книги из ГПНТБ / Совершенствование основных узлов турбопоршневых двигателей

2. Формулы для интеграла т,-т/г дх

■ r f t

1

7

Из рис. 19 следует;

38

2. При работе промежуточного цилиндра (расчетная схема представлена

на рис. 20).

- 67Г t 6“’ “ + - T <4а' - О“* ■+ » ] - T 7 ■

sw = -C [2a- “+ -r(1- 2“>] + -T-

3. При работе крайнего цилиндра (расчетная схема представлена на рис. 21).

R z i = ------ J - ( Х 2 — 2 Х і) + 1; Я г0 = ~ 2 ^ . + 1;

39

где

Усилия, действующие в стойках блока, от сил инерции кривошипно-шатунного механизма

В тех случаях, когда нижний силовой пояс блока относительно нежесткий и коленчатый вал двигателя не имеет противовесов, следует учитывать влияние сил инерции кривошипно-шатунного механизма на напряженность элементов блока. При указанных обстоятельствах напряженность блока от сил давления газов несколько уменьшается.

При жестком нижнем силовом поясе, например как у двига­ теля 6 ЧН 30/38, силы инерции, действующие в вертикальном направлении, воспринимаются главным образом нижней частью блока (в районе картера) и существенно не влияют на напряжен­ ность верхней части блока.

На рис. 22, а, б, в представлены расчетные схемы при работе промежуточного цилиндра, крайнего и двух рядом расположенных цилиндров. Крайние опоры, прилегающие к стойкам рассматри­ ваемого отсека, принимаются жесткими, так как усилия в них от сил инерции будут малыми и противоположно направленными из-за сил инерции в прилегающих цилиндрах. Прогиб нижнего силового пояса определяется не только податливостью е всей стойки, но и прогибом 6 П верхнего силового пояса, на который опираются эти стойки. Следовательно, податливость упругих опор I = е + бп.

40

При определении податливости (рис. 22, г) верхнего силового пояса жесткость его допустимо осреднять и рассматривать этот пояс как балку с постоянной жесткостью:

I3 .

б

Из расчета усилий, действующих в кривошипно-шатунном механизме от инерционных нагрузок, находятся усилия, действу-

Рис. 22. Расчетная схема для определения усилий в стойках от сил инерции:

а, б, о — при работе промежуточного, крайнего и двух рядом располо­ женных цилиндров; г — схема определения податливости верхнего си­ лового пояса (У, 2, 3 — см. рис. 19)

ющие на коренные подшипники (в вертикальной плоскости) стоек работающего цилиндра. Инерционные нагрузки выражают через внешнюю нагрузку (силы газов) Р с помощью коэффициен­ тов, например Кі, К 2 и т. д.

Принципиальная схема расчета аналогична схеме, представлен­ ной выше (см. рис. 19). При вычислении необходимо учитывать знак (направления) инерционных сил, действующих на коренные подшипники.

Решая системы канонических уравнений, находят моменты и' усилия, действующие на опоры.

Учитывая, что .силы, возникающие в стойках отсека, в ци­ линдре которого начинается рабочий процесс, от сил инерции

41

и сил газов противоположны по направлению, найдем окончатель­ ное выражение сил, действующих на стойку блока,

При последовательной работе цилиндров, когда боковые листы не имеют вырезов выше верхней плиты картера, номиналь­ ной уровень напряжений в блоке находится по формуле

где FCTи F6n — соответственно фактическая площадь поперечного сечения стойки и бокового листа на длине отсека.

При наличии вырезов в несущих элементах блока необходимо принимать во внимание образующуюся при этом неравномерность распределения напряжений по сечениям отсека.

Для блоков, имеющих вырезы в боковых листах выше верхней плиты картера, номинальный уровень напряжений

где Fn — минимальная площадь поперечного сечения боковых листов между вырезами, которые примыкают к стойке с обеих сторон.

Полученные зависимости позволяют при проектировании блока, когда выбрано расстояние между цилиндрами и определились конфигурация стойки и ее высота, не дожидаясь завершения технического проекта, выполнить параллельно расчет блока. Задаваясь в качестве переменной величины толщиной стойки 6 СТ и площадью поперечного сечения стойки FCT, выполняют расчет по определению номинального уровня напряжений, позволяющий своевременно выбрать оптимальную толщину стоек, откорректи­ ровать жесткости верхнего или нижнего силовых поясов блока.

Напряжения в опорном поясе блоков

При расчете блоков большое внимание придается прочности и жесткости нижнего опорного пояса блока, который определяет надежность работы как< коренных подшипников, так и 'самого блока.

На опорный пояс блока (лапы) действуют силы инерции вращательно движущихся масс кривошипно-шатунного механизма

1. Силы давления газов практически не влияют на деформа­ цию опорного пояса в горизонтальной плоскости и не определяют его напряженного состояния.

2. Максимальные напряжения в опорном поясе возникают при горизонтальном положении средних колен коленчатого вала.

42

,3. Напряжения увеличиваются с увеличением частоты враще­ ния коленчатого вала.

4.Напряжения практически не зависят от нагрузки двига­ теля при постоянной частоте вращения.

5.Частота вынужденных колебаний опорного пояса совпа­ дает с частотой вращения вектора центробежных сил, приведенных

коси шатунной шейки.

6.Напряжения изменяются по симметричному циклу.

•.Таким образом, результаты испытаний свидетельствуют о том, что основными возбуждающими силами, вызывающими вибрацию опорного пояса в горизонтальной плоскости, являются внутренне неуравновешенные силы инерции вращательно движущихся масс кривошипно-шатунного механизма.

В конструкции блоков рассматриваемого типа силы инерции могут восприниматься только нижним опорным поясом и связан­ ными с ним бугелями и подвесками (поперечные стойки можно не учитывать), так как изгибная жесткость их мала по сравнению с жесткостью опорного пояса и бугелей с подвесками. Нижний опорный пояс блока представляет собой замкнутую раму с коли­ чеством пролетов, равным числу цилиндров двигателя. Рама нагружается горизонтальными составляющими сил инерции вращательно движущихся масс кривошипно-шатунного механизма (рис. 23, а, б). Элементы конечной ширины, из которых состоит рама, заменяются упругими стержнями, сечения которых имеют момент инерции и площадь поперечного сечения реальных опор­ ных балок. Для упрощения расчета жесткость опорного пояса и бугелей принимают усредненной по длине; коленчатый вал рассматривают нагруженным по разрезной схеме — силы инерции каждого цилиндра действуют только на два соседних подшипника; податливость опор и реакции от боковых амортизаторов не при­ нимают во внимание.

Расчет ведут по схеме расчета статически неопределимой рамы. Решение рамы выполняют методом сил с использованием симме­ трии рамы. Так как рама имеет прямолинейные ригели и нагрузка прилагается в узлах в виде сосредоточенных сил (рис. 23, е), то при симметричной раме нагрузку следует раскладывать на симметричную и кососимметричную (рис. 23, г, д), которые в сумме равняются заданной нагрузке. Симметричная составляющая никакого изгиба элементов рамы не вызывает, а только растяги­ вает ригели. Таким образом, при расчете рамы следует учитывать

43

Рис. 23. Расчетная .схема опорного пояса блока шестицилиндрового двигателя:

А, Б, В, Г — узловые точки

44

Внешнюю нагрузку Р принимаем равной единице. Разделим коэффициенты при неизвестных на один из коэффициентов, напри­ мер на б12. В результате получим систему в безразмерных коэффи­ циентах:

Выразим длину ригеля /гр через длину пролета /, а момент инерции ригеля через момент инерции опорной лапы:

/гр == at, Jh = ej{.

I Выражение коэффициентов при неизвестных, для вычисления которых применен метод Верещагина (рис. 23, ж, з, и, к), пред­ ставлено ниже:

sr- = S y (а + 12е>'

45

Напишем вновь систему канонических уравнении для шести* цилиндрового дизеля

М3 = (X, + Х 2) А - А ; Мг = (X, + х 2 + Х 3) А _ . А /;

Mt - Mtp.

Сила инерции вращательно движущихся частей кривошипно­ шатунного механизма

°-р = ° ш+ 0 Пк,

где Gm— вес части шатуна, совершающей вращательное дви­ жение;

GnK— приведенный вес колена коленчатого вала к оси шатун­ ной шейки;

R — радиус кривошипа;

<т>— угловая скорость вращения вала.

Определив моменты, действующие на лапу блока, и момент сопротивления, номинальные напряжения находим по известной формуле

Следует отметить, что жесткость опорного пояса блока цилинд­ ров оказывает существенное влияние на характер распределения и величину напряжений. Увеличение жесткости опорных лап приводит к выравниванию напряжений в них.

46