УДК 621.432
определение нагрузок на подшипники ДВС
,
Самарский государственный аэрокосмический университет
В статье изложены результаты определения нагрузок на подшипники ДВС. Нагрузки на подшипники определялись в среде MSC. ADAMS. Недостающие характеристики трения определялись по программе расчёта подшипника скольжения, индикаторная диаграмма рассчитывалась по программе КДАМ. Выполнено динамическое исследование для рядного и V-образного ДВС. Проведено сравнение определения нагрузок модулем ADAMS/View и по программе КДАМ. Получено хорошее совпадение результатов расчётов.
Ключевые слова: гидродинамическая теория смазки, нагрузка на подшипник, индикаторная диаграмма, двигатель внутреннего сгорания
Для работы подшипника самым благоприятным режимом является режим жидкостного трения.
Образование режима жидкостного трения является основным критерием расчёта большинства подшипников скольжения. Исследование режима жидкостного трения в подшипниках основано на гидродинамической теории смазки.
В работе рассмотрим упрощённую (без учета торцевых утечек) модель гидродинамического подшипника.
При обычных допущениях уравнение Рейнольдса и уравнение теплового баланса имеют вид:
где h – толщина смазочного слоя, h0 – толщина смазочного слоя при dp/dx = 0,
р – гидродинамическое давление, t – температура смазки, U – скорость скольжения,
х – координата в окружном направлении,
м – динамическая вязкость смазки, с – теплоемкость смазки, с – плотность смазки.
Для расчёта подшипников необходимо определить нагрузки (реакции в шарнирах).
На подшипники в поршневых двигателях действуют переменные нагрузки. Большинство авторов не комментирует методы расчёта нагрузок на подшипники, считая их заданными.
В работе рассмотрены две программы расчёта нагрузок на подшипники двигателей внутреннего сгорания (ДВС).
На сегодняшний момент наиболее перспективным методом исследование кинематики и динамики механизмов ДВС является использование специального инженерного пакета, такого как ADAMS [1], который распространяется на льготных условиях для некоммерческого использования в университетах.
Для определения реакций в шарнирах модулем ADAMS/View необходимо вводить в программу характеристики трения в подшипниках и силы давления газов в цилиндре, которые рассчитываются сторонними программами.
Индикаторная диаграмма для двух - и четырёхтактных ДВС может быть рассчитана программой КДАМ (кинематический и динамический анализ механизмов), разработанной на основе метода векторных модульных моделей на кафедре основ конструирования машин СГАУ [2]. Индикаторная диаграмма для четырёхтактного ДВС показана на рис. 1.
Давление газов на поршень рассчитывается в любой момент времени с учетом: диаметра поршня, степени сжатия, коэффициента прироста давления, фаз газораспределения, угла опережения зажигания.
К достоинствам метода векторных модульных моделей можно отнести достаточную простоту и универсальность потому, что любую кинематическую схему (рядный, V-образный, звездообразный двигатель и т. д.) можно отобразить модульной векторной моделью.
Кинематический и динамический анализ был выполнен на примере двух видов механизмов ДВС: V-образного и рядного.
Для примера на рис. 2 показана векторная модель V-образного двигателя, выполненная в среде КДАМ, на рис. 3 показано моделирование этого же двигателя в среде ADAMS/View.
Выполнено сравнение результатов расчёта модуля ADAMS/View и программы КДАМ, также было выполнено графическое исследование.
При сравнении кинематических характеристик получено хорошее совпадение результатов расчёта кинематических характеристик.
Рис. 1. Индикаторная диаграмма.
Рис. 2. Векторная модель V-образного
ДВС, выполненная в среде КДАМ
На рис. 4-7 показано сравнение реакций в трибосопряжениях: цилиндр-поршень (рис. 4); поршень-шатун (рис. 5); шатунный подшипник (рис. 6); коренной подшипник (рис. 7) в зависимости от угла поворота кривошипа.
Рис. 3. Модель V-образного ДВС,
выполненная в среде ADAMS
Рис. 4. Сравнение реакции
цилиндр-поршень.
Рис. 5. Сравнение реакции поршень-шатун.
Рис. 6. Сравнение реакции
для шатунного подшипника
Рис. 7. Сравнение реакции
для коренного подшипника.
Модуль ADAMS/View позволяет проводить уточнённые расчёты с учётом трения и деформаций и исследовать реальные объёмные модели ДВС (рис. 8).
При проектировочных расчётах удобнее и проще пользоваться программой КДАМ, которая позволяет быстрее находить необходимый вариант параметров конструкции ДВС.
Рис. 8. Исследование 3-D модели ДВС.
Список литературы
Иванов, А. А. MSC. ADAMS: теория и элементы виртуального конструирования и моделирования: Учебное пособие / – М.: Московское представительство MSC. Software GmbH, 2003. 97 с. Косенок, КДАМ (Кинематический и динамический анализ механизмов): свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 000 / , – Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 24 сентября 2010.
ТHE RESULTS OF DETERMINING THE LOAD BEARING ENGINE
V. P. Tukmakov, B. B. Kosenok
Samara State Aerospace University
The article presents the results of determining the load bearing engine. Bearing loads were determined in the medium MSC. ADAMS. Missing friction characteristics were determined by the program of calculation of a plain bearing, the indicator diagram was calculated by the program KDAM. Skill dynamic study for inline and V-type engine. A comparison of the definition of loads module ADAMS / View and the program KDAM. A good agreement between the results of calculations.
Key words: hydrodynamic theory of lubrication, load on the bearing, the display diagram, internal combustion engine.
