Расчет коленчатого вала

Коленчатые валы изготавливают из следующих материалов

1. Тихоходные дизели - сталь 35, 40, 43 и 50 Г.

2. Быстроходные дизели - сталь 40Х, 40ХН, 20НBА

Ракеты коленчатых валов показывают, что наиболее напряжены галтели сопряжения щек с шейками. Запасы прочности в этих местах имеют обычно минимальное значение. Однако, указанные напряжении не могут быть уменьшены только за счет увеличения радиуса галтелей

На величину коэффициента концентрации напряжении в галтелях, влияют также другие конструктивные параметры вала, например перекрытия шеек, диаметр н смешение облегающего отверстия, бочкообразность отверстий и крутильные колебания. возникающие в судовом валопроводе.

Произведем порверочный расчет коленчатого вала дизеля с однородным расположением цилиндров по формулам Российского Речного Регистра (Для дизелей с другим расположением цилиндров проверочный расчет необходимо производить в соответствии с указаниями Правил Речного Регистра, том3)

Составляем предварительный эскиз коленчатого ваза в масштабе, в соответствии с рекомендациями таблицы 6 (рис.7)

Конструктивные соотношения коленчатого вала (табл. 6)

Табл. 6

№	Параметры	тихоходные
1	Расстояние между серединами рамовых шеек, L	192
2	Диаметр шейки кривошипа, dк	78
3	Диаметр рамовой шейки, dp	75
4	Диаметр свирления в шейке, dо	16
5	Длина шейки кривошипа, l1	42,9
6	Длина рамовой шейки, l	30
7	Толщина щеки кривошипа, h	36
8	Ширина щеки кривошипа, в	108
9	Радиус галтели, r	2,2
d- диаметр рамовых кривошипных шеек из расчета по формуле Речного Регистра Д – диаметр цилиндра Конструктивные соотношения ДВС с многорядным расположением цилиндров необходимо выбирать из оснований прототипного двигателя.

После этого принятые размеры проверяются по формулам Речного Регистра. Диаметр шеек коленчатого вала согласно формул Регистра должен быть не менее: d = 0.25K . мм

d = 0,25*0,8 40 мм

где К – коэффициент

К = а К = а 0,8

а – коэффициент

а = 0,9 - с упрочением поверхностей коленчатого вала

а = 0,95 - для кованых коленчатых валов

а = 1 - коленчатый вал не подвергшийся упрочению

- временное сопротивление материала при растяжении (из справочника), при использовании материала с = 780 мПа

Д – диаметр цилиндра

А – коэффициент для однорядных ДВС А=1

Рz – давление сгорания, мПа

L - расстояние между серединами рамовых шеек, м

В – коэффициент для однорядных ДВС, В = 1

- коэффициент определяется по таблице

t – коэффициент. t = 0.85 + Pi – для двухтактных ДВС

t = 0.85 + 0.75*Pi – для четырехтактных ДВС

t = 1.33

Pi – среднее индикаторное давление, мПа

S - ход поршня, мм

Значение коэффициента

Тип двигателя	Число цилиндров
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Двухтактный	4,8	4,8	5,14	5,47	5,81	0,14	6,48	6,82	7,15	7,48	7,82	8,19
четырехтактный	4,8	1,8	5,08	5,37	5,67	5,95	6,24	6,53	6,81	7,1	7,39	7,69

Толщина щеки кривошипа вала должна быть не менее h=0,105*К*Д

h=0,105*0,8*0,12 = 0,028 м (28мм)

где К - коэффициент, учитывающий влияние материала вала и подсчитывается аналогично, как при определении диаметра шеек d

- коэффициенты определяются по таблице 8 и 9 (при определении коэффициента учитывается радиус галтели – r)

C – расстояние от середины рамового подшипника до средней плоскости щеки, мм

в – ширина щеки, мм (размеры в и h берутся между кривошипной шейке)

Остальные обозначения приведены при определении диаметра шеек коленчатого вала

Значение коэффициента

Табл.8

в/d	1.2	1.4	1.5	1.8	2.0	2.2
	0.92	0.95	1	1.08	1.16	1.27

Значение коэффициента

Табл.9

r / h	е/h
	0	0.2	0.4		0.6	0.8	1.0	1.2
0.07	4.5	4.5		4.28	4.1	3.7	3.3	2.75
0.10	3.5	3.5		3.34	3.18	2.88	2.57	2.18
0,15	2,9	2,9		2,81	2,61	2,4	2,07		1,83
0,20	2,5	2,5		2,42	2,32	2,06	1,79		1,61
0,25	2,3	2,3		2,2	2,1	1,9	1,7		1,4
r – радиус галтели, мм е – абсолютное перекрытие

Диаметры шеек коленчатого вала, полученные по формуле Речного Регистра, проверяем на максимально допустимое удельное давление (давление на 1 проекции шейки) по формулам

1. для кривошипных шеек = 16,4 мПа

2. для рамовых шеек

- максимальная сила давления газов, мПа

- диаметр шейки кривошипа, м

- диаметр рамовой шейки, м

- длина шейки кривошипа, м

- длина рамовой шейки, м

m – коэффициент, учитывающий влияние наиболее нагруженного соседнего кривошина, m = 1,25

8 12 мПа – для тихоходных ДВС, заливка Б83

12 18 мПа – для быстроходных ДВС, заливка Б83

35 мПа - для быстроходных ДВС, заливка Бр.С30

(Баббит Б83 используют при толщине заливки (0,03 0,4) d, свинцовую бронзу Бр.С30 используют в тонкостенных вкладышах с толщиной заливки 0,4 0,6 мм)

Снятие круговой диаграммы 4-х тактного дизеля

Для удобства фазы изображают графически в виде круговой диаграммы газораспределения (рис. 2). Из рисунка видно, что открытие клапанов осуществляется с опережением, а закрытие с запаздыванием относительно ВМТ и НМТ. При этом угол открытия клапанов увеличивается, что способствует лучшей очистке и наполнению цилиндра.

Рис.2 Круговая диаграмма газораспределения 4-х тактного дизеля.

На круговой диаграмме газораспределения удобно рассматривать цикл работы четырехтактного двигателя: первый такт – наполнение (1 – 2), второй – сжатие (2 – 3), третий – сгорание и расширение (точки 3 и 4 соответствует началу и концу подачи топлива в цилиндр, точка 5 соответствует концу процесса расширения), четвертый такт – выпуск (5 – 6). Из диаграммы видно, что есть период (1 – 6), когда открыты оба клапана (перекрыш клапанов). Это улучшает процесс очистки камеры сгорания от отработавших газов.

Наивыгоднейшие фазы газораспределения, обеспечивающую наибольшую мощность, высокую экономичность и минимум токсичных компонентов в выхлопных газах, устанавливаются опытным путем при испытаниях на заводе-изготовителе. Численные значения этих фаз записываются в паспорт дизеля и должны обеспечиваться во время эксплуатации.

Определение и последующая регулировка (если требуется) фаз газораспределения производится на цилиндре № 4, где положение поршня совпадает с положением поршня № 1, относительно которого на маховике нанесены градусы п. к. в. (счет цилиндров от генератора).

Последовательность операций:

- подготовить дизель для проведения замеров, открыть лючки картера, индикаторные краны на крышках цилиндров;

- провернуть несколько раз коленчатый вал в направлении, указанном стрелкой на блоке (проворачивание осуществляется рукояткой, вводимой в отверстие на маховике); при этом следует обратить внимания на взаимосвязь вращения коленчатого и распределительного валов и работу механизма газораспределения;

- проверить, а при необходимости установить заданные инструкцией зазоры в приводе клапанов;

- ввести в зазор между хвостовиком клапана и рычагом толщиной 0,01 – 0,02 мм, совершая щупом небольшие перемещения в прямом и обратном направлениях и не выводя щупа из зазора;

- медленно вращать маховик по направлению стрелки, наблюдая за подвижностью щупа в зазоре; момент защемления щупа соответствует началу открытия клапана, освобождение щупа – закрытию;

- определить моменты открытия и закрытия клапанов в градусах п. к. в. до ближайших мертвых точек, а также геометрическую подачу топлива, наблюдая за его движением в стеклянной трубке, установленной на топливном насосе высокого давления вместо топливопровода;

- сравнить полученные результаты с данными завода-изготовителя. Допускается отклонение ± 5^о п. к. в. (впускной клапан расположен напротив воздушного фильтра, выпускной – напротив выхлопного патрубка, присоединенного к выхлопному коллектору).