Способ испытания двигателя внутреннего сгорания

 

СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ на стенде с упругой подвеской путем работы двигателя на заданных режимах, заключающийся в том, что на каждом из режимов подсоединяют к подвижным массам стенда дополнительные грузы для изменения вибрационных характеристик работы, отличающийс я тем, что, с целью приближения условий испытаний к эксплуатационным путем усиления влияния вибраций на нагрузки в шатунных болтах , дополнительные грузы присоединяют к шатунам двигателя, причем центр тяжести каждого груза совмещают с центром тяжести соответствующего шатуна. (Л :D :о -ц

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

П9) (И)

3(5J) .G 01 М 15/00

Ф;1 Л 4Ф Ф м

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3517917/25-06 (22) 01.12.82 (46) 07.02.84, Бюл. Р 5 (72) С.И.Некрасов, A.Í.Ãoö и В.В.Кудряшов (71) Научно-исследовательский конструкторско-технологический институт тракторных и комбайновых двигателей (53) 621.43.001{088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 734526, кл. G 01 М 15/00, 1977. (54)(57) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ на стенде с упругой подвеской путем работы двигателя на заданных режимах, заклю- чающийся в том, что на каждом из режимов подсоединявт к подвижным массам стенда дополнительные грузы для изменения вибрационных характеристик работы, о т л и ч а в щ и йс я тем, что, с целью приближения условий испытаний к зксплуата ционным путем усиления влияния вибраций на нагрузки в шатуниых болтах, дополнительные грузы присоединяют к шатунам двигателя, причем центр тяжести каждого груза совмещают с центром тяжести соответствующего шатуна.

1071937

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к двигателестроению, и касается испытаний поршневых двигателей внутреннего сгорания на надежность при их вибра" ции. 5

Известны способы испытания двигателя внутреннего сгорания на стенде с упругой подвеской путем работы двигателя на заданных режимах, заключающиеся в том, что на каждом из 10 режимов подсоединяют к подвижным массам стенда дополнительные грузы для изменения вибрационных характеристик работы. указанные стенды позволяют оценить усталостную долговечность деталей, расположенных, главным образом, снаружи двигателя, например кронштейнов крепления навесных агрегатов, топливолроводов высокого давления и т.п. 11.

Однако такие стенды не позволяют оценить усталостную долговечность таких деталей кривошипно-шатунного механизма, как шатунные болты, которые лимитируют в большей мере надежность тракторных двигателей в условиях эксплуатации.

Целью изобретения является приближение условий испытания двигателя к эксплуатационным путем усиления влияния вибраций на нагрузки в шатунных болтах.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу испытания двигателя внутреннего сгорания на стенде с упругой подвеской путем работы двигателя на заданных режимах, заключающемуся в том, что на каждом из режимов подсоединяют к подвижным массам стенда дополни- 40 тельные грузы для изменения вибра» ционных характеристик работы, дополнительные грузы присоединяют к шатунам двигателя, причем центр тяжести, каждого груза совмещают с центром тяжести соответствующего шатуна.

На фиг. 1 представлена схема стенда, позволяющего реализовать предлагаемый способ испытания ДВС, общий вид на Фиг. 2 - узел Х на фиг 1 50 (повернутый на 90 вокруг своей продольной оси); на фиг. 3 - схема, поясняющая предложенную конструкцию стенда.

На основании 1 стенда закреплены стойки 2 с подвесками 3 и опорной рамой 4. Двигатель 5 установлен на опорной раме 4 подвески и соединен посредством упругой муфты б и карданного вала 7 через промежуточную опо- 60 ру 8 с нагруэочным устройством 9, Между основанием 1 и промежуточной опорой 8 установлена прокладка 10 для центрирования полумуфт упругой муфты б. На шатуне 11 (фиг. 2),. содержащем крышку 12 разъемной головки, шатунные болты 13 и шатунный подшипник 14, в его центре тяжести

15 закреплен вибровозбудитель 16,выполненный в виде груза, причем центры тяжести шатуна и вибровозбудителя совпадают. В точке A (фиг.3), являющейся центром шатунного подшипника 14, шатун 11 соединен с коленчатым валом 17.

В точке В шатун 11 соединен с поршнем 18. Точка О является центром вращения коленчатого вала, направление его вращения указано стрелкой.

При работе двигателя 5 шатун 11 совершает сложное плоскопараллельное движение. латунные болты при этом нагружены усилием предварительной затяжки, максимально допустимое значение которого определяется из условия обеспечения запаса прочности материала шатунных болтов по пределу текучести.

Значение запаса прочности по пределу текучести для ответственных реэьбовых соединений определяется из выражения

6 г (1)

0 где 8м — приведенное напряжение с; =4a*, и, (2) где 5р = Pz< /F — напряжение растяжения шатунных болтов при затяжке;

P>„ - осевое усилие предварительной затяжки болтов,", F — площадь поперечного сечения стержня болтов; касательное напряжение в стержне болтов от скручивания при затяжке л МР а. Р (.3 ) где Np — момент трения в резьбе при затяжке болтов.

ЧР=Р â€” (— P ) (4)

Подставляя в уравнение (2) выражения (3) и (4), получим у, (Ржи) 4

)1» (5)

0,2 Q>

Преобразуя уравнение (5) путем подстановки Ф », выраженного иэ уравнения (11, получаем

8т (б) Кроме усилия предварительной затяжки шатунные болты нагружены силами инерции возвратно-поступательно и вращательно движущихся масс

1071937 формул приведения, фактической массы (шатуна к динамически эквивалентной» двухмассовой системе, Далее, преобразуя уравнение (8)), 5 получаем (9) 0 Наиболее жесткие условия работы латунных болтов обеспечиваются при выполнении условия

Р р >8 Ъ (10)

15 При этом для обеспечения нераскры,тия стыка разъемной головки шатуна величина внешней нагрузки уменьша ется за счет коэффициента

20 р i,ó Рмт (11)

Чг

Подставляя в уравнение (9) выражения (1Dj и (6), получаем (12) .п ввврЯ щ.в

Ющ

- количество шатунных болтов в шатуне;

- предел текучести материала шатунных болтов; коэффициент предваритель-ной затяжки шатунных бол- З5 тов, обеспечивающий плот- ность стыка разъемной го- . ловки шатуна; номинальная угловая скорость вращения коленчатого 40 вала:, — радиус кривошипа коленчатого вала; запас прочности по пределу текучести мат риала шатун- 45 ных болтов

- диаметр стержня шатунных болтов средний диаметр резьбы шатунных болтов; 5(»

- шаг резьбы шатунных болтов; коэффициент трения в резьбе шатунных болтов; — длина шатуна; — масса деталей кривошипношатунного механизма, совершающих возвратно-поступательное движение; — часть массы шатуна, отне-. сенная к возвратно-посту- <0 пательно движущимся массам; — часть массы шатуна, отнесенная к вращающимся массам деталей кривошипно-шатунного механизма; 65 где йч„ — масса крышки шатуна:, hlщ — масса шатуна.

Для двигателя A-41, выпускаемого

Алтайским моторостроительным производственным объединением, имеющего следующие конструктивные параметры:

M = 2 шт; 5q — — 932 МПа (.0,5 кгс/мм)

Гхщ стали 40ХН2МА по ГОСТ 4543-71;

+ = 1к1ю 4i = 183с17 рад/cr k =70 MMj

1,05; с» = 13,6 мм; (У»= 15,026мм)

3 = 1,5 мм; h1 = 0,1; Л.= 0,264;

265 мм; тв.х = 4,181 кг; п м.в. = — 1,49 кг; п а.х = 2,76 кгпв мар — 1,035 кг; ыщ = 4,25 кг, масса вибровозбудителя составляет 0,2 KI

Применение способа позволяет создать поперечные колебания шатуна за счет возникновения составляющей сил инерции Р @@р, действующей перпендикулярно к оси шатуна. Наличие этой составляющей создает значительные напряжения изгиба в шатунных болтах и тем самым приближает условия их испытаний к эксплуатационным.

Ко всему прочему, составляющая сил инерции вибровозбудителя Рвнс направленная вдоль оси DIR óíà, увеличивает нагрузки на вкладыши шатунного подшипника 14. деталей кривошипно-шатунного механизма, определяемыми из выражения ;р - (п пх+ ця)((М+ (п шх-п 4) 0 R

;где P- — силы инерции возвратно(rt поступательно и вращатель- но движущихся масс.

Масса вибровозбудителя выбирается из условия, что обусловленные ею

1 / составляющие сил инерции Рвивр и

Р щв (фиг. 3) совместно с силами инерции возвратно-поступательно и вращательно движущихся масс обеспечивают. наиболее жесткие условия работы шатунных болтов. Для определения этой массй уравнение (7) приводится к виду

Р р (3+aR" (+all +Kg ря(1 А

Р в4м.) п хеЯ) HQ где 4.-= ..; . J3 = Д вЂ” коэффициенты, определяемые с помощью

Pip (» ip)(„+ % p) - Ôùì+ «е ю - в ар л Ally " п ц

- М)(п х п ип1 ®а.к«п

Совмещение центров тяжести шатуна и дополнительного груза позволяет наиболее точно, по аналитическим зависимостям, учитывать влияние сил инерции, обусловленных его действием, на прочность шатунных болтов.

1071937

Составитель Н.Патрнхальцев

ТехредМикеш Л. Корректор С. Шекмар

Редактор Н.Лазаренко

Заказ 110/36- Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного, комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Применение способа позволяет значительно приблизить условия исПытаний шатунных болтов к эксплуатационным, оценить надежность шатунных болтов при максимальном использовании прочностных свойств их материала, что особЕнно важно для выявления возможности форсирования поршневых двигателей внутреннего сгорания по скоростному режиму.