Двигатели внутреннего сгорания. 2010. №2 PDF (Size:7770 МБ)

элементов 2-го порядка SOLID92 давало бы лучшиепо точности результаты, но их использованиезаметно увеличивало размер задачи.Конструкция ДВСРис.2. Конечно-элементная модель коленчатоговалаКроме этого, из рассмотрения были исключенывтулки и кольцевые прокладки для верхних частейшатунов, так как их наличие или отсутствие неимело принципиального значения при определенииНДС. Для каждой из созданных моделей поставленыи решены тестовые задачи, анализ решенийкоторых позволил убедиться в их корректности.Конечно-элементные модели коленчатого вала иодного из шатунов показаны на рис.2, рис.3.Анализ модели с точки зрения её качества позволилустановить, что число конечных элементов,для которых нарушались необходимые критерии,не превышает 0,005% от общего числа элементов.Таким образом, были созданы оптимальныепо числу неизвестных и уровню точности конечноэлементныемодели коленчатого вала, двух шатунови кольцевых прокладок для нижних частей шатунов.Число конечных элементов для всей моделисоставляло при этом около 2.5 млн., а общее числонеизвестных – около 1.4 млн.Решение задач для моделей КШМИнформация по условиям статического нагружениясборки “коленчатый вал-шатуны” былаполучена в результате экспериментальных исследований,проведенных на заводе-изготовителе(LMF, Австрия) и представлена в виде .xls- таблицы,в которой приведены значения усилий, направленныхпо осям обоих рабочих цилиндров.Рис.3. Конечно-элементная модель шатунаПозиционирование рабочих положений приповороте вала было проведено через каждые 5º(Рис.3), что приводило к необходимости проведения72 расчётов для каждого из конструктивныхэлементов, что в целом представляло собой большойобъём работы. Кроме этого, были представленымаксимальные значения осевых усилий длядвух моментов времени – начало работы и конечныйсрок работы компрессора (по паспорту). Отметим,что усилия в конечный момент времени былименьшими по абсолютной величине, чем в начальныймомент времени, на 23,1%.Поскольку задача определялась как линейнаяпо характеру НДС, а осевые усилия для обоих шатуновбыли достаточно близкими друг к другу(Рис.4), было решено просчитать положения сборкипо углу поворота для максимальных значенийусилий, причём для меньшего числа позиций поворотавала. Критериями отбора расчётных позицийбыли максимальные значения приложенных усилий,а также расположение локальных зон концентрациинапряжений (места выхода на поверхностьколенчатого вала его внутренних каналов). В результатебыли выбраны следующие 11 позиций: 0º,30º, 60º, 90º, 105º, 135º, 180º, 210º, 240º, 290º, 320º,для которых и проводились расчёты. Важным условиемдля правильной постановки задачи для различныхположений сборки КШМ было определениеразмеров контактных зон взаимодействия “вал- кольцевая втулка - шатун”. Отдельное решениеконтактных задач типа “поверхность-поверхность”между коленчатым валом и кольцевой втулкой позволилоустановить, что при задаваемых для шатуновмаксимальных осевых усилиях размер контактнойзоны будет ограничен десятью угловымиградусами. Размер и форма одной из таких кон-ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 71