Способ испытания двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1984 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к двигателестроению, и касается испытаний поргиневых двигателей внутреннего сгорания на надежность при их вибрации.

Известны способы испытания двигателя внутреннего сгорания на стенде с упругой подвеской путем работы двигателя на заданных режимах, заключающиеся в том, что на каждом из режимов подсоединяют к подвижным массам стенда дополнительные грузы для изменения вибрационных характеристик работы.

Указанные стенды позволяют оценить усталостную долговечность деталей, расположенных, главным образом, снаружи двигателя, например кронштейнов крепления навесных агрегатов, топливопроводов высокого давления и т.п. til .

Однако такие стенды не позволяют оценить усталостную долговечность таких деталей кривошипно-шатунногй механизма, как шатунные болты, которые лимитируют в большей мере надежность тракторных двигателей в условиях эксплуатации.

Целью изобретения является приближение условий испытания дйигателя к эксплуатационным путем усиления влияния вибраций на нагрузки в шатунных болтах.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу испытания двигателя внутреннего сгорания на стенде с упругой подвеской путем работы двигателя на заданных режимах, заключающемуся в том, что на каждом из режимов подсоединяют к подвижным массам стенда дополнительные грузы для изменения вибрационных характеристик работы, дополнительные грузы присоединяют к шатунам двигателя, причем центр тяжести каждого груза совмещают с центром тяжести соответствующего шатуна.

На фиг, 1 представлена схема стенда, позволяющего реализовать предлагаемый способ испытания ДВС, общий вид; на фиг. 2 - узел I на фиг,1 (повернутый на 90 вокруг своей продольной оси); на фиг. 3 - схема, поясняющая предложенную конструкцию стенда.

На основании 1 стенда закреплены стойки 2 с подвесками 3 и опорной рамой 4, Двигатель 5 установлен на опорной раме 4 подвески и соединен посредством упругой муфты б и карданного вала 7 через промежуточную опору 8 с нагрузочным устройством 9. Между основанием 1 и промежуточной опорой 8 установлена прокладка 10 для центрирования полул уфт упругой муфты 6. На шатуне 11 (фиг. 2),. содержащем крышку 12 разъемной головки, шатунные болты,13 и шатунный подгиипник 14, в его центре тяжести 15 закреплен вибро.возбудитель 16,выполненнкй в виде груза, причем центры тяжести шатуна и виброво.збудителя совпадают. В точке А (фиг. 3), являющейся центром шатунного подшипника 14, шатун 11 соединен с коленчатым валом 17.

В точке В шатун 11 соединен с поршнем 18. Точка О является центром вращения коленчатого вала, направление его вращения указано стрелкой.

При работе двигателя 5 шатун 11 совершает сложное плоскопараллельное движение. Шатунные болты при этом нагружены усилием предварительной затяжки, максимально допустимое значение которого определяется из условия обеспечения запаса прочности материала шатунных болтов по пределу текучести.

. Значение запаса прочности по пределу текучести для ответственных резьбовых соединений определяется из выражения

.-

где впр - приведенное напряжение

(2)

где р Рздт /F - напряжение растяжения шатунных болтов при затяжке ;

- осевое усилие предварительной затяжки болтов; Р - площадь поперечного сечения

стержня болтов; t- касательное напряжение в

стержне болтов от скручивани при затяжке

5J3 (3)

где Мр - момент трения в резьбе при затяжке болтов.

-f%/) U)

Подставляя в уравнение С2)

выражения G) и (4), получим

n.(H

Преобразуя уравнение (5) путем подстановки (fni / выраженного из уравнения Cl) , получаем

(6)

-

0,1 d:

Кроме усилия предварительной затяжки шатунные болты нагружены силами инерции возвратно-поступатель65 но и вращательно движущихся масс деталей кривошипно-шатунного механизма, определяемыми из выражения Р-зр-Ц п.к.-тшл)(о11Ч|ппш,«.-п1, ( 7) ;где Pj. - силы инерции возвратнопоступательно и вращатель но движущихся масс. Масса вибровозбудителя выбирается |ИЭ условия, что обусловленные ею составляющие сил инерции Рвмвр и Р wet/ (фиг, 3 совместно с силами инерции возвратно-поступательно и вращательно движущихся масс обеспечивают- наиболее жесткие условия ра боты шатунных брлтов. Для определения J этой массы уравнение i(7) приводится к виду 1 р-{С1Паи Кл а,Пвй8р)().е ( 8) « а«вО-(.( где 1 -., Г J3 - коэф фициенты, определяемые с помощью 9-Qr л4Щ

де i О-т f

количество шатунных болтов в шатуне; предел текучести материала шатунных болтов; коэффициент предваритель ной затяжки шатуннЕлх болтов, обеспечивающий плотность стыка разъемной головки шатуна;

id) номинальная угловая скорость вращения коленчатого вала:,

« радиус кривошипа коленчатого вала; У т-запас прочности по пределу текучести материала шатунНЕЛх болтов;

d диаметр стержня шатунных болтов;

i-средний диаметр редьбы шатунных болтов; . шаг резьбы шатунных болтов;

,V« коэффициент трения в резьбе шатунных болтов; д.е/Е:,е длина шатуна; масса деталей кривсяпипноnf n,k шатунного механизма, совершающих возвратно-поступательное движение;

wa.ir часть массы шатуна, отне-. сенная к возвратно-поступательно движущимся массам; часть массы шатуна, -отнеm

UJ.t сенная к вращающимся массам деталей кривошипно-шатунного механизма;

W

- масса крышки шатуна:,

«..р. 1тц - масса шатуна.

Для двигателя А-41, выпускаемого Алтайским моторостроительным производственным объединением, имеющего

5 следующие конструктивные параметры: tj 2 шт; (3т 932 МПа С кгс/мк стали 40ХН2МА по ГОСТ 4543-7 1} 1,1; ) 183,17 рад/с; мм Й1- 1,05; а 13,6 мм; cti 15,02бмм)

0 S 1,5 мм; М 0,1; 0- 0,264; . 265 мм; гпд. 4,181 кг; .п. 1,49 кг; чпш.к. 2,76 кг; ш 1Ц) 1,035 кг; глщ 4,25 кг, масса вибровозбудителя составляет 0,2 кг.

5

Применение способа позволяет создать поперечные колебания шатуна за счет возникновения составляющей сил инерции Ршу f действукндей перпендикулярно к оси шатуна. Наличие этой составляющей создает значительные

@ напряжения изгиба в шатунных болтах и тем самым приближает условия их испытаний к эксплуатационным.

Ко всему прочему, составляюг1ая сил инерции вибр о воз будите л я Рвивр

5 направленная вдоль оси шатуна, увеличивает нагрузки на вкладыши шатунного подшипника 14.

0

Совмещение центров тяжести шатуна и дополнительного груза позволяет наиболее точно, по аналитическим зависимостям, учитывать влияние сил инерции, обусловленных его действием, на прочность шатунных болтов.

5 формул приведения .фактической массы (ша.туна к динамичес2 и эквивалентной |двухмассовой системе. Далее, преобразуя уравнение (8)), получаем ; . ) , .Л Наиболее жесткие условия работы шатунных болтов обеспечиваются при выполнении условия - г- ivi При этом для обеспечения нераскрытия стыка разъемной головки шатуна |величина внешней нагрузки уменьшается за счет коэффициента f if PaftT (9) выраПодставляя в уравнение жения 1 Л и (6) , получаем , - ()(тпд.+мшл) - nntp

Применение способа позволяет значительно приблизить условия испытаний шатунных болтов к эксплуатационным, оценить надежность шатунных болтов при максимальном использовании прочностных свойств их материала, что особенно важно для выявления возможности форсирования поршневых двигателей внутреннего сгорания по скоростному режиму.

СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ на стенде с упругой подвеской путем работы двигателя на заданных режимах, заключающийся в том, что на каждом из режимов подсоединяют к подвижным массам стенда дополнительные грузы для изменения вибрационных характеристик работы, отличающийс я тем, что, с целью приближения условий испытаний к эксплуата- ционным путем усиления влияния вибраций на нагрузки в шатунных болтах, дополнительные грузы присоединяют к шатунам двигателя, причем центр тяжести каждого груза совмещают с центром тяжести соответствующего шатуна. (Л :D :о -ц

Фиг Z

Фиг.З