Расчет выносливости коленчатого вала 6-ти цилиндрового V-образного поршневого двигателя со смещенными шатунными шейками

Современные конструкторские решения в двигателестроении направлены на увеличение многих технико-экономических показателей, а также на увеличение технологичности. При производстве V-образных шестицилиндровых двигателей угол развала часто принимают равным 90, что технологически выгодно при производстве двигателей V8. Однако такое решение приводит к неуравновешенности двигателя и ухудшению массогабаритных и вибрационных показателей двигателя. Решение к которому все чаще прибегают как западные так и отечественный разработчики силовых установок – коленчатый вал со смещенными шатунными шейками. Однако внедрение такого вала влечет за собой ряд сложностей, а главное – требует особых методов расчета.

Прямых аналитических методов расчета данного типа валов не существует. В статье приводится разработанная методика оценки выносливости с помощью программного комплекса «KVAL», разработанного на кафедре «Поршневые двигатели» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Данный программный комплекс не позволяет напрямую исследовать коленчатый вал данного типа, однако в совокупности с другими расчетами позволить провести оценку выносливости.

Суть методики заключается в двухэтапности расчета. Исходный коленчатый вал представляется сначала как вал с рядом сидящими щатунами и исследуется его выносливость в галтелях перехода шатунной шейки в щеку, а также в местах выхода двух маслоподводящих отверстий. Второй этап предполагает что вал с прицепным шатуном и с помощью однотипных расчетов проводится исследование галтели перехода шатунной шейки в промежуточную щеку путем представления ее как масляного отверстия.

На каждом из этапов проводится уточнение теоретических коэффициентов концентрации напряжений путем численного моделирования в программном комплексе «ANSYS», что и делает расчет более строгим.

Результаты, полученные в ходе работы, являются очень наглядными и показательными, а также позволяют выдвинуть ряд гипотез для дальнейшего исследования.

Методика предложенная в статье позволяет исследовать на выносливость коленчатые валы со смещенными шейками, а также неполноопорные коленчатые валы оппозитных двигателей.

1. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин: Справочник. 4-е изд. М.: Машиностроение, 1993. 639 с.

2. Конструирование двигателей внутреннего сгорания: учебник / Под ред. Н.Д. Чайнова. 2-е изд. М.: Машиностроение, 2011. 495 с.

3. Чайнов Н.Д., Краснокутский А.Н., Карпов А.В. Расчеты нагрузок в элементах кривошипно-шатунного механизма и прочности коленчатых валов поршневых машин: учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 32 с.

4. Гоц А.Н. Методика и алгоритм расчета коленчатого вала ДВС // Двигателестроение. 1987. № 5. С.12–17.

5. Гоц А.Н., Куделя И.Н. Исследование напряженного состояния в галтелях коленчатого вала // Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС: VII Междунар. науч.–практ. семинар: Материалы. Владимир: Изд-во Владимир. гос. ун-та, 1999. С. 46–50.

6. Лейкин Л.С., Раскин В.И. Исследование концентрации напряжений и оценка пределов выносливости в галтелях коленчатых валов ЯМЗ // Технология, теплотехника и автоматизация металлургического производства: Сб. тр. М.: Металлургия, 1972. С. 578–581.