Способ оценки технического состояния сопряженных деталей
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к технической диагностике акустическим методом, и может быть использовано для контроля деталей клапанного механизма двигателя внутреннего сгорания. Заявленный способ направлен на повышение точности и достоверности контроля оценки технического состояния сопряженных деталей поршневой машины, снижение трудоемкости диагностирования. Способ оценки технического состояния сопряженных деталей поршневой машины заключается в том, что определяют утечку воздуха через сопряжение деталей и строят диаграмму изменения микронеровностей и площади контакта при различной утечке воздуха, затем возбуждают гармонические колебания на собственных частотах, форма которых задается уравнением
где S, V, U, Т - функции Крылова;
Вm - корень характеристического уравнения;
x - координаты по продольной оси детали, м;
А - постоянный коэффициент, определяемый из граничных условий;
l - длина детали, м;
m - 1, 2, 3,...
Определяют смещение частоты собственных колебаний и интенсивность волны на частоте собственных колебаний при распространении упругих волн через слой, образованный микронеровностями сопряженных поверхностей. Если смещение частоты собственных колебаний и интенсивность волны на частоте собственных колебаний лежит вне зоны допустимых значений, сопряжение не обеспечивает заданную степень герметичности. 7 ил.
Изобретение относится к технической диагностике акустическим методом и может быть использовано для контроля деталей клапанного механизма двигателя внутреннего сгорания.
Известен способ оценки технического состояния сопряженных деталей поршневой машины (патент РФ №2166743, МПК G 01 М 15/00, 2001), заключающийся в том, что на неработающем двигателе возбуждаются гармонические колебания в базовой детали на собственных частотах, форма которых задается уравнением
где S, V, U, Т - функции Крылова;
Вm - корень характеристического уравнения;
x - координаты по продольной оси детали, м;
А - постоянный коэффициент, определяемый из граничных условий;
l - длина детали, м;
m - 1, 2, 3,...
и определяется амплитуда ударных импульсов.
Недостатком этого способа является низкая точность и достоверность контроля, а также большая трудоемкость его реализации, так как необходимо применять специальное устройство для создания знакопеременной нагрузки. Задача заявленного изобретения направлена на повышение точности и достоверности контроля оценки технического состояния сопряженных деталей поршневой машины, снижение трудоемкости диагностирования. Задача заявленного изобретения достигается тем, что в способе оценки технического состояния сопряженных деталей поршневой машины, заключающемся в том, что определяют утечку воздуха через сопряжение деталей и строят диаграмму изменения микронеровностей и площади контакта при различной утечке воздуха, затем возбуждают гармонические колебания на собственных частотах, форма которых задается уравнением
где S, V, U, Т - функции Крылова;
Вm - корень характеристического уравнения;
х - координаты по продольной оси детали, м;
А - постоянный коэффициент, определяемый из граничных условий;
l - длина детали, м;
m - 1, 2, 3,...
при этом с целью повышения точности диагностирования сопряженных поверхностей определяют смещение частоты собственных колебаний и интенсивность волны на частоте собственных колебаний.
На фиг.1 показана схема распространения волн.
На фиг.2 показана диаграмма изменения площади контакта b от высоты микронеровностей поверхности h герметизирующей поверхности при утечке воздуха Q=2 см3/мин и Q=4 см3 /мин.
На фиг.3 показан график приращения частоты собственных колебаний от высоты микронеровностей поверхности.
На фиг.4 показан график изменения интенсивности волны I на частоте собственных колебаний от площади контакта b.
На фиг.5 показана диаграмма изменения параметров акустического сигнала при величине утечки воздуха 2 см3/мин и 4 см3/мин.
На фиг.6 представлено устройство для диагностирования сопряженных деталей.
На фиг.7 представлен график диагностических параметров (частоты собственных колебаний 
f и интенсивность волны I).
Сущность способа заключается в том, что при прохождении упругих волн через контактный слой, образованный микронеровностями сопряженных поверхностей, изменяются их параметры, что приводит к сдвигу частот отдельных резонансов. При этом волны распространяются только через зоны контакта сопряжения, вне зон контакта они практически полностью отражаются. Схема распространения волн показана на фиг.1. Выступы контактирующих поверхностей представляют собой совокупность N осцилляторов. Интенсивность волны, излучаемая одним осциллятором, пропорциональна квадрату частоты f и квадрату амплитуды А колебаний
Ii~А 2f2
и определяется выражением [1]:
где А - амплитуда колебаний, дБ;
f - частота колебаний, Гц:
- плотность среды, кг/м3;
с - скорость распространения волны в среде, м/с.
Интенсивность волны I, прошедшей через зону контакта, равна сумме интенсивностей волн, излучаемых всеми осцилляторами:
и пропорциональна площади контакта сопряжения S:
I~S.
Чем больше площадь контакта сопряженных поверхностей, тем больше энергия волн, распространяющихся через зону контакта. Известно, что утечка воздуха через сопряженные поверхности зависит от микрогеометрии контактирующих поверхностей и определяется высотой микронеровностей и фактической площадью контакта [2]. Для осуществления способа сначала на нескольких образцах сопряженных деталей определяют утечку воздуха Q через сопряжение при давлении 0,15 МПа в зависимости от высоты микронеровностей h и площади контакта b и строят диаграмму изменения микронеровностей h и площади контакта b при различной утечке воздуха Q. На фиг.2 показана диаграмма изменения площади контакта b от высоты микронеровностей поверхности h герметизирующей поверхности при утечке воздуха Q=2 см3/мин и Q=4 cм3/мин.
Затем в клапане возбуждают колебания с частотой собственных колебаний и определяют смещение частоты собственных колебаний и интенсивность волны на частоте собственных колебаний при распространении упругих волн через слой, образованный микронеровностями сопряженных поверхностей. На фиг.3 показан график приращения частоты собственных колебаний от высоты микронеровностей поверхности; на фиг.4 - график изменения интенсивности волны I на частоте собственных колебаний от площади контакта b.
Значения высоты микронеровностей h и площади контакта b при различной утечке воздуха Q сопоставляют со значениями параметров акустического сигнала. На фиг.5 показана диаграмма изменения параметров акустического сигнала при величине утечки воздуха 2 см3/мин и 4 см3/мин.
В качестве реализации предложенного способа рассмотрим определение технического состояния сопряжения седло - клапан двигателя КамАЗ 740, утечка воздуха через которое не должна превышать 3,6 см 3/мин [3].
Способ осуществляется следующим образом. В клапане 2, прижимаемом к головке блока цилиндра пружиной 5, с помощью вибратора 1 возбуждаются упругие колебания на частоте собственных колебаний клапана. Частота колебаний вибратора задается с помощью звукового генератора 7. Датчиками 3, 4 воспринимается упругая волна, вызванная колебаниями частиц среды только в зонах контакта клапана и головки блока цилиндра 6. Сигнал с датчиков поступает в спектроанализатор 8. В ходе измерения определяется интенсивность колебаний, воспринимаемая датчиком, и смещение резонансного максимума на частоте собственных колебаний клапана, затем по диаграмме определяется техническое состояние сопряжения. Устройство для диагностирования сопряженных деталей показано на фиг.6.
На фиг.7 представлен график диагностических параметров (частоты собственных колебаний f и интенсивность волны I). На фиг.7 видно, что когда значения диагностических параметров - смещение частоты собственных колебаний f и интенсивность волны I на частоте собственных колебаний лежат вне области допустимых значений (эта область на фиг. 7 заштрихована), сопряжение не обеспечивает заданную степень герметичности.
Источники информации
1. Лепендин Л.Ф. Акустика. - М.: Высшая школа, 1978, с. 132-171.
2. Хрущев М.М. Классификация условий и видов изнашивания деталей машин. Сб. Теория, трение и износ в машинах. Т.8. - М., 1963, с. 78-93.
3. Титунин Б.А., Старостин Н.Г., Мушниченко В.М. Ремонт автомобилей КамАЗ. - Л.: Агропромиздат, Ленинградское отделение, 1987, с. 147-148.
Формула изобретения
Способ оценки технического состояния сопряженных деталей поршневой машины, заключающийся в том, что определяют утечку воздуха через сопряжение деталей и строят диаграмму изменения микронеровностей и площади контакта при различной утечке воздуха, затем возбуждают гармонические колебания на собственных частотах, форма которых задается уравнением
где S, V, U Т - функции Крылова;
Вm - корень характеристического уравнения;
x - координаты по продольной оси детали, м;
А - постоянный коэффициент, определяемый из граничных условий;
l - длина детали, м;
m- 1, 2, 3,...,
определяют смещение частоты собственных колебаний и интенсивность волны на частоте собственных колебаний при распространении упругих волн через слой, образованный микронеровностями сопряженных поверхностей, причем, если смещение частоты собственных колебаний и интенсивность волны на частоте собственных колебаний лежит вне зоны допустимых значений, сопряжение не обеспечивает заданную степень герметичности.
РИСУНКИ
