Способ испытания коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУ БЛИН 9) ГН) А САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ский кон ниститу вигател н тво ССС О, 1981 о ван ани тени форм ов 4 ь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельУ 890098, кл. С 01 М 13/ СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Изобретение может быть использопри проведении ускоренных испы" на долговечность. Цель изобре - повышение достоверности инции о вероятностной оценке дол" ности и ускорение испытаний. Перед испытаниями определяют изгибающиймомент с сечением коленчатого нала(КВ) при заданных режимах нагружения.Затем КВ нагружают переменным иэги"бающим моментом и регистрируют количество циклов динамического нагружения. Потенциальную энергию деформации КВ определяют эа весь ресурс работы двигателя при заданных режимахего работы, по полученному предельнму значению определяют амплитуду переменного изгибающего момента и испытывают КВ прн выбранном значении амплитуды. Время испытаний определяюткак отношение потенциальной энергииупругой деформации КВ эа весь ресурсработы двигателя к потенциальнойэнергии эа один час испытаний при выбранном значении амплитуды изгибающего момента. 2 ил.Изобретение относится к машиностроению и может быть . использованопри проведении ускоренных испытанийколенчатого вала двигателя внутреннего сгорания на долговечность,Цель изобретения " повышение достоверности информации о вероятностной оценке долговечности коленчатоговала и ускорение испытаний.Поставленная цель достигается тем,что перед испытанием определяют изгибающий момент в сечениях коленчатого вала при заданных режимах нагружения, определяют потенциальную энергиюдеформации коленчатого вала за весьресурс работы двигателя при заданных режимах его работы, определяютамплитуду переменного изгибающего момента по полученному предельному значению, испытывают коленчатый вал привыбранном значении амплитуды изгибающего момента, а время испытаний опре-.деляют как отношение потенциальнойэнергии упругой деформации коленчатого вала за весь ресурс работы двигателя к потенциальной энергии за одинчас испытаний при выбранном значенииамплитуды изгибающего момента,Экспериментальное или аналитическое определение изгибающего моментав сечениях коленчатого вала при заданных режимах нагружения позволяетиметь достоверную информацию о действительных нагрузках при которыхпроисходит накопление усталостныхтрещин, прогрессивное их развитие иразрушение коленчатого вала.Определение потенциальной энергиидеформации позволяет иметь информацию о вероятностной оценке долговечности коленчатого вала, так как коленчатый вал как упругая система приработе двигателя деформируется, следовательно, процесс накопления повреждений зависит от величины потенциальной энергии.Определение амплитуды переменногоизгибающего момента по полученномузначению предельного позволяет выбрать такие режимы нагружения, прикоторых не будет пластических деформаций, а характер разрушения будетидентичен разрушению при экснлуатационных нагрузках, Кроме того, выбормаксимально возможного изгибающегомомента ускоряет процесс испытаний.На фиг.1 показана схема испытательной машины, реализующей предлагаемый способ испытания; на фиг.2схема деформации коленчатого валапод действием изгибающего момента,Испытательная машина (фиг.1) содержит станину 1, пружины 2, коленчатый вал 3, маятники 4 вибраторы 5,тензодатчики 6 и блок 7 контрольноизмерительной аппаратуры.На станине 1 при помощи пружин 2закреплен коленчатый вал 3. На коренных шейках коленчатый вал имеет маятники 4, один конец которых жесткосоединен с шейкой коленчатого вала, 15 а на другом его конце размещены вибраторы 5, представляющие собой неуравновешенные массы, вращающиеся счислом М оборотов п, На эти массыдействует сила инерции Р. Величина 20 изгибающего момента контролируетсяпри помощи тензодатчиков 6 и блока 7контрольно-измерительной аппаратуры,Способ осуществляют следующим образом.25 устанавливают коленчатый вал 3 настанину 1 и включают вибраторы 5, врезультате чего на коленчатый валдействует изгибающий моментМ., = Р 1 э 1 пы,30где Г - сила инерции;1 - длина маятника;ь) - угловая частота вращения неуравновешенной массы.Выбирают произвольное значение амплитуды изгибающего момента, обычнов 1,5-2,0 раза выше расчетного, и определяют число циклов до разрушенияколенчатого вала. Затем уменьшают ам- ,О плитуду изгибающего момента и определяют новое число циклов до разрушения. Если при некотором максимальгомзначении амплитуды изгибающего момен.та коленчатый вал не разрушнтся прибазовом числе циклов И= 1 О , тоэто значение момента принимают запредельный изгибающий момент.Перед установкой коленчатого вала 50на испытательную машину экспериментально определяют изгибающий моментв сечениях коленчатого вала на следующих режимах работы: максимальныеобороты холостого хода, максимальныйкрутящий момент и режим номинальноймощности, Это производится путем тен"зометрирования коленчатого вала наработающем двигателе. Статическая тарировка производится нагружением на1437711- величины (фиг.1); где а, Ь ЯЯ +Я -г- Р, 900 сд; г(0,5 в х) йхЧ,= Е -- - КГ,.Т г --- - -1 хо 0Е 1 Ро 1Рпп - Рих Йх5о Е 1где ш - режим работы двигателя в эксплуатации,Потенциальную энергию за один цикписпытаний определяют какИ из 1 кк20 ЧххЕ 1 Ргде М д - амплитуда изгибающего момента;10 - длина коленчатого вала;25Е 1 - изгибная жесткость коленчатого вала, определяемая экспериментально или аналитически.Определяют время испытания как отношение потенциальной энергии упругой деформации коленчатого вала завесь ресурс работы двигателя к потенциальной энергии за один час испы"таний при выбранном значении амплитуды изгибающего момента, а именно как 35 ЧзкНсо Ч .кххР РО,где И - число циклов в час.При испытании коленчатого вала необходимо в течение Тцсп часов поддерживать амплитуду выбранного изгибающего момента в заданных пределах.Если при испытаниях разрушение коленчатого вала произошло после, например, й часов испытаний, то дей ствительный ресурс коленчатого валаэа время работы двигателя равен: й(0,5 в х) дх----- +ЕХР,30 о; 900п, = - -- - 60 й.Е = -- -" 1 й Т2 Рл где И; - угловая частота вращения коленчатого вала;й - время работы двигателя;1 с число цклиндровР величину момента, как показано на фиг.1.Аналитически максимапьный изгибающий момент определяют по формуле М = 0,52а + (Р г Р")ЪР сила, действующая на шатунную шейку отдельно выделенного колена; ЕРЕ ,Р, - силы от действия давления 2 РР юг аз ов, сил инерции по ст упательно и вращательнодвижущихся деталей на отдельно выделенную шейкуколенчатого вала;Роо - центробежная сила инерциипротивовесов.Например, для двигателя Дпри максимальном давлении газов Р - 8 МПа, диаметре поршня й= 11 см, а = 7,8 см, Ь4 см и п = 2200 минмаксимальный момент И= 25,25 " в 10 Н м.Потенциальная энергия изгиба одного кривошипакрМ нз(хЧктц кР о 2 Е 1+12 е 1Е 1где Е 1 - иэгибная жесткость коренной шейки;Е 1 - изгибная жесткость шатунной шейки.Число циклов нагружения коленчатого вала четырехтактного двигателя определяют по выражению Г; - плотность вероятности работы двигателя на данном режиме;5Т - срок службы коленчатого вала (ресурс двигателя).Полную потенциальную энергию деформации коленчатого вала за весьсрок эксплуатации определяют по выра жениюЧ Б900 й; и пО 5 х,хп 0 х и 1 Р пп - Рп 1 х 30 хЕ 1 го огНапример, для двигателя Диз- = 20000 ч Чэ = 15,192 10Нм;а гЯбная жесткбсть коленчатого вала время испытания ,о15, 1920 о / равна: Е 1 Р 197,72 10 Н м, тогда /211 4000 бЭ = 300 ч, при числе цикпотенциальная энергия за один цикл 55 лов Я " 4000, так как вибратор имел испытаний Ч= (7539) О, 735/1 97, 72 к частоту вращения п 2000 мин. кО 2 Нм; полная потенциальная . Так как при испытаниях коленчато- энергия при известной плотности й; н го вала принимали Т = 20000 ч (ф сроке службы коленчатого вала Т 300 ч), а фактически коленчатый .иЕ 4377 5вал проработал325 ч, то действительный срок службы коленчатого вала составит Т = 22500 ч.Такйм образом, если при обычном5 способе испытания на двигателе информацию о долговечности коленчатого вала получают через 4-5 лет работы двигателя в эксплуатации, то используя предлагаемый способ, подобную информацию получают за 1000-2000 ч, т,е. сокращается время испытания с увели" чением достоверности информации. Формула и э о б р е т ения Способ испытания коленчатого валадвигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что коленчатый вал устанавливают на испытательную машину, нагружают переменным изгибающим 20 моментом, регистрируют количество циклов динамического нагружения и определяют предельный изгибающий момент пои базовом числе циклов, о т л и -25 11 6ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения достоверности информации овероятностной оценке долговечностиколенчатого вала и ускорения испытаний, перед испытанием определяют изгибающий момент в сечениях коленчатого вала при заданных режимах нагружения, определяют потенциальную энергию деформации коленчатого вала завесь ресурс работы двигателя при заданных режимах его работы, определяют амплитуду переменного изгибающегомомента по полученному предельномузначению, испытывают коленчатый валпри выбранном значении амплитуды изгибающего момента, а время испытанийопределяют как отношение потенциальной энергии упругой деформации коленчатого вала за весь ресурс работыдвигателя к потенциальной энергии заодин час испытаний при выбранномзначении амплитуды изгибающего момента.1437711 Составитель В. ГорбуновТехред М.Дидык Корректор ВГирняк Редактор А.Лежнина Заказ 5883/41 Тираж 847 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб. д. 4/5