Способ испытания коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение может быть использовано при проведении ускоренных испы .таний на долговечность. Цель изобретения - повышение достоверности информации о вероятностной оценке дол-говечности и ускорение испытаний. Перед испытаниями определяют изгибающий момент с сечением коленчатого вала (KB) при заданных режимах нагружения. Затем KB нагружают переменным изгибающим моментом и регистрируют количество циклов динамического нагружеиия. Потенциальную энергию деформации KB определяют за весь ресурс работы двигателя при заданных режимах его работы, по полученному предельному значению определяют амплитуду переменного изгибающего момента и испытывают KB при выбранном значении амплитуды . Время испытаний определяют как отношение потенциальной энергии упругой деформации KB за весь ресурс работы двигателя к потенциальной энергии за один час испытаний при выбранном значении амплитуды изгибакицего момента. 2 ил. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECllYBËÈH

А1 (!9) ГП1 (51) 4 С

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO.ÄÅËAÌ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4137574/25-06 (22) 22. 10. 86 (46) 15.11.88. Бюл. В 42 (71) Научно-исследовательский конструкторско-технологический институт тракторных и комбайновых двигателей (72) А.Н.Гоц, А.Н.Красулин и В.А.Таранта (53) 621.43 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 890098, кл. С 01 М 13/00, 1981. (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение может быть использонано при проведении ускоренных испы,таний на долговечность. Цель изобретения — повышение достоверности информации о вероятностной оценке дол.говечности и ускорение испытаний. Перед испытаниями определяют изгибающий момент с сечением коленчатого нала (КВ) при заданных режимах нагружения.

Затем КВ нагружают переменным изгибающим моментом и регистрируют количество циклов динамического нагружения. Потенциальную энергию деформации КВ определяют эа весь ресурс работы двигателя при заданных режимах его работы, по полученному предельному значению определяют амплитуду переменного изгибающего момента и испытывают КВ прн выбранном значении амплитуды. Время испытаний определяют как отношение потенциальной энергии упругой деформации КВ эа весь ресурс работы двигателя к потенциальной энергии эа один час испытаний при выбранном значении амплитуды изгибающего момента. 2 ил.

1437711

Изобретение относится к машиностроению и может быть . использовано при проведении ускоренных испытаний

1 коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания на долговечность, Цель изобретения - повышение до-стоверности информации о вероятностной оценке долговечности коленчатого вала и ускорение испытаний.

По ставленная цель достигается т ем, что перед испытанием определяют изгибающий момент в сечениях коленчатого вала при заданных режимах нагружения, определяют потенциальную энергию деформации коленчатого вала за весь ресурс работы двигателя при заданных режимах его работы, определяют амплитуду переменного изгибающего момента по полученному предельному значению, испытывают коленчатый вал при выбранном значении амплитуды изгибающего момента, а время. испытаний опре-деляют как отношение потенциальной энергии упругой деформации коленчато1го вала за весь ресурс работы двигателя к потенциальной энергии за один час испытаний при выбранном значении амплитуды изгибающего момента.

Экспериментальное или аналитическое определение изгибающего момента в сечениях коленчатого вала при заданных режимах нагружения позволяет иметь достоверную информацию о действительных нагрузках,, при которых происходит накопление усталостных трещин, прогрессивное их развитие и разрушение коленчатого вала.

Определение потенциальной энергии деформации позволяет иметь информацию о вероятностной оценке долговечности коленчатого вала, так как коленчатый вал как упругая система при работе двигателя деформируется, следовательно, процесс накопления повреждений зависит от величины потенциальной энергии.

Определение амплитуды переменного изгибающего момента по полученному значению предельного позволяет вьг" брать такие режимы нагружения, при которых не будет пластических деформаций, а характер разрушения будет идентичен разрушению при экснлуатационных нагрузках, Кроме того, выбор максимально возможного изгибающего момента ускоряет процесс испытаний.

На фиг.1 показана схема испытательной машины, реализующей предлагаемый способ испытания; на фиг.2 схема деформации коленчатого вала под действием изгибающего момента, Испытательная машина (фиг.1) содержит станину 1, пружины 2, коленчатый вал 3, маятники 4,, вибраторы 5, тензодатчики 6 и блок 7 контрольноизмерительной аппаратуры.

На станине 1 при помощи пружин 2 закреплен коленчатый вал 3. На коренных шейках коленчатый вал иглеет маятники 4, один конец которых жестко соединен с шейкой коленчатого вала, а на другом его конце размещены вибраторы 5, представляющие собой неуравновешенные массы, вращающиеся с числом M оборотов п. На эти массы действует сила инерции F. Величина

20 изгибающего момента контролируется при помощи тензодатчиков 6 и блока 7 контрольно-измерительной аппаратуры, Способ осуществляют следующим образом.

25 устанавливают коленчатый вал 3 на станину 1 и включают вибраторы 5, в результате чего на коленчатый вал действует изгибающий момент

Ми = F.1 1П 3ty

30 где F — сила инерции;

1 — длина маятника; сд — угловая частота вращения неуравновешенной ггассы.

Выбирают произвольное значение амплитуды изгибающего момента, обычно в 1,5-2,0 раза выше расчетного, и определяют число циклов до разрушения коленчатого вала. Затем уменьшают ам40 плитуду изгибающего момента и определяют новое число циклов до разрушения. Если при некотором максимальром значении амплитуды изгибающего момента коленчатый вал не разрушится при

1 базовом числе циклов N g = 10 то это значение момента принимают за предельный изгибающий момент. !

Перед установкой коленчатого вала

50 на испытательную машину экспериментально определяют изгибающий момент в сечениях коленчатого вала на следующих режимах работы: максимальные обороты холостого хода, максимальный крутящий момент и режим номинальной мощности, Это производится путем тен" зометрирования коленчатого вала на работающем двигателе. Статическая тарировка производится нагружением на! 4377!1 величину момента, как показано на фиг.1.

Аналитически максимапьный изгибающий момент определяют по формуле

M = 0 5Z а + (Р р - Р„.) Ъ, — величины (фиг. 1); где а, Ь

ZZ +Z г — Р,„

2 (0,5z х) dx

--- — — — — — +

EIz, 30(>1 900м>1 п ° = — — - - 60 t.k = — — -"kf Т

2 л ° где И; — угловая частота вращения коленчатого вала;

t — время работы двигателя;

k — число цилиндров;

« 1Ч Н 900 „ "„)0 5z x2*dx Г Р „> — Р P„g0»

EIг о. а

22

Например, для двигателя Д-144 из- = 20000 ч Vgq = 15,)92 10 0 Нм; а гйбная жесткбсть коленчатого вала время испытания t u0 15,192 . IOi4 / равна: Elm 197,72 .100 Н.м, тогда /211 ° 4000 60 = 300 ч, при числе цикпотенциальная энергия за один цикл лов Я 4000, так как вибратор имел испытаний V = (7539)2 О, 735/1 97, 72 к. частоту вращения и 2000 мин . к!О 2lI Нм; полная потенциальная . Так как при испытаниях коленчатоэнергия при известной плотности f; n ro вала принимали Т = 20000 ч (t „ „ сроке службы коленчатого вала Т 300 ч), а фактически коленчатый .ю сила, действующая на шатунную шейку отдельно выделенного колена;

Е,Z,,Р,„ — силы от действия давления ю ю газ ов, сил инерции по ступательно и вращательно движущихся деталей на отдельно выделенную шейку коленчатого вала;

P р — центробежная сила инерции противовесов.

Например, для двигателя Д-144 при максимальном давлении газов Pz — 8 MIa, диаметре поршня d „ = 11 см, а = 7 8 см, Ь 4 см и п = 2200 мин максимальный момент М „„„ = 25, 25 "

F10 Н м.

Потенциальная энергия изгиба одного кривошипа кр

М u9dX

Чк

« ц кР о 2EIz (Р— Рш х3 дх

+ 1 а 2

EI

2 где EI — иэгибная жесткость корен21 ной шейки;

EIz — изгибная жесткость шатунной шейки.

Число циклов нагружения коленчатого вала четырехтактного двигателя определяют по выражению

f; — плотность вероятности работы двигателя на данном режиме;

Т вЂ” срок службы коленчатого вала (ресурс двигателя) .

Полную потенциальную энергию деформации коленчатого вала sa весь срок эксплуатации определяют по выраIð жению

900с ; г f (О)5z-х) dx kf ò г(1) — — --- — — + зк =о Ч „Е?г

1

° 1!

5 ю . где m — режим работы двигателя в эксплуатации.

Потенциальную энергию за один цикл испытаний определяют как

И и> 1кк

Ч кй в

z где М Äz — амплитуда изгибающего момента;

1 0® — длина коленчатого вала;

EI — изгибная жесткость коленча2 того вала, определяемая экспериментально или аналитически.

Определяют время испытания как отношение потенциальной энергии упругой деформации коленчатого вала за весь ресурс работы двигателя к потенциальной энергии sa один час испы" таний при выбранном значении амплитуды изгибающего момента, а именно как

35 V au

НС0

Ц где N — число циклов в час.

При испытании коленчатого вала необходимо в течение ц „ часов поддерживать амплитуду выбранного изгибающего момента в заданных пределах.

Если при испытаниях разрушение коленчатого вала произошло после, например, t часов испытаний, то дей45 ствительный ресурс коленчатого вала эа время работы двигателя равен:

Е4377

5 вал проработал tg 325 ч, то действительный срок службы коленчатого вала составит Т = 22500 ч.

Такйм образом, если при обычном

5 способе испытания на двигателе информацию о долговечности коленчатого вала получают через 4-5 лет работы двигателя в эксплуатации, то используя предлагаемый способ, подобную информацию получают за 1000-2000 ч, т,е. сокращается время испытания с увели" чением достоверности информации.

Формула изобретения

Способ испытания коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что коленчатый вал устанавливают на испытательную машину, нагружают переменным изгибающим 2р моментом, регистрируют количество циклов динамического нагружения и определяют предельный изгибающий момент пои базовом числе циклов, о т л и—

11 6 ч а ющий с я тем, что, с целью повышения достоверности информации о вероятностной оценке долговечности коленчатого вала и ускорения испытаний, перед испытанием определяют изгибающий момент в сечениях коленчатого вала при заданных режимах нагружения, определяют потенциальную энергию деформации коленчатого вала за весь ресурс работы двигателя при заданных режимах его работы, определяют амплитуду переменного изгибающего момента по полученному предельному значению, испытывают коленчатый вал при выбранном значении амплитуды изгибающего момента, а время испытаний определяют как отношение потенциальной энергии упругой деформации коленчатого вала за весь ресурс работы двигателя к потенциальной энергии за один час испытаний при выбранном значении амплитуды изгибающего момента.

) 437711

Составитель В. Горбунов

Техред М.Дидык Корректор В.Гирняк

Редактор А.Лежнина

Заказ 5883/4) Тираж 847 Подписное

В))ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4