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

Таблица 1. Основные параметры расчетных режимов,определяющих модель цикла работы двигателяМеМЗ-2457Параметры расчета термонапряженногосостояния стационарного режимаЭффективная мощность, кВт 44Частота вращения КВ, мин-1 5000Среднее эффективное давление, МПа 0,845Эффективный кпд 0,31Удельный эффективный расход 0,268топлива, кг/кВт·чПараметры расчета термомеханическоговысокочастотного нагруженияЧастота вращения КВ, мин-1 3500Максимальное давление цикла, Рz, МПа 6,52Прогрев тонкостенного поршня в единичномцикле его низкочастотного нагружения практическизавершается за 25 с, т.е. до 12 раз быстрее, чеммассивного дизельного. В различных характерныхточках прогрев тонкостенного поршня осуществляетсяпрактически синхронно. Это свидетельствуетоб отсутствии возможных забросов термическихнапряжений в процессе такого прогрева. Выполненныерасчеты процесса установления термическихнапряжений подтвердили сказанное. В тожевремя известно, что забросы перепадов температурпо КС дизелей достигают 20 К и более [5], а напряженийв зоне кромок КС – 90% [11].Температурный перепад по толщине днищапоршня для рассмотренных конструкций одинаков.Он лежит в пределах 15-20 К. На днище поршня вт.7 уровень термических напряжений достигает 65МПа и соответствует уровню дизелей.В целом полученные результаты свидетельствуюто меньшей теплонапряженности поршня тонкостеннойконструкции и, следовательно, меньшемее влиянии на ресурсную прочность.Результаты расчета размахов эквивалентныхнапряжений высокочастотного термомеханическогонагружения тонкостенного поршня ДВС представленыв табл. 2. Видно, что для всех рассмотренныхзон КС тонкостенного поршня условие (5)kне выполняется. При этом искомая величина Δ σ ~ikпревышает размах термических напряжений Δ ~Конструкция ДВСσ T iот 1,5 до 4 и более раз. Тем самым установлено,что в оценках ресурсной прочности тонкостенныхпоршней бензиновых ДВС пренебрегать составляющейнагружений от сил давления газов Δ σ ~ kMiнедопустимо. С другой стороны, на начальных стадияхпроектирования поршня вместо выражения(4) может быть принято условиеk kk kΔσ~= Δσ~+ ψ Δσ~≈ Δσ~. (8)iM iiT iМ iТаблица 2. Параметры составляющих и размахэквивалентных высокочастотных нагруженийпоршня двигателя МеМЗ-2457Номер расчетнойточки1 2 3 4 5Размах механическихнапряженийΔ ~ , МПаk23,7 38,5 11,2 9,3 20,6σ MiРазмах термическихнапряженийΔ ~ ,kМПаσ T ikТемпература ti,ºCКоэффициентвыносливостиψi9 9 10 4 9203 214 214 237 1770,4 0,4 0,4 0,5 0,4Размахэквивалентныхнапряжения 27,3 42,1 15,2 11,3 25,1kΔ σ iВ целях практического использования выражений(6)-(7) для определения величиныN fk, связаннойс единичным циклом нагружения тонкостенногопоршня, в работе устанавливалось значение показателяобобщенного соотношения Нейбера m.На рис.4 представлены полученные нами зависимостидействительных напряженийkσ ikσ iдот уп-kругих и действующих температур при значенияхпоказателя m, равного 0,13 (штриховые линии)и 0 (сплошные линии). Здесь же приведенымаксимальные значения упругих напряженийдля рассмотренных зон поверхности КС исследуемогопоршня (т.1-5), а также зоны кромки открытойКС (т.К1-1, т.К1-2) и КС типа ЦНИДИ (т.К2-1,т.К2-2) дизеля, взятые из [11].Видно, что для всех рассмотренных зон КСтонкостенного поршня уровни действующих напряженийлежат ниже предела текучести поршневогосплава при соответствующих температурах.Это означает, что показатель степени в формулеНейбера для таких поршней следует принимать m =1. Соответственно, выражения (6), (7) упрощаютсядо вида:kikiдt ikσ iσ = σ , (9)ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2'2010 79