Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Глава 2. Повышение надежности кривошипно-шатунного механизма.
1. Введение
Терминология по надежности в технике распространяется на любые технические объекты - изделия, сооружения и системы, а также их подсистемы, рассматриваемые с точки зрения надежности на этапах проектирования, производства, испытаний, эксплуатации и ремонта. В качестве подсистем могут рассматриваться сборочные единицы, детали, компоненты или элементы. При необходимости в понятие "объект" могут быть включены информация и ее носители, а также человеческий фактор.
Понятие "эксплуатация" включает в себя, помимо применения по назначению, техническое обслуживание, ремонт, хранение и транспортирование.
Термин "объект" может относиться к конкретному объекту, и к одному из
представителей, в частности, к наугад выбранному представителю из серии, партии или статистической выборки однотипных объектов. На стадии разработки термин "объект"применяется к наугад выбранному представителю из генеральной совокупности объектов.
Границ понятия "надежность" не изменяет следующее определение: надежность - свойство объекта сохранять во времени способность к выполнению требуемых функций в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.
Это определение применяют тогда, когда параметрическое описание нецелесообразно (например для простейших объектов, работоспособность которых характеризуется по типу "да-нет") или невозможно (например для систем "машина-оператор", т.е. таких систем, не все свойства которых могут быть охарактеризованы количественно).
К параметрам, характеризующим способность выполнять требуемые функции, относят кинематические и динамические параметры, показатели конструкционной прочности, показатели точности функционирования, производительности, скорости и т.п. С течением времени значения этих параметров могут изменяться.
Надежность - комплексное свойство, состоящее в общем случае из безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Например для неремонтируемых объектов основным свойством может являться безотказность. Для ремонтируемых объектов одним из важнейших свойств, составляющих понятие надежности, может быть ремонтопригодность.
Для объектов, которые являются потенциальным источником опасности, важными понятиями являются "безопасность" и "живучесть". Безопасность - свойство объекта при изготовлении и эксплуатации и в случае нарушения работоспособного состояния не создавать угрозу для жизни и здоровья людей, а также для окружающей среды. Хотя безопасность не входит в общее понятие надежности, однако при определенных условиях тесно связана с этим понятием, например, если отказы могут привести к условиям, вредным для людей и окружающей среды сверх предельно допустимых норм.
Понятие "живучесть" занимает пограничное место между понятиями "надежность" и "безопасность". Под живучестью понимают свойство объекта, состоящее в его способности противостоять развитию критических отказов из дефектов и повреждений при установленной системе технического обслуживания и ремонта, или свойство объекта сохранять ограниченную работоспособность при воздействиях, не предусмотренных условиями эксплуатации, или свойство объекта сохранять ограниченную работоспособность при наличии дефектов или повреждений определенного вида, а также при отказе некоторых компонентов. Примером служит сохранение несущей способности элементами конструкции при возникновении в них усталостных трещин, размеры которых не превышают заданных значений.
Существенное влияние на надежность кривошипно-шатунного механизма оказывают вибрации, вызванные неуравновешенностью поступательно вращательно движущихся масс в двигателе.
Снижение виброактивности возможно за счёт как улучшения подвески силового агрегата (СА), так и уменьшения возмущений от самого двигателя. Эти возмущения определяются действием сил и моментов. Силы, возникающие при работе автомобильных и тракторных двигателей, можно разделить на два вида:
а) уравновешенные;
б) неуравновешенные.
Уравновешенными силами называют силы, которые при их суммировании не дают свободного момента и равнодействующая которых равна нулю. К таким силам относятся силы давления газов в цилиндре двигателя и силы трения.
К неуравновешенным силам относятся силы, которые передаются на опоры двигателя, а именно:
Во всех автомобильных и тракторных поршневых двигателях возникает переменный реактивный момент MR, при любом положении коленчатого вала равный по величине, но противоположный по направлению крутящему моменту М. В обычных автомобильных и тракторных двигателях этот момент уравновесить невозможно и во время работы он всегда передается на раму автомобиля или трактора.
Неуравновешенные силы, переменные по величине и направлению, могут вызвать вибрации как двигателя, так и всего автомобиля или трактора, причем наибольшие сотрясения вызываются силами инерции вращающихся и возвратно-поступательно движущихся масс двигателя.
С увеличением равномерности крутящего момента двигателя (следовательно, и реактивного момента) вибрации двигателя, зависящие от этого момента, уменьшаются.
Неуравновешенные силы, постоянные по величине и направлению, вибраций двигателя не вызывают.
Вибрации двигателя при недостаточной жесткости его деталей
могут возникнуть также под действием переменных сил давления
газов. Эти вибрации устраняются увеличением жесткости деталей двигателя.
Для устранения отрицательных последствий, связанных с
наличием вибраций, двигатель должен быть динамически уравновешен.
Динамическое уравновешивание или просто уравновешивание двигателя заключается в создании такой системы сил, в которой равнодействующие силы и моменты этих сил постоянны по величине и направлению или равны нулю.
Уравновешивание современных автомобильных и тракторных двигателей можно осуществить двумя способами:
новых сил, в любой момент времени равных по величине, но противоположных по направлению основным уравновешиваемым силам).
Очень часто оба эти способа применяются одновременно. В полностью уравновешенном двигателе при установившемся режиме работы силы, передаваемые на его опоры, постоянны по величине и направлению или равны нулю.
Вследствие того, что в автомобильных и тракторных поршневых
двигателях всегда имеет место неравномерность крутящего момента, полное уравновешивание этих двигателей невозможно.
Рисунок 1. - Обобщенная схема кривошипно-шатунного механизма двигателя
2. Расчет уравновешенности двухцилиндрового двигателя
|
Рисунок 2. - Схема коленчатого вала двухцилиндрового двигателя с кривошипами под углом 3600. |
В соответствии с обобщенной схемой (рис. 1) получаем следующие параметры:
Принимаем: a = 89 мм; r = 35,5 мм = 0,00355 м; λ = 0,26;
mr = 1,445 кг; ω = 523,3 ; mп = 0,58 кг;
где,
ε- угол наклона цилиндров относительно вертикальной продольной плоскости;
φ- угол между кривошипами i-го и первого цилиндров;
– расстояние между серединами i -го и первого кривошипов;
а- расстояние между серединами кривошипов;
r- радиус кривошипа;
λ- отношение
mr - масса кривошипа и отнесенных к нему частей, приведенная к его радиусу;
ω- угловая скорость коленчатого вала двигателя;
mп- соответственно масса поступательно движущихся деталей.
Находим значения косинусного и синусного коэффициентов
Вертикальная и горизонтальная составляющие центробежной силы инерции
Pcв = 2mrrω2cosφ = 2∙1,445∙0,00355∙523,32∙1 = 2,81 кН
Pcr = 2mrrω2sinφ = 2∙1,445∙0,00355∙523,32∙0 = 0
а их результирующая
Pc = Pcв + Pcr = 9,3 + 0 = 2,81 кН
и действует по радиусу кривошипа.
Очевидно, что момент центробежных сил инерции вращающихся масс
Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс и моменты от них определяются выражениями:
Pj1в = 2mпrω2cosφ = 2∙0,58∙0,00355∙523,32 ∙1 =1,13 кН ;
Pj1r = 0;
ΣPj1 = Pj1в + Pj1r = 1,13 + 0 = 1,13 кН.
Pj2в = 2mпrω2λcos2φ = 2∙0,58∙0,00355∙523,32 ∙ 0,26∙1 = 0,29 кН ;
Pj2r = 0 ;
ΣPj2 = Pj2в + Pj2r = 0,29 + 0 = 0,29 кН.
Mj1 = 0.
Mj2 = 0.
Уравновешенность механизма может быть оценена непосредственным суммированием сил, так как они расположены в одной плоскости и одинаковы по величине.