Методика расчёта термонапряжённого состояния корпусных деталей и поршней двигателя внутреннего сгорания – часть 2

Транспорт      Постоянная ссылка | Все категории

Рисунок 1. Блоксхема определения температур в исследуемых деталях

Теплоотвод от внутренней поверхности поршня осуществляется как в масляный туман, заполняющий картер, так и в масло. Масло поступает на внутреннюю поверхность поршня не постоянно, а парциально, через отверстие в шатуне, в которое оно, в свою очередь, попадает через коленчатый вал. Коленчатый вал имеет каналы в шатунной шейке, через которое масло из вала и поступает в шатун (см. рисунок 2).

Рисунок 2. Внутренняя геометрия колена вала и шатуна

В результате вращения вала, в процессе работы двигателя, масляные каналы в коленчатом вале и шатуне перекрываются два раза за оборот.

Расчёт коэффициента теплоотдачи на внутренней поверхности поршня во время опрыскивания его маслом проводился по формуле Э. Эккерта:

, (5)

где плотность масла, кг/м3;

U – скорость масла, м/с;

bкугол раствора клина см. рисунок 3

(для плоской поверхности =1);

x – расстояние вдоль поверхности от оси струи;

.

Рисунок 3. Семейство клиновидных тел с различными углами при вершине

Опрыскивание внутренней поверхности поршня осуществляется не всегда. Во время прекращения поступления масла через канал в шатуне теплоотвод от внутренней поверхности поршня осуществляется в масляный туман. Для определения среднего коэффициента теплоотдачи от внутренней поверхности поршня решалась задача нахождения средней скорости струи масла в зависимости от площади перекрытия масляного канала при вращении коленчатого вала. В результате решения были получены скорости масла в зависимости от величины перекрытия канала и найдены коэффициенты теплоотдачи с внутренней поверхности поршня. На рисунке 4 показано изменение среднего за оборот коленчатого вала коэффициента теплоотдачи в зависимости от расстояния от оси струи.

Подпись: Коэффициент теплоотдачи Вт/кв.м·˚КПодпись: при перекрытии каналовПодпись: среднийПодпись: Расстояние от оси струи, м

Рисунок 4. Коэффициент теплоотдачи с внутренней поверхности поршня

В результате реализации алгоритма нахождения температур деталей, представленного на рисунке 1, были определены температуры в блоке цилиндров, головке блока цилиндров, поршне (рисунок 5 и таблица 1).

Таблица 1. Сравнение замеренных и расчётных значений температур

Подпись: Изменение радиуса образующей окружностиВ третьей главе разработана методика и алгоритм для построения профиля поршня (см. рисунок 6).

Рисунок 6. Алгоритм построения профиля поршня (- контактные давления на боковой поверхности поршня на i-1, i, i+1 итерациях)

Подпись:

Рисунок 7. Исходный и деформированный вид поршня двигателя

Рисунок 8. Деформированный вид гильз цилиндров

б)

 

а)

 

Рисунок 9. Распределение контактных давлений по боковой поверхности поршня ДВС (а) – базовый поршень ЗМЗ 405.10; б) – изменённый профиль, построенный при помощи дуг окружности)

Рисунок 11. Распределение амплитуды эквивалентных напряжений в базовом поршне

Для этого рассчитаны деформации деталей двигателя ЗМЗ 405.10, а именно, головки блока цилиндров, блока цилиндров и поршня (см. рисунок 7).

Определена реальная геометрия гильз цилиндров двигателя с учётом температур, действующих в двигателе и усилий затяжки болтов крепления деталей. Для этого решалась задача совместного деформирования головки блока и блока цилиндров двигателя с учётом прокладки между сопрягаемыми деталями. При этом в расчётной модели были сохранены все силовые элементы блока цилиндров и головки. В результате расчёта НДС были получены деформации гильз цилиндров (см. рисунок 8).

Задача профилирования сводится к определению допустимой геометрии юбки поршня, при которой внешняя поверхность юбки испытывает минимальные контактные давления со стороны зеркала цилиндра, распределённые таким образом, чтобы не было пятен контакта, которые свидетельствуют о возможных «задирах» юбки поршня в процессе его эксплуатации.

Сложность решения задачи профилирования поршней состоит в том, что необходимо учитывать реальное изменение геометрии сопрягаемых деталей цилиндропоршневой группы. Это приводит к тому, что определение формы образующей профиля поршня необходимо искать итерационным методом, поскольку отследить изменение геометрии поршня при контактном его взаимодействии с деформированной гильзой цилиндра аналитическими методами невозможно. В связи с этим здесь предложено искать форму образующей профиля поршня методом последовательных приближений. При этом образующая строится не при помощи сплайна, а на базе дуг окружности, что существенно сокращает число изменяемых переменных при профилировании поршня.

В результате был построен профиль поршня, при котором снижены величины контактных давлений на внешней поверхности поршня на 26% (см. рисунок 9).

В четвёртой главе приведены результаты расчёта напряжённо – деформированного состояния и коэффициентов статической и усталостной прочности поршня с учётом его контактного взаимодействия с сопрягаемыми деталями.

Области наложения контактов на поверхностях поршня и цилиндра изображены на рисунке 10. Параметры конечно-элементных моделей деталей приведены в таблице 2. В расчёте НДС поршня использовался 10-и узловой тетраэдрический конечный элемент.

б)

 

а)

 

Транспорт      Постоянная ссылка | Все категории
Мы в соцсетях:




Архивы pandia.ru
Алфавит: АБВГДЕЗИКЛМНОПРСТУФЦЧШЭ Я

Новости и разделы


Авто
История · Термины
Бытовая техника
Климатическая · Кухонная
Бизнес и финансы
Инвестиции · Недвижимость
Все для дома и дачи
Дача, сад, огород · Интерьер · Кулинария
Дети
Беременность · Прочие материалы
Животные и растения
Компьютеры
Интернет · IP-телефония · Webmasters
Красота и здоровье
Народные рецепты
Новости и события
Общество · Политика · Финансы
Образование и науки
Право · Математика · Экономика
Техника и технологии
Авиация · Военное дело · Металлургия
Производство и промышленность
Cвязь · Машиностроение · Транспорт
Страны мира
Азия · Америка · Африка · Европа
Религия и духовные практики
Секты · Сонники
Словари и справочники
Бизнес · БСЕ · Этимологические · Языковые
Строительство и ремонт
Материалы · Ремонт · Сантехника