книги из ГПНТБ / Взоров, Б. А. Форсирование тракторных двигателей

подшипников. Таким образом, повышение средних давлений йср сопровождается снижением износостойкости вала. Максималь­ ные давления /гтах на шейках коленчатого вала характеризуют несущую способность вкладышей, т. е. их стойкость против раз­ рушения (растрескивание и выкрашивание). Следовательно, чем выше максимальные давления /гтах, тем при прочих равных условиях, ниже несущая способность шеек вала.

На рис. 48 и 49 показана взаимосвязь средних давлений на шатунные шейки с уровнем форсирования отечественных дизе­ лей. Как видно, форсирование за счет повышения частоты вра­ щения, практически осуществляемое на всех дизелях, приводит к резкому повышению средних давлений на шатунные шейки. При этом темп этого повышения снижается по мере перехода от

(штриховые линии). Форсирование наддувом сопровождается значительно меньшим ростом средних давлений. При этом мож­ но получить существенно большее повышение эффективной мощности при умеренных значениях kcv. Таким образом, для сохранения приемлемой износостойкости шатунных подшипни­ ков форсирование дизелей наддувом предпочтительнее.

На рис. 50 и 51 приведены максимальные давления на ша­ тунные шейки в зависимости от эффективном мощности дизеля. Как видно, форсирование по частоте вращения сопровождается снижением максимальных давлений, т. е. ростом несущей спо­ собности шатунных вкладышей. Обратное влияние оказывает

форсирование наддувом (Д-50 и А-01).

Влияние форсирования на среднее давление на среднем (наи­ более нагруженной1) коренной шейке иллюстрируется данными

8i

Рис. 48. Среднее давление на шатунную шейку при форсировании дизелей:

/ — Д-37Е; 2 — А-П; 3 — Д-50: — СМД*14И: 5 — Д-160 (ВТЗ)

Рис. 49. Среднее давление на шатунную шейку при форсировании дизелей:

82

кштах, кгс/см

Рис. 50. Максимальные давления на шатунную шейку при форсировании дизелей:

Рис. 51. Максимальные давления на шатунную шейку при форсиро­ вании дизеля А-01:

---------- по частоте в р а щ е н и я ------— наддувом

рис. 52 и 53. Зависимости как при форсировании по частоте вра­ щения, так и за счет наддува получились аналогичными соот­ ветствующим зависимостям для шатунной шейки (см. рис. 48

Рис. 52. Среднее давление на среднюю коренную шейку при форсировании дизелей:

/ — Д-37Е; 2 — Д-50: 3 — СМ Д -М Н; 4 — Д-100 (B T3 ): 5 — А-41, --------- по частоте в р а щ е н и я ;----------- наддувом

ккСр,кгс/сн ‘

Рис. 53. Среднее давление на среднюю коренную шейку при форснропамни дизелей:

и 49). В то же время значения /гк. ср превышают значения /гш. ср, что свидетельствует об относительно большей опасности износа коренных шеек при форсировании легких дизелей (Д-37, Д-50,

84

СМД-14Н). Для тяжелых дизелей [А-41, А-01, Д-160 (ЧТЗ)] значения /гк. ср ниже значений /еш. ср.

Максимальные давления на коренных шейках kmax всего на 30—40% превышают средние давления Ак. ср, а поэтому не опас­ ны с точки зрения несущей способности подшипника.

Для оценки значений kmas, приведенных на рис. 50 и 51, в табл. 9 даны их допустимые значения для различных подшип-

Таблица 9

Применяемые сплавы для вкладышей подшипников тракторных дизелей

с одного подшипникового сплава на другой по мере форсиро­ вания того или иного тракторного дизеля.

Запасы прочности элементов коленчатого вала. Коренные шейки рассчитывают только на кручение, без учета напряжений изгиба ввиду их незначительного влияния на запас прочности (обычно в пределах 3—4%). Набегающий (суммарный) крутя­ щий момент, действующий на каждую коренную шейку, вычис­ ляют путем суммирования моментов от каждого кривошипа в направлении от 1-го цилиндра к последнему (в сторону отбора мощности), с учетом порядка работы отдельных цилиндров и угла смещения кривошипов. Наименее прочными являются шейки, которые имеют максимальную амплитуду изменения крутящего момента.

85

Запас усталостной прочности опасных коренных шеек (опас­ ным местом является сечение по отверстию для смазки)

2

Шатунные шейки подвергаются одновременному изгибу и кручению от переменных моментов, изменяющихся по асиммет­ ричному циклу. Максимальные значения изгибающих и крутя­ щих моментов достигаются не одновременно, т. е. между ними имеется сдвиг фаз; однако от величины этого сдвига усталост­ ная прочность вала не зависит и в расчет он не вводится.

Выбор опасной шатунной шейки определяется после расчета шеек на кручение.

При расчете величин ттах и тпцп следует учитывать, что, как правило, шатунные шейки выполняют с внутренней полостью,

триситет внутренней полости по отношению к на­ ружной поверхности шейки.

Запас прочности на кручение определяют по приведенному выше уравнению для коренных шеек. Шатунные шейки, имею­ щие минимальное значение пх, рассчитывают на изгиб.

На каждом скоростном режиме подсчитывают максималь­ ные, минимальные, средние и амплитудные напряжения изгиба в плоскости смазочного отверстия.

Запас по усталостной прочности шатунной шейки на изгиб в плоскости расположения смазочного отверстия

- 7 - с г а + 0,ЗЗо>„

60

86

Запас по усталостной прочности шатунных шеек от совмест­ ного действия кручения и изгиба определяют по формуле Гафа

/г — пО ат

1 4 н- п2Т

Напряжения и запасы прочности щек определяют на щеке, имеющей наименьший момент сопротивления изгибу или наи­ большее плечо изгиба.

Щеки рассчитывают на пусковом режиме при Pz= Pzuok+ + 90 кгс/см2 и на номинальном режиме на усталостную проч­ ность. В первом случае определяют суммарные напряжения изгиба и'сжатия а,,, но которым подсчитывают запас прочности

п = Ov , где а„ — временное сопротивление на разрыв.

Усталостный режим при номинальной мощности определяет амплитудные напряжения щеки от совместного действия изгиба и сжатия-растяжения. В зависимости от того, какая щека яв­ ляется опасной, амплитудное напряжение выражается через

реакции левой или правой опор.

Запас усталостной прочности по нормальным напряжениям (без учета средних напряжений цикла).

87

табл. 10.

Как видно из табл. 10, запасы прочности коренных шеек всех основных отечественных дизелей в пределах рассматриваемых форсирований по мощности (до 50%) вне зависимости от ме­ тода форсирования остаются настолько высокими, что практи­ чески прочность шеек не может лимитировать надежности ко­ ленчатого вала.

Запасы прочности шатунных шеек в условиях форсирования приближаются к минимально допустимым (двукратным), а на старом дизеле Д-160 (ЧТЗ), форсированном до 1.60—170 л. с., они менее полуторных, т. е. находятся в области, лимитирующей надежность коленчатого вала.

Форсирование по частоте вращения снижает запасы прочно­ сти шатунных шеек. В то же время, как это видно на примере дизеля СМД-14, форсирование за счет наддува более резко снижает запасы прочности шатунных шеек, чем форсирование по частоте вращения.

Из всех элементов коленчатых валов наименьшие запасы прочности имеют щеки. В практике эксплуатации наиболее ча­ стой поломкой валов является поломка по щекам. Запас по наи­ меньшим значениям a_i и t_i для всех валов находится в пре­ делах примерно 1,5—2, а при форсировании дизеля Д-50 надду­ вом до 75 л. с. (Д-50Т) он снижается до величины, лимитирую­ щей надежность вала.

На примере дизелей Д-37, Д-160 (ВТЗ), Д-160 (ЧТЗ) видно, что форсирование по частоте вращения не сказывается на запа­ сах прочности щек или сказывается незначительно (дизель СМД-14). В то же время форсирование наддувом существенно снижает запасы прочности щек, что видно на примере двига­ телей Д-50Т и А-01Т, и, как правило, требует принятия специаль­ ных мер по повышению прочности коленчатых валов дизелей.

Напряжения в поршневом пальце. Поршневой палец яв­ ляется одной из ответственных деталей дизеля, поломка кото­ рого приводит к поломке коленчатого вала, шатуна, а часто и блока. В связи с этим оценка возникающих в пальце напря­ жений при форсировании необходима. В поршневом пальце возникают напряжения изгиба, смятия, сдвига, а также напря­ жения при овализации его поперечного сечения. Для подсчета этих напряжений в табл. 11 приведены основные конструктив­ ные данные по поршневым пальцам ряда отечественных трак­ торных дизелей.

В соответствии с общепринятой методикой расчета опреде­ ляют удельное давление в бобышках поршня qGoс и в верхней

88

Таблица If

Основные конструктивные параметры поршневых пальцев отечественных тракторных дизелей массового производства

втулке шатуна qnT, максимальное напряжение изгиба в сере­ дине поршневого пальца о и максимальное касательное напря­ жение в его сечениях, расположенных в зазорах между торцами бобышек и поршневой головкой, а также напряжения на внеш­ ней и внутренней поверхностях пальца, возникающие при его овализащш и определяемые для горизонтального и вертикаль­ ного сечений пальца.

Наибольшие напряжения овализации (кгс/см2) на внутрен­

его наружному диаметру; /г= (1,5-У-15) (а—0,4)3 — коэффициент.

Расчеты всех перечисленных величии па режимах работы дизелей, приведенных в табл. 11, позволяют установить их зави­ симость от выбранного способа форсирования и определить гра­ ницы возможного форсирования дизеля.

На рис. 54, а показана зависимость возникающих в пальце дизеля Д-37 (ВТЗ) напряжений при его форсировании по ча­ стоте вращения от 1600 до 2400 об/мин с соответствующим уве­ личением мощности от 41 до 70 л. с. Скоростное форсирование

90