Напряженное состояние поршней

НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПОРШНЕЙ [c.125]

При расчете напряженного состояния поршней составной конструкции возникает необходимость учета сил, прикладываемых от болтов или шпилек. Для поршней дизелей типа ДЮО расчет производился исходя из напряжения, возникающего в шпильке Ощп = 1800 кгс/см для момента затяжки гаек 10 кгс м (см. рис. 79). Принято, что сила затяжки прикладывается к центрам трех рядов блоков (узлы 85, 103, 117 и др. см. на рис. 66). [c.131]

Для расчета напряженного состояния поршней вычерчивают на миллиметровой бумаге в увеличенном масштабе (5 1) рассматриваемое сечение поршня и разбивают его на сетку из треугольных элементов (см. рис. 68, а). Затем нумеруют вершины треугольников, как узловые точки, и сами треугольники (нумерацию узлов производят в порядке, обеспечивающем минимально возможную ширину матрицы коэффициентов уравнений, см. рис. 39), выбирают координатные оси, определяют координаты узловых точек (см. рис. 68, б) и переносят на перфокарты исходные данные. [c.132]

Статические стенды для изучения напряжений от сил давления газов. При помощи стендов, показанных на рис. 74 и 75, можно изучать с малой затратой времени напряженное состояние поршней по значительно большему количеству тензодатчиков, чем на дизеле, а также оценивать степень точности методов расчета напряжений. [c.205]

Существующие методы расчета дают относительное представление о напряженном состоянии поршня, причем не только с количественной, но и с качественной стороны. [c.172]

При изготовлении заготовки поршня из алюминиевого сплава путем прошивки в штампе, имеющем уклоны 5—6° для удобства извлечения поковки, часто образовывались долевые трещины (фиг. 16). Эти трещины получались в первый момент ковки благодаря наличию растягивающих тангенциальных напряжений, пока металл не соприкасался со стенками штампа. Уменьшение штамповочного уклона до 1—1,5° позволило изменить механическую схему деформации. Трещины больше не появлялись, так как уже при небольшой степени деформации металл соприкасался со стенками матрицы и при этом возникало резко выраженное объемное напряженное состояние всестороннего сжатия. Механическая схема деформации изменилась, и образование формы происходило теперь посредством истечения металла в полость между стенками матрицы и пуансоном. Удаление поковки производилось при помощи выталкивателя (фиг. 17). [c.59]

Упрощенные методы расчета напряженного состояния. Наряду с рассмотренными методами, позволяющими учитывать реальные формы поршней и действительные нагрузки, широко применяют методы, в которых производят значительную схематизацию изучаемой конструкции для упрощения процесса расчета напряжений. Выбор расчетной схемы зависит от поставленных целей. Наибольшее распространение получила схема [17], [75] и [76], в основу которой положен схематизированный поршень в виде цилиндрического стакана головка его представлена диском постоянной толщины, а юбка — цилиндром с постоянной толщиной стенки. Несмотря на значительные отличия от реальных конструкций поршней, применение такой схемы дает возможность производить с малой затратой времени сравнительный анализ влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на их напряженное состояние. Упрощенные методы полезны также тем, что они облегчают понимание сложных процессов, происходящих в поршне под действием температурных и механических нагрузок. [c.135]

При увеличении интенсивности масляного охлаждения, повышении теплопроводности материала, увеличении диаметра поршня происходит изменение не только осевого перепада температуры в головке, но и радиального, что оказывает значительное влияние на напряженное состояние и распределение потоков тепла между головкой и юбкой поршня. Оценка этих изменений производилась по схеме рис. 43 для поршня размерности ДЮО при условиях подвода и отвода тепла, одинаковых с рис. 93. [c.178]

В терморегулируемых поршнях карбюраторных двигателей ВАЗ и других тепловое расширение юбки ограничивают заливкой в ее тело вставок из материала с меньшим коэффициентом расширения, чем у основного металла поршня. При остывании отливки такого поршня вставки создают напряженное состояние и препятствуют значительному сокращению диаметра юбки. При нагревании поршня до рабочей температуры вставки, наоборот, ограничивают его тепловое расширение. Таким образом, общий диапазон температурного изменения диаметральных размеров поршня со вставками значительно снижается. [c.25]

Современное исследование напряженного состояния в штоке при ударе падающих частей основано на типовой задаче волновой механики об ударе стержня с начальной скоростью VQ о жесткую преграду. Наличие поршня при этом учитывается как дополнительное ударное воздействие его массы на стержень. Результаты такого решения удовлетворительно подтверждают данные экспериментальных исследований, согласно которым условие прочности штока можно записать в виде [c.380]

Усилия, возникающие при торможении вагона, состоят из сил, создаваемых тормозной системой, и сил инерции. Силу, создаваемую тормозной системой, определяют исходя из максимального усилия на штоке поршня тормозного цилиндра при к. п. д. рычажной передачи, равном единице. На силы, действующие в тормозной системе, должны быть рассчитаны как детали самой тормозной системы, так и элементы конструкции вагона-самосвала, в которых работа тормозной системы вызывает напряженное состояние. [c.170]

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ И НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОРШНЕЙ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ [c.145]

Анализ теплового и напряженно-деформационного состояния головки исследуемого поршня выполнен в предположении осесимметричной схематизации как в отношении геометрической формы, так и действующей на поршень нагрузки. Ранее было указано, что в подобных случаях принятые допущения оправданы. При разбиении головки на осесимметричные конечные элементы следует обратить внимание на то, что некоторые части ее конструкции представляют собой тонкостенные элементы. Вид и характер приложенной нагрузки предопределяют существование в тонкостенных элементах моментного напряженного состояния, которое характеризуется высокими градиентами напряжений по толщине. В связи с этим тонкостенные элементы головки должны быть представлены несколькими слоями конечных элементов по толщине, чтобы разрывы значений напряжений в смежных слоях были приемлемыми. Помимо этого район поднутрения в гребне головки со стороны охлаждения как наиболее слабое место в конструкции требует весьма подробной аппроксимации конечными элементами с целью выяснения истинного механизма образования [c.145]

На рис. 9 5 приведены результаты расчета меридиональных механических и температурных напряжений в днище головки исследуемого поршня. Как и следовало ожидать, расчет механических напряжений показывает, что тонкостенные элементы центральной части днища испытывают моментное напряженное состояние, которое обусловлено действующими механическими силами. При этом со стороны огневой поверхности имеют место механические напряжения сжатия, максимальное значение которых наблюдается в зоне между двумя опорами и составляет 45 МПа Отсутствие напряжений на огневой поверхности днища над кольцевой опорой объясняется взаимной нейтрализацией сжимающих 148 [c.148]

Цилиндрическая часть головки поршня также испытывает моментное напряженное состояние, которое возникает как от действия равномерно распределенной по внешней поверхности нагрузки, так и от действия температурного поля. В результате изгиба от действия сил давления газов на внешней поверхности имеют место механические напряжения сжатия, а на охлаждаемой — механические напряжения растяжения (рис. 9.6). Максимальное значение механических напряжений сжатия отмечено на цилиндрической поверхности первой кольцевой канавки и со-150 [c.150]

Расчетное исследование теплового и напряженно-деформированного состояния опытного поршня дизеля ЧН 21/21, конструкция которого была специально разработана в ЦНИДИ для использования при высоком наддуве до = 2,5 МПа, проводилось для двух вариантов головок поршней. Основное конструктивное отличие рассматриваемых вариантов головок состоит в том, что при одинаковой форме камеры сгорания вариант П по сравнению с вариантом I имеет более тонкое днище и более глубокое поднутрение в гребне. Таким образом, главное внимание при расчетном исследовании сосредоточено на анализе влияния жесткости или металлоемкости днища и гребня на распределение температуры, а также механических и температурных напряжений в головке составного поршня. Все рассуждения относительно осесимметричной схематизации геометрической формы головки составного поршня и действующей на него нагрузки, высказанные ранее применительно к поршню дизеля ЧН 26/26, остаются в силе и в данном случае. Оба варианта конструкции головки имеют ярко выраженные тонкостенные элементы и при разбиении на конечные элементы следует иметь в виду существование моментного напряженного состояния. Поэтому аппроксимация тонкостенных элементов конструкции осуществлена несколькими слоями конечных элементов по толщине. Схемы разбивки вариантов конструкций головки поршня сеткой конечных элементов приведены на рис. 9.7 и 9.8. [c.152]

В данной работе исследование выполняется при помощи разработанной на основе осесимметричной версии МКЭ методики анализа механической и тепловой напряженности поршней. Конструкция поршня представляет собой тело вращения, которое достаточно точно можно аппроксимировать системой тороидальных конечных элементов. При разбивке тела поршня на конечные элементы (рис. 9.21) предполагалось существование моментного напряженного состояния почти во всей конструкции. Это предположение обусловливается видом приложенной механической и тепловой нагрузок, а также геометрией конструкции. Поэтому, как и в предыдущих случаях, тело поршня по толщине должно быть представлено несколькими слоями конечных элементов. [c.166]

Результаты по исследованию влияния опоры на напряженное состояние цилиндрической части поршня представлены на рис. 9.27. Цилиндрическая часть поршня с опертым днищем испытывает незначительные механические напряжения, которые в основном проявляются в зоне выше первого кольца. На внешней поверхности отмечены осевые напряжения сжатия, максимальное значение которых имеет место в ослабленном сечении стенки. На внутренней поверхности стенки отмечены осевые напряжения растяжения с максимальным значением также в ослабленном сечении. Картина такого распределения осевых механических напряжений в цилиндрической стенке поршня с опертым днищем сразу уясняется из рассмотрения формы деформации стенки от действия механической нагрузки (см. рис. 9.23). Совпадение значений максимумов напряжений сжатия на внешней поверхности и напряжений растяжения на внутренней поверхности указывает, что в районе поднутрения имеет место чистый изгиб стенки. Однако изгибающий момент, действующий в ослабленном сечении стенки в районе поднутрения, невелик по значению и практически затухает уже в зоне второй кольцевой канавки. Таким образом, зона стенки ниже второго кольца остается, в сущности, свободной от механических напряжений. Для конструкции поршня с опертым днищем механические напряжения в кольцевых канавках и на цилиндрической 172 [c.172]

Из расчета видно, что устранение опоры днища оказывает определенное влияние на распределение температурных напряжений в стенке, но не нарушает при этом общей тенденции температурного напряженного состояния в стенке. Следовательно, преимущественная роль в механизме образования температурных напряжений в стенке принадлежит сугубо тепловому смещению гребня поршня. Таким образом, регулируя соотношение температурных уровней гребня поршня и зоны первой кольцевой канавки, можно планировать температурные напряжения в районе поднутрения и в кольцевых канавках. [c.174]

Анализ напряженно-деформированного состояния поршня от действия сил давления газов выполнялся для значения = = 12 МПа. При этом на верхней части опорной поверхности бобышки заданы усилия реакции поршневого пальца, определенные из уравнений статического равновесия, и для удовлетворения условий симметрии запрещены перемещения точек, лежащих на пло- скостях симметрии в направлении из этих плоскостей. [c.178]

Тепловые напряжения в поршнях значительно превышают механические и могут существенно увеличиваться в процессе эксплуатации под влиянием различных факторов. Тепловая напряженность определяется, с одной стороны, температурой стенок деталей, влияющих на прочность материала и на состояние смазки на поверхности детали, с другой — величиной удельного теплового потока через стенку или температурным градиентом, определяющим термические напряжения в деталях. Различные эксплуатационные факторы существенно влияют на тепловую напряженность деталей, что необходимо учитывать для сохранения надежности дизеля в процессе эксплуатации. Как показали исследования, на температурное состояние поршня оказывает значительное влияние отложение нагара на внутренней поверхности поршня, охлаждаемой маслом. Даже очень тонкий слой этих отложений представляет собой тепловую изоляцию. Коэффициент теплопроводности ее составляет примерно 0,46— 0,58 Вт/м °С, что в 100 раз меньше коэффициента теплопроводности чугуна [31, 35]. [c.169]

Величина стыкового зазора с а кольца (см. рис. 5.29, а) в свободном его состоянии и величина с, на которую этот зазор уменьшится при монтаже поршня с кольцом в цилиндр, определяют напряжение кольца как в сжатом положении, так и при надевании его на поршень. Для практических расчетов можно принимать величину выреза с = 3,4 , где 1 — радиальная толщина (высота) сечения кольца. [c.503]

В книге рассмотрены особенности конструкции поршней, тепловозных дизелей, характер повреждений их в эксплуатации и сроки службы описаны методы исследования теплового и напряженного их состояния представлены результаты исследования влияния конструкции, технологии изготовления и условий эксплуатации на тепловое и напряженное состояние поршней приведены методы повышения надежности их работы в эксплуатации и ускоренных испыта- ний. [c.2]

Поршни тепловозных дизелей работают в более тяжелых условиях, чем поршни стационарных и судовых двигателей. При- движении тепловоза с составом по перевалистому профилю пути многократно изме- няется тепловое и напряженное состояние поршней. Известны факты, когда поршни, работавшие длительно и надежно на дизелях в стационарных или судовых условиях, часто выходили из строя при установке их на локомотивы. Тепловозные дизели работают длительное время на холостом ходу (от 30 до 60% в зависимости от условий эксплуатации), что приводит к отложению нагара (на выпускных окнах цилиндровых втулок, в клапанах, на деталях турбокомпрессоров и т. п.), пригоранию колец, ухудшению смазочных свойств масла и др. Все это в значительной степени осложняет условия работы поршней. На железных дорогах СССР тепловозные дизели могут работать при. температуре окружающего воздуха от плюс 45° С (Средняя Азия) и до минус 50° С (северная часть СССР и Сибирь) при изменениях атмосферного давления от 760 до 625 мм рт. ст. (на высоте 1500 м). Повышение температуры окружающей среды и снижение атмосферного давления увеличивает тепловые нагрузки на поршень из-за уменьшения коэффициента избытка воздуха. При снижении температуры окружающей среды возрастают давления сгорания и, как следствие, повышаются механические нагрузки на поршень. [c.3]

В книге сделана попытка обобщить опыт повышения надежностх поршней отечественных тепловозных дизелей с анализом зарубежных данных. Так, в главе I в систематизированном виде рассмотрены конструктивные особенности поршней, виды их повреждений, изменения характера повреждений и сроков службы в процессе усовершенствования конструкции, технологии изготовления и эксплуатации дизелей. В связи с тем что преждевременные выходы поршней из строя вызываются высоким уровнем температуры и напряжений, в главах II и III описаны методы экспериментального и расчетного исследований и приведены их фактические величины. Путем сопоставления температур и напряжений с характером трещин, образующихся в поршнях, показаны ( 4 гл. III) причины, механизм возникнойения и методы их устранения. На основе расчетных и экспериментальных исследований в главе IV рассмотрены общие методы снижения теплового и напряженного состояния поршней, а также влияние материала, качества изготовления, ремонта и условий эксплуатации на надежность и долговечность поршней. В этой же главе дан анализ методов ускоренных испытаний для сравнительной оценки конструктивных вариантов поршней, материалов, применяемых для изготовления, а также масел, используемых для охлаждения. Автор надеется, что книга будет полезна эксплуатационникам, а также конструкторам и научным работникам, занимающимся повышением надежности и долговечности поршней. Экспериментальные и расчетные методы, рассмотренные в книге, могут быть использованы для исследований теплового и напряженного состояний и других деталей дизелей (цилиндровых крышек, клапанов и т. п.). [c.4]

Для исследования напряженного состояния поршней дизелей типа ДЮО была составлена расчетная схема (рис. 66, а), в котороеопирание поршня на вставку производится на бурт крайней спирали, канавки для колец не учитываются, юбка включается полностью в виде цилиндра постоянной толщины. Расчетное сечение горизонтальными и цилиндрическими поверхностями разбивается на блоки. Для уменьшения их числа производилась неравномерная разбивка крупные блоки взяты для центра головки и очень крупные — для юбки. [c.127]

Динамические стенды. На статических стендах можно изучать тшловое и напряженное состояние поршней только с циркуляционным охлаждением. В последние годы появились стенды, в которых поршень или его модель подвергается возвратно-постуяательному движению. В стенде, показанном на рис. 105, а, поршень нагревается тремя электронагревателями с общей мощностью 6 кВт. К П9ршню подводится 1204 [c.204]

Для исследования напряженного состояния поршня путем тензометриро-вания определялись динамические напряжения, возникающие в поршне от действия сил давления газов, и статические (термические) напряжения как на специальных стендах, так и на работающем дизеле. Установлено, что под действием давления газов на днище стенка поршня в поясе уплотнительных колец приобретает вогнутость с возникновением растягивающих напряжений на внутренних поверхностях стенок. Одновременное опирание головки на два витка спирали снижает существенно динамические напряжения в различных точках ее поверхности введение перемычек между днищем и боковой стенкой в виде бобышек для шпилек (см. рис. 88) уменьшает напряжение непосредственно около них в 3 раза, а в поясе верхнего уплотнительного кольца — в 2 раза. Тепловая напряженность поршней исследовалась на работающем дизеле путем измерения температуры термопарами. ь [c.165]

Рис. 95. Влияние нагароотложения на напряженное состояние поршня

Самопружинящие кольца вставляют в предварительно напряженном состоянии в канавки поршня они прижимаются к стенкам цилиндра под действием собственной упругости. Материал самопружинящих колец должен обладать большой прочностью и упругостью как при нормальной, так и при высоких температурах (в двигателях внутреннего сгорания), хорошими антифрикционными свойствами и высокой износостойкостью. Чаще всего для изготовления этих колец применяют серые перлитные чугуны с допустимым напряжением на изгиб [ flii = 35 65 кГ/мм -, модулем упругости Е = (0,7-i-l,l) 10 кГ см и твердостью НВ 200—270 (примерно на 20 единиц больше твердости НВ цилиндра). Большие значения относятся к индивидуально отливаемым кольцам. У легированных сплавов с присадками хрома, никеля и мо- [c.615]

Расчеты теплового состояния поршней с использованием ЭВМ. Электрическое моделирование обеспечивает исследование теплового состояния поршней с малой затратой времени простыми средствами, большой наглядностью и высокой точностью. Однако при расчетах термических напряжений точность ее оказывается недостаточной и тогда требуется проведение расчетов температур с использованием ЭВМ. Для расчетов применяют метсй конечных разностей, который позволяет заменять дифференциальное уравнение (2) системой алгебраических [14]. Алгебраические уравнения могут быть получены и непосредственно с использованием электрической модели. По закону Ома величина тока, протекающего через резистор го. соединяющий узлы 12 и 2в (рис. 38), определяется [c.75]

Нанесение покрытия и подслоя чаще всего производят плазменным способом [40]. Считается, что сцепление керамического покрытия с подслоем, а подслоя с основным металлом поршня имеется только механическое. Вследствие этого прочность сцепления в значительной степени зависит от качества подготовки поверхности поршней перед нанесением покрытий. Толщина покрытия, которая может длительно работать на поршне без отслоения, зависит от величины напряжений, возникающих в нем при нанесении, уровня рабочих напряжений, конфигурации камеры сгорания, наличия вьсточек и острых углов, а также от технологических факторов. Величина напряжений, возникающих в покрытии на дизеле, зависит от перепада температуры в нем, а также от различий в коэффициентах линейного расширения покрытия, подслоя и материала поршня (см. табл. 22 и 35). Учитывая напряженное состояние, конструктивные и технологические факторы, на головки поршней наносят покрытия толщиной 0,4—0,6 мм. При заданной толщине покрытия эффективность в снижении теплового состояния поршня определяется прежде всего коэффициентами теплопроводности керамики, которые до последнего времени еще мало исследованы. Данные, имеющиеся в литературе, по характеру изменения этого коэффициента от температуры, влиянию пористости и т. п. часто [c.122]

Для измерения напряжений в поршнях дизелей тйпа ДЮО и 11Д45 применяли датчики базой 10 мм. Высвобождение напряжений производили разрезкой поршня, используя метод кубиков. В поршнях дизелей типа ДЮО предварительно отрезали тронковую часть по канавке третьего кольца, при этом напряженное состояние головки практически не изменялось, но значительно облегчались наклейка датчиков и проведение исследований. [c.142]

К — контуры поршня Ь — расчетная схема М — сдеформированное состояние поршня (цифры означают деформации в мм и напряжения в кгс/см ) [c.160]

Для изготовления поршней тепловозных дизелей применяют алюминиевые сплавы, серые и высокопрочные чугуны, стали различных марок, а в последние годы создаются конструкции с использованием титановых и меднокобальтобериллиевых сплавов. Эти материалы различаются по физико-механическим и прочностным свойствам, которые оказывают большое влияние на тепловое и напряженное состояние й в целом на надежность и долговечность работы поршней. [c.187]

Рычажные передачи разделяются по действию на колеса (одностороннего и двусто роннего нажатия) и по назначению (для двух-, четырех-, шести- и восьмиосных экипажей вагонов и локомотивов). Рассмотрим принцип действия рычажных передач двухосных, четырехосных и шестиосных грузовых вагонов и четырехосных пассажирских вагонов (рис. 158). При торможении шток поршня 1 тормозного цилиндра 2, передвигаясь, будет передавать давление горизонтальным рычагам 5 и 4 и далее при помощи тяг 7 и вертикальных рычагов 11 триангелям 10, которые прижмут тормозные колодки 8 к колесам. Вначале колодки прижмутся с одного конца вагона, а затем с другого, пока вся передача не придет в напряженное состояние. [c.175]

РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО И НАПРЯЖЕННО-ДЕШОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПОРШНЯ МОЩНОГО СУДОВОГО МАЛООБОРОТНОГО ДИЗЕЛЯ ТИПА ДКРН 76/160 [c.165]

Инициирование одномерной плоской детонации в конденсиро> ванном ВВ (задача 1). Пусть детонация инициируется действием поршня на левой границе заряда. С момента времени t = О поршень со скоростью Vp в течение времени tp вдвигали в ВВ, причем скорость Vp и время tp достаточны для возбуждения устойчивой детонацпонной волны, после чего поршень либо останавливался, либо отводился назад. Правая граница заряда ВВ (г = Ь) предполагалась свободной. Таким образом, начальные условия при =0 определяют покоящееся состояние (Uo = 0) среды в виде исходной (аю = 1) фазы при температуре То и нулевых давлении и напряжении (р = О, г =0), а исходные плотности фаз р°д и р°д для ВВ такие, что [c.266]

Блок-схема устройства с использованием электрогидравлического эффекта (рис. 34) oi держит исполнительный орган / для направлен -ного выброса порций жидкой корректирующей массы на легкое место поверхности ротора 2 заданные моменты времени управляемый генер ратор 3 для производства электрических им> пульсов высокого напряжения и подачи их по сигналу от блока управления 4 в исполнитель ный орган датчик 10 для измерения параметр ров вибрации опор балансируемого ротора в, подачи сигналов в блок управления. Исполни -тельный орган представляет собой камеру с соплом 5 и электродами 6, подключенными к разрядному контуру генератора 3. В камере установлена подвижная перегородка 7 в виде мембраны или поршня, разделяющая ее на две изолированные полости 8 н 9, заполненные соответственно жидкостью, в которой осуществляется электрогидравлический удар, и жидким балансирующим веществом. При электрическом разряде в полости 8 перегородка 7 воспринимает возникающее повышение давления, передает его на вещество, находящееся в полости 9, выбрасывая вещество через сопло на ротор. Камера может иметь систему обогрева для поддержания балансирующего вещества во время работы в жидком состоянии. Для повышения точности балансировки путем уменьшения порций корректирующей массы и увеличения начальной скорости выброса поршень может быть выполнен двухступенчатым и установлен меньшей ступенью в полость 9. Для регулирования производительности и точности балансировки сопло выполнено сменным. [c.82]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...