределу прочности возрастает, а предельная составляющая a пр уменьшается (рис. 50).

Характер протекания кривой диаграммы представляет собой эллипс, где сумма координат каждой точки дает предельное значение максимального напряжения max a пр mпр . Для построения диаграммы надо знать:

1)предел выносливости для симметричного цикла -1 (точка А);

2)предельную амплитуду и среднее напряжение для пульсирующего цикла;

3)предел текучести т (точка С);

Любая точка е с координатами a и m , расположенная на площади диаграммы, соответствует определенному циклу с координатами асимметрии цикла r.

Тангенс угла наклона луча ОЕ из начала координат определяется из соотношения

tg 1 а пр , 1 mпр а пр ;mпр

121

где – коэффициент приведения заданного асимметричного цикла к равноценному симметричному.

Рис. 50. Определение переменных напряжений на шейке коленчатого вала

122

Все три фактора (K , , ) относят к переменной составляющей цикла – амплитуде напряжения а . Так как в деталях, изготовленных из пластических материалов при статической нагрузке, концентрация напряжений не приводит к уменьшению прочности, поэтому запас прочности определяется по вышеуказанным формулам без перечисленных факторов (K , , ).

Коэффициенты приведения (Kσ , σ , σ ) для сталей с различными пределами прочности приводятся в таблицах.

Анализируя диаграмму, можем отметить две области.

1)Область, характеризуемую тем, что запас прочности, отнесенный к пределу выносливости, будет меньше, чем отнесенный к пределу текучести. Поэтому все расчеты необходимо выполнять по формулам предела выносливости (АDО).

2)Вторая область характеризуется тем, что запас прочности, отнесенный к пределу текучести, будет меньше, чем к пределу выносливости. Поэтому все расчеты лучше выполнять по формулам текучести (ОDС).

5.Тип напряженного состояния детали (изгиб, растяжение, сжатие, кручение и т.д.).

6.Термическая обработка. Методы упрочнения деталей. При

сложном напряжении запас прочности определяется по формуле

Эксплуатация автомобиля происходит при переменных нагрузках, скорости и дорожных условиях. Поэтому мощность двигателя всегда должна соответствовать мощности, необходимой для движения автомобиля.

123

Графически мощность, развиваемая двигателем, и мощность, необходимая для движения автомобиля, может быть представлена на рис. 51.

Vавт 2 rn .

ik iгл.п

Рис. 51. Характеристика автомобиля

Связьмеждускоростьюдвиженияавтомобиляиоборотамидвигателя

N Nтр Nкач Nвозд .

КПД трансмиссии, определяющей мощность механических по-

терь тр=0,85 – 0,92

Nтр 0,08 0,15 Nеномин.

Nкач – зависит от качества дороги, от шин, массы автомобиля, скорости движения и определяется экспериментально. Nвозд – зависит

от внешней формы автомобиля, направления ветра, Nвозд f (rавт3 ). При постоянной скорости автомобиля мощность, потребляемая

автомобилем, равна мощности, развиваемой двигателем.

При работе двигателя на прикрытом дросселе мощность двигателя снижается на всех скоростных режимах. Равенство мощностей наступает при меньшей скорости движения.

124

При изменении условий движения (подъем) суммарное сопротивление увеличивается N ;N , скорость движения уменьшается, так как увеличивается суммарная мощность, потребляемая автомобилем. Для восстановления скорости движения необходимо перейти на понижающую передачу. В условиях эксплуатации нередко используют торможение автомобиля двигателем, когда кривая мощности переходит в отрицательную зону, то есть происходит принудительное вращение коленчатого вала.

Таким образом, в зоне, ограниченной кривой Ne, осью абсцисс и осью ординат, ограничивающей максимальные обороты, двигатель должен устойчиво работать с оптимальной экономичностью, с наибольшей надежностью и долговечностью, с наименьшей токсичностью отработавших газов.

Для анализа работы двигателя необходимо иметь ряд характеристик, которые определяют зависимость основных его показателей от какого-либо одного параметра или от нескольких наиболее характерных. При необходимости могут бытьснятыеспециальныехарактеристики.

Основные характеристики двигателя можно разделить на следующие группы:

1.Скоростные характеристики. В качестве независимой переменной является частота вращения коленчатого вала. Скоростные характеристики подразделяются на внешние, частичные, характеристики холостого хода, характеристики внутренних потерь.

2.Нагрузочные характеристики. В качестве независимой переменной является нагрузка двигателя (мощность, % нагрузки).

3.Регулировочные характеристики. В качестве независимой переменной является регулирующий параметр.

4.Регуляторные характеристики.

5.Многопараметровые характеристики.

6.Специальные характеристики (детонационные, шума и т.д.).

10.1.Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя

Внешней скоростной характеристикой называют зависимость эффективной мощности Ne эффективного крутящего момента, часового и удельного расходов топлива от частоты вращения коленчатого вала (рис. 52).

Характеристика снимается на стенде для полностью прогретого двигателя при полном открытии дросселя, у дизельного двигателя при

125

полной подаче топлива. У бензинового двигателя различают эксплуатационную внешнюю характеристику и абсолютную. Эксплуатационная характеристика снимается при заводских регулировках систем двигателя при постоянном открытии дросселя. При снятии абсолютной характеристики все параметры двигателя регулируются на получение максимальной мощности на всех скоростных режимах.

Рис. 52. Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя

На внешней характеристике различают следующие скоростные режимы: nм – соответствует максимальному крутящемуся моменту; nge – минимальному расходу топлива; nном – номинальной мощности.

nм = (0,4 – 0,6)n; nх- = (1,05 – 1,1)nном;

К – коэффициент приспособляемости; для бензиновых двигателей

К=1,25 – 1,35.

Бензиновые и газовые двигатели не снабжаются всережимными регуляторами. Двигатели грузовых автомобилей снабжаются ограничителями частоты вращения коленчатого вала.

Наибольшая частота вращения на холостом ходу при работе двигателя с регулятором несколько выше частоты вращения при но-

126

минальной мощности, nхх 1,1nном . Это необходимо для устойчивой работы регулятора (рис. 53).

Рис. 53. Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя с регулятором числа оборотов

10.2.Внешняя скоростная характеристика дизельного двигателя

Удизельных двигателей различают три внешние скоростные характеристики (рис. 54).

1.Эксплуатационная характеристика, когда дизель имеет заводские регулировки. В этом случае только на номинальном режиме работает на пределе дымления.

2.Внешняя характеристика предела дымления. В этом случае на каждом скоростном режиме двигатель работает на пределе дымления. Это достигается регулировкой подачи топлива на каждом скоростном режиме.

3.Абсолютная внешняя скоростная характеристика. При снятии этой характеристики на каждом скоростном режиме регулируют подачу топлива таким образом, чтобы двигатель работал на максимальной мощности. Коэффициент приспособляемости дизельного двигателя

меньше, чем у двигателей легкого топлива, K Мmax Mном 1,05 1,15.

Это приводит к неустойчивой работе двигателя на максимальных на-

127

грузках. Для увеличения K в топливные насосы вводят корректоры подачи топлива. Кроме того, двигатели снабжаются всережимными регуляторами.

Рис. 54. Внешняя скоростная характеристика дизельного двигателя

10.3. Частичные скоростные характеристики

Представляют собой зависимость мощности часового и удельного расхода топлива, иногда изображают крутящий момент от скоростного режима работы двигателя.

Характеристики снимают при различных положениях дроссельной заслонки. Характеристики используют для получения данных, необходимых при определении тяговых и экономических показателей автомобиля. Снимается обычно серия характеристик: при 20; 40; 60 % открытия дросселя (рис. 55).

Резкое изменение мощности двигателя имеет место до 50 % открытия дросселя. При дальнейшем открытии дросселя мощность изменяется незначительно.

По мере прикрытия дросселя максимальное значение мощности и минимальное значение экономичности сдвигаются в сторону меньших чисел оборотов вследствие возрастания аэродинамического сопротивления впускного тракта. Абсолютное значение механических

128

потерь не зависит от дросселирования, а поэтому по мере прикрытия дроссельной заслонки удельные расходы топлива возрастают.

Рис. 55. Частичная скоростная характеристика

10.4. Скоростная характеристика внутренних потерь

Скоростная характеристика внутренних потерь представляет собой зависимость мощности, затрачиваемой на механические потери, от скоростного режима двигателя. Характеристика снимается при полном открытии дросселя, при выключенном зажигании, без подачи топлива и принудительном вращении коленчатого вала (рис. 56).

Характеристика позволяет с достаточной точностью определить индикаторную мощность двигателя без применения индицирования, если известны эффективные показатели. По этой характеристике можно определить степень приработки двигателя.

Характеристику внутренних потерь можно снять следующими методами:

1.Путем принудительного вращения коленчатого вала электродвигателем с измерением затрачиваемой мощности.

2.Путем выключения отдельных цилиндров.

3.Снятием индикаторных диаграмм.

129