ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА СУДОВОГО ДИЗЕЛЯ НА ОСНОВЕ КОНТРОЛЯ МИКРОГЕОМЕТРИИ ЕГО ПОВЕРХНОСТЕЙ

Введение…………………………………………………….………….......... 4
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ……….……..... 8
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА КОНЦЕНТРАЦИЮ НАПРЯЖЕНИЙ ………………………..... 14
2.1. Параметры шероховатости поверхности и их измерение …..………. 14
2.2. Влияние шероховатости на концентрацию напряжений .…….…....... 15
2.3. Исследование шероховатости поверхности натурных коленчатых валов..……………….…………........……………….…………........…..…… 20
2.4. Выводы по разделу..……………….…………........……………….…… 25
3. ДОЛГОВЕЧНОСТЬ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ …………………………. 26
3.1. Анализ видов и причин разрушения коленчатых валов .….…............. 26
3.2. Расчёт напряженно-деформированного состояния коленчатых валов.............……………….…………………........……………….…………... 28
3.3. Концентрация напряжений в коленчатых валах .………...................... 39
3.4. Прогнозирование долговечности коленчатых валов дизельных двигателей….….……………….…………………........……………….……… 44
3.5. Выводы по разделу..……………….…………........……………….…… 48
4. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ РАСЧЕТА КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ ……………………………………………….. 50
4.1. Общие положения о конечных элементах стержневых систем .......... 50
4.2. Модель усталостного разрушения в МКЭ…………………………….. 51
4.3. Выбор эквивалентного стержня………………………………………... 53
4.4. Получение матричных соотношений для стержневых систем в МКЭ 56
4.5. Выводы по разделу..……………….…………........……………….…… 58
5. АНАЛИЗ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.......................................... 59
5.1. Обоснование применяемых методов ……………………………...…... 59
5.2. Рекомендации по мониторингу шероховатости поверхностей коленчатых валов ………………………………………………………………….. 62
5.3. Алгоритм работы программы расчёта концентрации напряжений …. 62
5.4. Расчёт концентрации напряжений по профилограмме при помощи метода конечных элементов ….……………………………………….…….
65
5.5. Выводы по разделу..……………….…………........……………….…… 69
Основные выводы по работе……………………………………….….......... 70
Список использованных источников………………………………….…… 71

Весь текст будет доступен после покупки

Одной из основных тенденций развития машиностроения в настоящее вре-мя является повышение эксплуатационных характеристик и ресурса элементов машин путём оптимизации конструктивных параметров. Возрастающая интен-сивность использования машин и нагружения их ответственных элементов с од-новременной тенденцией к снижению массы и материалоёмкости обусловливает высокие требования к материалам. Применение современных материалов в большинстве случаев приводит к росту себестоимости изделий, в связи с чем основным направлением оптимизации является совершенствование технологии изготовления деталей, позволяющей повысить надёжность и долговечность наиболее ответственных узлов машин, к которым, в частности, относятся и двигатели внутреннего сгорания.
Традиционные методы расчета коленчатых валов позволяют находить лишь коэффициенты запаса прочности, не учитывая рассеяние характеристик прочности, случайный характер нагрузок. Использование классических методов определения остаточных напряжений в концентраторе напряжений требует применения громоздкого математического аппарата и не менее трудоёмких экспериментов.
Публикации по теме диссертации отечественных и зарубежных исследова-телей показывают, что проблеме определения концентрации напряжений от ше-роховатости в последнее время уделяется недостаточно внимания, что связано со сложностью данной проблематики и трудностями как теоретического, так и экспериментального характера.
Для решения проблем долговечности коленчатых валов проводятся многочисленные исследования, направленные на уточнение конструктивных параметров коленчатого вала на этапе его проектирования и изготовления. Однако мониторингу состояния коленчатого вала при эксплуатации отводится гораздо меньше внимания. Шероховатость поверхности в значительной степени определяет сопротивление усталости деталей и её значение возрастает в процессе эксплуатации, снижая долговечность коленчатого вала.

Весь текст будет доступен после покупки

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Коленчатый вал является ответственным элементом судовых дизелей, к которому предъявляют высокие требования по надежности и долговечности как при изготовлении, так при эксплуатации и ремонте. Работа коленчатых валов протекает в условиях переменных нагрузок. При работе коленчатый вал нагружается силами давления газов и инерции, возникающих в кривошипно-шатунном механизме, а также от внешних противовесов (если они имеются).
Опыт многочисленных испытаний коленчатых валов на усталость и анализ данных эксплуатации свидетельствует, что наибольшее количество поломок но-сит усталостный характер. Наибольшее количество поломок валов происходит по щекам с очагом зарождения трещины в галтелях при переходе от шатунной шейки в щеку. Основной причиной таких поломок является высокая концентрация напряжений в галтелях из-за их малого радиуса, подрезов при обработке или повышенной шероховатости.
Усталостные разрушения являются наиболее распространенным видом ме-ханических повреждений деталей и конструкций. Усталостные разрушения обычно возникают на поверхности, где образуются микротрещины. Большая часть разрушений начинается с зарождения трещин на впадинах микрорельефа поверхности.
Определение концентрации напряжений
В исследованиях [к37, 63, 117, 121, 135, 183] определялось влияние видов концентраторов, их резкости и размеров на распределение остаточных напряжений в опасных зонах. Результаты определения остаточных напряжений подтверждалось испытаниями на усталость.
Авторы [114] провели обширный обзор литературы о влиянии дефектов, включений и неоднородностей на сопротивление усталости прочность и суще-ствующие модели. Авторы классифицируют различные подходы на три катего-рии: эмпирические модели, модели, основанные на теоретическом коэффициенте усталости, и модели механики разрушения. Многие из них можно использовать для определения поведения образцов с царапинами, трещинами или засечками.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Аронович В.В. Раскрытие статической неопределимости коленчатого вала на упругих опорах // Тр. Горьк. ин - та инж. водн. трансп., т. VII. - Горький: Речиздат, 1940. С. 30-35.
2. Барлам Д.М., Нахмейн E.JI. Расчет коленчатого вала как пространственной стержневой конечно - элементной системы // Двигателестроение, 1984, № 8.-С. 10-20.
3. Бейлин Е.А. К расчету тонкостенных криволинейных стержней. - В кн.: Механика стержневых систем и сплошных сред / Сб. тр. ЛИСИ, № 57.-Л., 1968, с.5-18.
4. Биргер H.A. Детерминированные и статистические модели долговечности // Проблемы прочности летательных аппаратов: Сб. статей / Под ред. И.Ф. Образцова, A.C. Вольмира. - М.: Машиностроение, 1985. - 280 с.
5. Биргер И.А. Детерминированные и статистические модели усталости // Проблемы прочности, 1982, № 4. - С. 24 - 28.
6. Биргер И.А. и др. Конструкционная прочность материалов и деталей га-зотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1981.-221 с.
7. Биргер И.А. Применение теории случайных процессов для описания разрушения // Прочность материалов и конструкций: Сб. работ. - Киев: Наукова думка, 1975.-С. 297-314.
8. Болотин В.В. Статистические методы в строительной механике. - М.: Стройиздат, 1965. - 279 с.
9. Булыгин Ю.С., Ройфберг Е.М., Таранта В.А. Состояние и перспективы по-вышения усталостной прочности коленчатых валов двигателей тракторов и сельхозмашин. - ЦНИИТЭИ тракторосельхозмашин. М., 1974. - 60 с.
10. Бурман З.И., Лукашенко В.И., Тимофеев М.Т. Расчет тонкостенных подкрепленных оболочек методом конечных элементов с применением ЭЦВМ /Под общ.ред. А.П.Филина. -Казань: Изд. Казанск. унив-та,1973.-570с.
11. Городецкий A.C., Заворицкий В.И., Лантух-Лященко А.И, Рассказов А.О. Метод конечных элементов в проектировании транспортных сооружений. - М.: Транспорт, 1981.- 143c.
12. Гоц А.Н. Детерминированные модели усталостной долговечности деталей ДВС // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1997. - № 10. - С. 19-21.
13. Гоц А.Н. Модели усталостной прочности и долговечности деталей ДВС // Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС: Материалы VI Междунар. науч. - практ. семинара. Владим. гос. Ун-т. - Владимир, 1997. - С. 84 - 96.
14. Двигатели внутреннего сгорания. Кн. 2. Динамика и конструирование // В.Н. Луканин, И.В. Алексеев, М.Г. Шатров и др.; Под ред. В.Н. Луканина. М.: Высшая школа, 1995. - 320 с.
15. Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчёт на прочность поршневых и комбинированных двигателей // Д.Н. Вырубов, С.И. Ефимов, И.А. Иващенко, М.Г. Круглов и др.; Под ред. A.C. Орлина, М.Г. Круглова. М.: Машиностроение, 1984. - 384 с.
16. Дихтярь Л.И., Игнатьков Д.А., Андрейчук В.А., Лялякин В.П. Долговечность коленчатых валов двигателя Д-50 тракторов Т-54В // Повышение прочности деталей сельскохозяйственной техники: Труды КСХИ. - Кишинев, 1974. - Т. 112. - С. 71 - 74.
17. Дульнев P.A. Суммирование повреждений и условие прочности при термоциклическом повреждении // Проблемы прочности, 1971, № 10. - С. 100-101.
18. Дунин-Барковский И.В., Карташова А.Н. Измерения и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности. М.: Машиностроение, 1978. – 232 с.
19. Игнатьков Д.А. Усталостная прочность коленчатых валов автотракторных двигателей. - В кн.: Повышение прочности деталей сельскохозяйственной техники: Труды КСХИ. - Кишинев, 1974. - Т. 112. - С. 53 - 62.
20. Ики Т., Такагаки И. Влияние формы на коэффициенты концентрации напряжений при изгибе кривошипов коленчатых валов // Найнэн кикан, 1964, т. 3, №25.-С. 9-21.

Весь текст будет доступен после покупки