Введение к работе
Актуальность темы . Повышение долговечности двигателей внутреннего сгорания (ДВС) , включая опорные подшипники коленчатых валов, является актуальной задачей отечественного и мирового двигателестроения. Наиболее актуальна данная задача для V-образных ДВС, где износ опорных подшипников, как правило, выше шатунных. Одним из факторов, определяющих долговечность подшипниковых опор, являются их конструктивные параметры.
Большинство коленчатых валов современных автотракторных ДВС представляют собой статически неопределимые системы. В данных системах происходит непрерывное изменение взаимного положения трущихся поверхностей вследствие эксплуатационного изнашивания. Одной из закономерностей процессов изнашивания является стремление таких системы к минимуму энергетических затрат на трение и изнашивание. Эта закономерность является следствием перераспределения, вследствие эксплуатационного изнашивания, нагружающих сил и моментов по опорам коленчатого вала. Данную закономерность называют самоорганизацией или самоустанавливаемостью Сопряжение коленчатый вал - вкладыши отвечает условиям самоорганизации. Таким образом, самоорганизация является одним из факторов, определяющих долговечность опорных подшипников коленчатых валов ДВС. Это и определило постановку цели и задач настоящей работы.
Цель работы. Повышение долговечности опорных подшипников коленчатого вала приданием в процессе изготовления трущимся поверхностям формы и зазоров приработанного сопряжения, с учетом оценки влияния конструктивных факторов ДВС.
Задачи исследований:
1.Разработать модели, исследующие одно из свойств процесса самоорга
низации - перераспределение, вследствие эксплуатационного изнашивания,
нагружающих сил и моментов по опорам коленчатого вала. ..
2.Определить влияние конструктивных факторов на процессы самоорганизации и долговечность опорных подшипников коленчатых валов.
3.Разработать методы проведения ускоренных испытаний опорных подшипников коленчатого вала на основе быстроизнашивающихся покрытий.
4.Разработать методы оценки износов опорных подшипников по неиз-нашиваемой базе измерения.
5.Предложить конструктивные средства повышения долговечности опорных подшипников многоопорных коленчатых валов.
Методы исследования. Для решения задачи определения характера перераспределения, в процессе эксплуатации, нагружающих сил и моментов по опорам коленчатого вала, использована аналогия поведения под нагрузкой вяз-коупругих тел и изнашивающихся деталей машин. На основе использованной аналогии разработаны математические модели, позволяющие описывать различные по природе явления едиными уравнениями и выявлять их функциональные связи. Определение влияния конструктивных факторов на процессы самоорганизации и долговечность опорных подшипников коленчатых валов выполнено проведением вычислительных экспериментов на ПЭВМ типа IBM AT. ускоренные испытания опорных подшипников проведены с применением материалов низкой износостойкости, наносимые на коренные шейки коленчатого вала методами плазменного напыления и электроконтактной приваркой ленты. Оценка износов подшипников проведена по неизнашиваемой базе измерения на коленчатых валах ремонтного фонда и на коленчатых валах, прошедших ускоренные испытания на ДВС. -
Объект исследования. Бензиновый, 4-тактный, 8-цилиндровый, V-образный двигатель ЗМЗ-53-11 Заволжского моторного завода.
Научная новизна:
разработаны модели исследующие закономерности изменения реакций опор п-опорных валов (п>3) от изменяющихся конструктивных параметров исследуемого узла трения;
разработаны и апробированы математические модели многоопорных валов, учитывающие основные конструктивные факторы опорных подшипников, влияющие на долговечность;
проведены теоретические исследования влияния конструктивных факторов на долговечность опорных подшипников коленчатых валов для различных схем и модификаций ДВС,
разработана и апробирована методика ускоренных испытаний опорных подшипников коленчатых валов ДВС,
разработан метод измерений щносов коренных шеек коленчатых валов по неизнашиваемой базе измерения;
на уровне изобретения получено конструктивное решение повышающее долговечность подшипниковых узлов скольжения n-опорных валов.
Практическая ценность работы состоит.
в разработке программы расчетов многоопорных валов, позволяющей на стадии проектирования двигателя прогнозировать долговечность работы опорных подшипников в процессе эксплуатации;
в экспериментальном определении влияния конструктивных решений на долговечность опорных подшипников;
в разработке технологического процесса механической обработки коленчатых валов 3M3-S3-11, повышающей их долговечность.
Реализация результатов работы. Результаты исследований апробированы и внедрены в АО "Починки - Сельхозтехника", используются в учебном процессе НГСХА.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на VI межгосударственном постоянно действующем научно-техническом семинаре "Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в АПК СНГ"(Саратов, 1993); конференции, посвященной 150-летию Волжского пароходства (Н Новгород, 1993); научно - практической конференции "Механизация процессов сельскохозяйственного производства в условиях его структурной перестройки"(Н.Новгород, 1994); международной научно - технической конференции "Повышение эффективности проектирования, испытаний и эксплуатации двигателей, автомобилей, вездеходных и специальных строительных и дорожных машин" (Н.Новгород, 1994); ежегодных расширенных заседаниях кафедр "Двигатели внутреннего сгорания и экономика производства" Нижегородского Государственного Технического Университета, "Надежность и ремонт машин", "Тракторы и автомобили" Нижегородской Государственной Сельскохозяйственной Академии (Н.Новгород, 1991-1995); расширенном заседании кафедры "Двигатели внутреннего сгорания" Владимирского Государственного Технического Университета (Владимир, 1996)
Публикации. По материалам диссертации получен патент РФ "Подшипниковый узел скольжения", опубликовано в печати 11 работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников, приложений Общий объем работы 153с. , в том числе 132с, основного текста, содержит 25 рисунков, 12 таблиц, список использованных источников содержит 96 наименований.
На защиту выносятся-.
I.Методика определения перераспределения нагружающих сил и моментов по опорам коленчатого вала, вследствие эксплуатационного изнашивания.
2.Методика оценки влияния конструктивных факторов на долговечность опорных подшипников коленчатых валов.
3.Методика и оценка ускоренных испытаний опорных подшипников коленчатых валов ДВС.
4.Методика и оценка износов опорных подшипников ДВС.
5.Анализ и предложения конструктивных средств повышения долговечности опорных подшипников многоопорных коленчатых валов.