Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Развитие современного автомобильного двигате-эстроения характеризуется повышением удельных мопшостных и экономи-?ских показателей двигателей в условиях непрерывно ужесточающихся эрм на выбросы вредных веществ в атмосферу. При этом ресурс двигате-эй также постоянно увеличивается, достигая, например, для двигателей эльшегрузных автомобилей одного миллиона километров и более до капи-ального ремонта. В этой связи.большое внимание должно уделяться легати, непосредственно обеспечивающим получение параметров двигателей, гвечаших современным и перспективным требованиям, в частности, юк-картеру двигателя.
Блок-картер автомобильного ДБС является основной деталью двигате-1. структурная жесткость которой в значительной степени определяет їботоспособность расположенных в нем деталей шлиндро-поршневой груп-і и кривошипно-шатунного механизма и получение высоких мошностных, шливно-экономических, экологических показателей двигателя и его ре-Фса. Так деформации зеркала цилиндра двигателя, определяемые жест-зстью его корпусных деталей, в наибольшей степени влияют на расход юла на угар, исследования же, в частности, состава твердых частиц в сбросах дизелей свидетельствуют о том, что количество частиц, источ-іком которых является моторное масло, может составлять от общего их зличества в отработавших газах от 10 до 50% в зависимости от конс-зукции дизеля и рабочих условий. Кроме того, следствием повышенного исхода масла на угар является увеличение содержания углеводородов в 'работавших газах как дизелей, так и бензиновых двигателей.
Блок-картер представляет собой наиболее сложную с технологической >чки зрения базовую деталь и несет в себе значительную долю материмых и трудовых затрат. Масса блок-картера составляет, как правило, )...35 от общей массы комплектного двигателя и от того, насколько щионально выбрана его конструкция, зависят не только рабочие показали двигателя, hd и его массо-габаритные параметры.
Вместе с сопряженными деталями - гильзами, силовыми элементами -олтами, шпильками), опорами (картером) коленчатого вала и др. :ок-картер воспринимает все основные нагрузки, возникающие при сборке в процессе работы двигателя. Его напряженно-деформированное состоя-:е (НДС), возникающее при воздействии этих нагрузок, зависит от при-няемых для его изготовления материалов, особенностей конструктивных рм и размеров. Таким образом, исследования НДС блок-картера, отра-
- г -
ботка его конструкции с применением современных расчетных и экспер: ментальных методов с целью улучшения служебных качеств двигателя снижения его удельной массы, являются весьма актуальными.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка отвечающей современному уровню требован методики и проведение исследований по определению закономерностей причин, вызывающих изменение макрогеометрии рабочих поверхностей (ц линдров, посадочных мест под подшипники коленчатого и распределител ного валов, привалочных - для крепления сопряженных деталей и др блок-картера в сборе с сопряженными с ним деталями, а также вовника ших в них напряжений при сборке и в процессе работы двигателя; разр ботка рекомендаций, направленных на совершенствование двигателя счет снижения нагруженности и деформаций блок-картера, цилиндров, д талей газового стыка, опор подшипников валов, расположенных блок-картере, общего уровня их напряженности при сборке и работе дв гателя.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ. Объектом исследований являются блок-карте с сопряженными с ними деталями - гильзами цилиндров, силовыми болта (шпильками), опорами (картером) коленчатого вала и др. автомобильн бензиновых двигателей и дизелей с диаметром цилиндра 92 мм, серий выпускаемых АО "Волжские моторы" и находящихся в стадии доеодки и по готовки производства.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Теоретически обоснована и разработз методика расчетно-экслериментального исследования НДС блок-карте вместе с сопряженными с ним деталями - гильзами, силовыми болт= (шпильками), крышками коренных опор (картером) коленчатого вала и др включающая в себя:
создание ряда наиболее совершенных трехмерных конечно-элемек ных моделей блок-картера в сборе с сопряженными с ним деталями для с ределения их НДС при сборке и работе двигателя;
расчетно-экспериментальное определение термических и силоб граничных условий для расчетов;
расчеты НДС корпусных деталей с применением метода конеч* элементов (МКЭ) в трехмерной постановке с аппроксимацией. конструкі объемными конечными элементами и экспериментальную оценку получена результатов;
- способ моделирования НДС корпусных деталей в условиях квазиста-ического нагружения и реализующую его экспериментальную установку.
С применением указанной методики выполнен анализ влияния рззлич-ых конструктивных особенностей двигателя и условий нагружения на ха-актер и величину деформаций рабочих поверхностей в блок-картере и опряженных с ним деталях, а также на уровни возникающих в них напря-ений.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Разработанные методические положе-ия позволяют на стадии проектирования и доводки конструкции двигателя лучший» его рабочие показатели в результате снижения деформаций рзбо-их поверхностей, уровней напряжений и наиболее рационального их пере-аспределения в корпусных деталях.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований, методики и раэрабо-анные рекомендации по усовершенствованию конструкций корпусных дета-ей бензинового двигателя и дизеля размерностью 9,2/9,2 внедрены на ерийно выпускаемых и находящихся в стадии доводки и подготовки проиэ-одства двигателях ОАО "Волжские моторы" (Ульяновский моторный завод), , также приняты ОАО "Автодизель" (Ярославский моторный завод) для альнейшей конструкторской и технологической проработки и использова-ия на двигателях размерностью 10,2/12,2 и 13/14.
АЛРОБАГШЯ РАБОТЫ. Работа выполнена в лаборатории деталей двигате-ей Центрального научно-исследовательского автомобильного и автомотор-ого института (НТЦ "Двигатели" ГНЦ НАМИ) в 1981 - 1997 г.г. в соот-етствии с отраслевыми планами, хозяйственными договорами с Ульяновс-им, Заволжским и Ярославским моторными заводами, Программой ГНЦ НАМИ.
Результаты работы доложены и обсуждены на; III Всесоюзном научно-ехническом совещании "Динамика и прочность автомобиля" в 1988 г., важды на XVI научно-технической конференции молодых ученых и специа-истов НАМИ в 1989 г., заседаниях научно-технических советов секций ТС "Системы автомобильных двигателей" НАМИ в 1987 - 1990 г.г., "Дви-атели" - в 1991 - 1997 г.г.
ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертации изложены в девяти на-чных работах.
ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав и с щих выводов, изложенных на 239 страницах машинописного текста, вклт 73 рисунка и 14 таблиц. Работа также содержит список литературы (1 наименований) и 4 приложения.
методика расчетно-экспериментального исследования НДС цилшвд вой части блок-картера;
методика расчетного определения податливости опор коренных пс шипников в блок-картере;
трехмерные математические модели для расчета корпусных дета) двигателей с применением разработанных методик;
методы определения силовых граничных условий для проведеї расчетов и результаты их экспериментального подтверждения;
способ моделирования НДС блок-картера в условиях квазистатичЕ кого нагружения;
результаты расчетного и экспериментального определения значеі деформаций рабочих поверхностей и напряжений в корпусных деталях бензиновых двигателях и дизелях размерностью 9,2/9,2.