Способ испытания коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1988 года по МПК G01M13/00 

nU

со

Изобретение относится к машиностроению и может быть . испо; ьзовано при проведении ускоренных испытаний коленчатого вала двигателя внутренне- го сгорания на долговечность.

Цель изобретения - повьшение достоверности информации о вероятностной оценке долговечности коленчатого вала и ускорение испытаний.

Поставленная цель достигается тем что перед испытанием определяют изгибающий момент в сечениях коленчатого вала при заданных режимах нагруже НИН, определяют потенциальную энерги деформации коленчатого вала за весь ресурс работы двигателя при заданных режимах его работы, определяют амплитуду переменного изгибаклцего момента по полученному предельному зна чению, испытывают коленчатый вал при выбранном значении амплитуды изгибающего момента, а время- испытаний определяют как отношение потенциальной энергии упругой деформации коленчато |ГО вала за весь ресурс работы двигателя к потенциальной энергии за о,цин час испытаний при выбранном значении амплитуды изгибающего момента.

Экспериментальное или анапитичес кое определение изгибагацего момента в сечениях коленчатого вала .при заданных режимах нагружсшия позволяет иметь достоверную информацию о действительных нагрузках5, при которых происходит накопление усталостных трещин, прогрессивное их развитие и разрушение коленчатого вала.

Определение потенциальной энергии деформации позволяет иметь информацию о вероятностной оценке долговечности коленчатого вала, так как коленчатый вал как упругая система при работе двигателя дефор нируется, следовательно, процесс накопления по- вреждений зависит от величины потенциальной энергии.

Определение амплитуды переменного изгибающего момента по полученному значению предельного позволяет вы- . брать такие режимы нагружения, при которых не будет пластических деформаций, а характер разрушения будет идентичен разрушению при эксплуатационных нагрузках. Кроме того, выбор максимально возможного изгибающего момента ускоряет процесс испытаний. На фиг,J показана схема испытательной машины, реализующей предла

гаемый способ испытания; на фиг.2 - схема деформации коленчатого вала под действием изгибающет о момента.

Испытательная машина (фиг.1) содержит станину I, пружины 2, коленчатый вал 3, маятники 4,, вибраторы 5, тензодатчики 6 и блок 7 контрольно- измерительной аппаратуры.

На станине I при помощи пружин 2 закреплен коленчатый вал 3. На коренных шейках коленчатый вал имеет маятники 4, один конец которых жестко соединен с шейкой Коленчатого вала, а на другом его конце размещены вибраторы 5, представляющие собой неуравновешенные массы, вращающиеся с числом М оборотов п. На эти массы действует сила инерции F. Величина изгибающего момента контролируется при noMomji тензодатчиков 6 и блока 7 контрольно-измерительной аппаратуры.

Способ осуществляют следующим образом.

Устанавливают коленчатый вал 3 на станину 1 и включают вибраторы 5, в результате чего на коленчатый вал действует изгибающий момент

М

ПЭг

F -1 -sinco t.

где F - сила инерции;

1 - длина маятника;

Ci) - угловая частота вращения неуравновешенной массы.

Выбирают произвольное значение амплитуды изгибающего момента, обычно в 1,5-2,0 раза вьш1е расчетного, и определяют число циклов до разрушения коленчатого вала. Затем уменьшают амплитуду изгибающего момента и определяют новое число циклов до разруше- ния. Если при некотором максималь|1ом значении амплитуды изгибающего момента коленчатый вал не разрушится при базовом числе циклов N5 10 , то это значение момента принимают за предельный изгибающий момент.

|

Перед установкой коленчатого вала на испытательную машину экспериментально определяют изгибающий момент в сечениях коленчатого вала на следующих режимах работы: максимальные обороты холостого хода, максимальный крутящий момент и режим номинальной мощности. Это производится путем тен- зометрирования коленчатого вала на работающем двигателе. Статическая тарировка производится нагружением на

3I4377I

величину момента, как показано на фиг.1.

Аналитически максимальный изгибающий момент определяют по формуле

М 0,5Z.a + (Р„р - РШ.)-Ь,

где а, b - величинн (фиг.1); Z Zo+Zi PU, сила, действующая на шатунную шейку отдельно выделенного колена;

Z,2,Zj,Pn,- силы от действия давления газов, сия инерции поступательно и вращательно движущихся деталей на отдельно выделенную шейку коленчатого вала; Р(р - центробежная сила инерции

противовесов.

Например, для двигателя Д-144 при максимальном давлении газов Р 8 МПа, диаметре поршня dp 11 см, а 7,8 см, b 4 см и п 2200 мин максимальный момент М„«vr 25,25

0 Н-м.

макс

Потенциальная энергия изгиба одноо

го кривошипа

кр

V

Hjdx t

с, - и 2Ё1 I IiPj I Pji;Ixrdx

kp

М, I 2Ъ

(0,5z.x) dx

EI

Z(

EI

где EI-J - изгибная жесткость коренной шейки; El2 - изгибная жесткость шатунной шейки.

Число циклов нагружения коленчатого вала четырехтактного двигателя определяют по выражению

30bJi

i iff „

где - угловая частота вращения коленчатого вала; tj; - время работы двигателя; k - число цилиндров;

60 t..k ,т,

0

f,- - плотность вероятности работы двигателя на данном режиме;

Т - срок службы коленчатого вала (ресурс двигателя). Полную потенциальную энергию деформации коленчатого вала за весь срок эксплуатации определяют по выражению

5

JK

М

Z

1 го

900Ы,

(0,5z.x)dx

EI

kf, ( ЦРпр - P4LixJ dx f

J I

где m - режим работы двигателя в эксплуатации.

Потенциальную энергию за один цикл испытаний определяют как

-, М из Ike

U,

EI

25

30

40

45

где М „J - амплитуда изгибающего момента;

Ike дпина коленчатого вала; Е1 - изгибная жесткость коленчатого вала, определяемая экспериментально или анапити- чески.

Определяют время испытания как отношение потенциальной энергии упругой деформации коленчатого вала за весь ресурс работы двигателя к потенциальной энергии за один час испытаний при выбранном значении амплитуды изгибающего момента, а именно как

t -J.J1L.

И- VU,-N

где N - число циклов в час.

При испытании коленчатого вала необходимо в течение tucn часов поддерживать амплитуду выбранного изгибающего момента в заданных пределах.

Если при испытаниях разрушение коленчатого вала произошло после, например, t часов испытаний, то действительный ресурс коленчатого вала за время работы двигателя равен:

Изобретение может быть использовано при проведении ускоренных испы.таний на долговечность. Цель изобретения - повышение достоверности информации о вероятностной оценке дол-говечности и ускорение испытаний. Перед испытаниями определяют изгибающий момент с сечением коленчатого вала (KB) при заданных режимах нагружения. Затем KB нагружают переменным изгибающим моментом и регистрируют количество циклов динамического нагруже- иия. Потенциальную энергию деформации KB определяют за весь ресурс работы двигателя при заданных режимах его работы, по полученному предельному значению определяют амплитуду переменного изгибающего момента и испытывают KB при выбранном значении амплитуды. Время испытаний определяют как отношение потенциальной энергии упругой деформации KB за весь ресурс работы двигателя к потенциальной энергии за один час испытаний при выбранном значении амплитуды изгибакице- го момента. 2 ил. сл

t rVivN

I i iTГTГ ii-5ПiL I f lp jE- p 5ldi r

- ff ilEI,, EI,.

i Например, дпя двигателя Д-144 изгибная жесткость коленчатого вала равна: Е1 - 197, 72 -ю Н-м , тогда потенциальная энергия за один цикл испытаний Уц (7539)2-0,735/19 7, 72 10 211 Нм; полная потенциальная энергия при известной плотности f ,- и сроке службы коленчатого вала Т

t rVivN

,, EI,.

i 20000 ч V эк 15,192 О Нм; а время испытания t ,„сп 15,192-10 / /211-4000-60 300 ч, при числе цик- 55 лов N 4000, так как вибратор имел частоту вращения п 2000 мин.

Так как при испытаниях коленчатого вала принимали Т 20000 ч (ty 300 ч), а фактически ксхпенчатый

ytl9g

Мизг

Ы

(f)u3.2