автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Совершенствование блок-картеров автомобильных ДВС расчетными и экспериментальными методами

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ АВТОМОБИЛЬНЫЙ И АВТОМОТОРНЫЙ ИНСТИТУТ — ГНЦ НАМИ —

На правах рукописи

Г Г С Од

„ р гглг- УДК 621.43—2.001.24

ТЕРЕХИН АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ БЛОК-КАРТЕРОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВС РАСЧЕТНЫМИ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ МЕТОДАМИ

Специальность: 05.04.02 — Тепловые двигатели

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1998 г.

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации — Центральном научно-исследовательском автомобильном и автомоторном институте (ГНЦ НАМИ).

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

доктор технических наук,

профессор

М. А. Григорьев

доктор технических паук, профессор Р. П. Доброгаев кандидат технических наук II. Ф. Суханов

Л МО „ЗИЛ"

Защита диссертации состоится - ' '__1998 г.

в часов на заседании диссертационного совета Д 161.01.01 в Государственном научном центре Российской Федерации — Центральном научно-исследовательском автомобильном и автомоторном институте (ГНЦ НАМИ) по адресу: 125438, Москпа, Автомоторная ул., 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ НАМИ.

Отзывы на автореферат (дна экземпляра, заверенные печатью) просьба выслать на имя ученого секретаря диссертационного сонета но указанному адресу.

/^ с?

Автореферат разослан „_"_______ 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

А. Г. Зубакш!

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Развитие современного автомобильного двигате-гстроения характеризуется повышением удельных мощностных и экономикою« показателей двигателей в условиях непрерывно ужесточающихся эрм на выбросы вредных веществ в атмосферу. При этом ресурс двигате-гй также постоянно увеличивается, достигая, например, для двигателей эльшегрузных автомобилей одного миллиона километров и более до капи-ального ремонта. В этой связи.большое внимание должно уделяться дета-ш, непосредственно обеспечивающим получение параметров двигателей, гвечаюших современным и перспективным требованиям, в частности, юк-картеру двигателя.

Блок-картер автомобильного ДЕС является основной деталью двигате-I, структурная жесткость которой в значительной степени определяет 1ботоспособность расположенных в нем деталей шлиндро-поршневой груп-а и кривошипно-шатунного механизма и получение высоких мощностных, зпливно-экономических, экологических показателей двигателя и его ре-фса. Так деформации зеркала цилиндра двигателя, определяемые жест-зстью его корпусных деталей, в наибольшей степени влияют на расход юла на угар. Исследования же, в частности, состава твердых частиц в ¿бросах дизелей свидетельствуют о том, что количество частиц, неточном которых является моторное масло, может составлять от общего их зличества в отработавших газах от 10 до 50% в зависимости от конс-)укщш дизеля и рабочих условий. Кроме того, следствием повышенного исхода масла на угар является увеличение содержания углеводородов в 'работавших гагах как дизелей, так и бензиновых двигателей.

Блок-картер представляет собой наиболее сложную с технологической )чки зрения базовую деталь и несет в себе значительную долю материмых и трудовых затрат. Масса блок-картера составляет, как правило, I...35% от общей массы комплектного двигателя и от того, насколько щионально выбрана его конструкция, зависят не только рабочие показали двигателя, но и его массо-габаритные параметры.

Вместе с сопряженными деталями - гильзами, силовыми элементами -олтами, шпильками), опорами (картером) коленчатого вала и др. :ок-картер воспринимает все основные нагрузки, возникающие при сборке в процессе работы двигателя. Его напряженно-деформированное состоя-:е (НДС), возникающее при воздействии этих нагрузок, зависит от при-няемых для его изготовления материалов, особенностей конструктивных рм и размеров. Таким образом, исследования НДС блок-картера, отра-

- г -

ботка его конструкции с применением современных расчетных и экспер: ментальных методов с целью улучшения служебных качеств двигателя снижения его удельной массы, являются весьма актуальными.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка отвечающей современному уровню требован методики и проведение исследований по определению вакономерностей причин, вызывающих изменение макрогеометрии рабочих поверхностей (ц линдров, посадочных мест под подшипники коленчатого и распределител ного валов, привашчных - для крепления сопряженных деталей и др блок-картера в сборе с сопряженными с ним деталями, а также вовника ших в них напряжений при сборке и в процессе работы двигателя; разр ботка рекомендаций, направленных на совершенствование двигателя счет снижения нагруженности и деформаций блок-картера, цилиндров, д талей газового стыка, опор подшипников валов, расположенных блок-картере, общего уровня их напряженности при сборке и работе дв гателя.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ. Объектом исследований являются блок-карте с сопряженными с ними деталями - гильзами цилиндров, силовыми болта (шпильками), опорами (картером) коленчатого вала и др. автомобильн бензиновых двигателей и дизелей с диаметром цилиндра 92 мм, серий выпускаемых АО "Волжские моторы" и находящихся в стадии доводки и по готовки производства.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Теоретически обоснована и разработз методика раочетно-экспериментального исследования НДС блок-карте вместе с сопряженными с ним деталями - гильзами, силовыми болт= (шпильками), крышками коренных опор (картером) коленчатого вала и др включаюшэя в себя:

- создание ряда наиболее совершенных трехмерных конечно-элемек ных моделей блок-картера в сборе с сопряженными с ним деталями для с ределения их НДС при сборке и работе двигателя;

- расчетно-экспериментальное определение термических и сшюб граничных условий для расчетов;

- расчеты НДС корпусных деталей с применением метода конеч* элементов (МКЭ) в трехмерной постановке с аппроксимацией. конструга. объемными конечными элементами и экспериментальную оценку получен!: результатов;

- способ моделирования НДС корпусных деталей в условиях квазиста-ического нагружения и реализующую его экспериментальную установку.

С применением указанной методики выполнен анализ влияния различ-ых конструктивных особенностей двигателя и условий нагружения на ха-актер и величину деформаций рабочих поверхностей в блок-картере и опряженных с ним деталях, а также на уровни возникающих в них напря-ений.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Разработанные методические положе-ия позволяют на стадии проектирования и доводки конструкции двигателя лучшить его рабочие показатели в результате снижения деформаций рабо-их поверхностей, уровней напряжений и наиболее рационального их пере-аспределения в корпусных деталях.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований, методики и раэрабо-анные рекомендации по усовершенствованию конструкций корпусных дета-ей бензинового двигателя и дизеля размерностью 9,2/9,2 внедрены на ерийно выпускаемых и находящихся в стадии доводки и подготовки проиэ-одства двигателях ОАО "Волжские моторы" (Ульяновский моторный завод), , также приняты ОАО "Автодизель" (Ярославский моторный завод) для альнейшей конструкторской и технологической проработки и использова-ия на двигателях размерностью 10,2/12,2 и 13/14.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Работа выполнена в лаборатории деталей двигате-ей Центрального научно-исследовательского автомобильного и автомотор-ого института (НТЦ "Двигатели" ГНЦ НАМИ) в 1981 - 1997 г.г. в соот-етствии с отраслевыми планами, хозяйственными договорами с Ульяновс-им, Заволжским и Ярославским моторными заводами, Программой ГНЦ НАШ.

Результаты работы доложены и обсуждены на; III Всесоюзном научно-ехническом совещании "Динамика и прочность автомобиля" в 1988 г., важды на XVI научно-технической конференции молодых ученых и специа-истов НАШ в 1989 г., заседаниях научно-технических советов секций ТС "Системы автомобильных двигателей" НАМИ в 1987 - 1990 г.г., "Дви-атели" - в 1991 - 1997 г.г.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертации изложены в девяти на-чных работах.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав и с щих выводов, изложенных на 239 страницах машинописного текста, вклт 73 рисунка и 14 таблиц. Работа также содержит список литературы (1 наименований) и 4 приложения.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

- методика расчетно-экспериментального исследования НДС цилшвд вой части блок-картера;

- методика расчетного определения податливости опор коренных пс шипников в блок-картере;

- трехмерные математические модели для расчета корпусных дeтaJ двигателей с применением разработанных методик;

- методы определения силовых граничных условий для проведе! расчетов и результаты их экспериментального подтверждения;

- способ моделирования НДС блок-картера в условиях квазистатичЕ кого нагружения;

- результаты расчетного и экспериментального определения значе! деформаций рабочих поверхностей и напряжений в корпусных деталях бензиновых двигателях и дизелях размерностью 9,2/9,2.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ обоснованы актуальность темы исследований и целесос разность'развития работ, направленных, с одной стороны, на дальней совершенствование конструкции и улучшение служебных качеств блок-к* теров и, с другой стороны, разработку новых, более эффективных и д< товерных методов расчетного и экспериментального их исследования, ш воляющих на стадии создания двигателя закладывать в конструкции га пусных деталей научно-обоснованные рациональные конструктивные ра ния.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ анализируются состояние проблемы расчетного и э) периментального исследования НДС и совершенствования конструю блок-картеров автомобильных ДЕС и степень исследованности вопро* влияния деформаций рабочих поверхностей блока на показатели работоа собности двигателя.

Приведен краткий обзор работ в этой области. К их числу, в пер;

очередь, следует отнести работы Васильева Г.Л., Григорьева М.А., Гур-вича И.Б., Истомина П.А., Орлина A.C., Салтыкова М.А., Чайнова Н.Д., Чистякова В.К., внесших весомый вклад в решение'проблем расчетного и экспериментального исследования блок-картеров ДВС. Отмечено, что описанные в литературе расчетные, использующие, как правило, балоч-го-стержневую иди двумерную идеализацию моделей, и экспериментальные методы определения и исследования НДС корпусных деталей в основном от-яосятся к неавтомобильным ДВС. Специфика же автомобильных ДВС (блок-картерная литая конструкция корпусных деталей, малые размеры и эсобенностм условий нагружения) вносит значительные коррективы в методики расчетов и испытаний.

Показано, что современному уровню требований могут соответствовать методики расчета, реализующие в себе МКЭ в трехмерной постановке.

Рассмотрены типы нагрузок, воспринимаемых блок-картером автомобильного ДЕС в процессе сборки и работы двигателя. На основе их анализа разработана классификация типов нагружения блок-картера автомобиль-юго ДВС, в дальнейшем принятая в работе.

Проведенный обзор и анализ опубликованных работ, показавший в це-юм актуальность выбранной темы исследований, позволил сформулировать следующие ОСНОЕНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

- создание и отработка ряда наиболее совершенных трехмерных ко-!ечно-элементных моделей блок-картера в сборе с сопряженными с ним деталями для определения их НДС при сборке и работе двигателя;

- разработка расчетно-экспериментальных методов определения тер-шческих и силовых граничных условий для расчетов;

- проведение расчетов блок-картера на основе МКЭ в трехмерной [остановке с аппроксимацией конструкции объемными конечными элементами [ экспериментальная оценка полученных результатов;

- разработка способа моделирования НДС корпусных деталей малораз-[ерного автомобильного ДВС в условиях квазистатического нагружения и издание на его основе экспериментальной установки;

- выявление закономерностей влияния различных конструктивных осо-енностей блок-картера и в целом двигателя на характер и величину фор-¡оизменения рабочих поверхностей в блок-картере и сопряженных с ним еталях, в частности, рабочих поверхностей цилиндров, посадочных по-ерхностей под подшипники, а также уровни возникающих в них напряже-ий;

- исследование формы деформаций зеркала цилиндра й ее влияния на

- б -

показатели работоспособности двигателя: величину расхода моторнс масла на угар и утечку газов в картер;

- на основе разработанной методики подготовка и внедрение рек мендаций по совершенствованию корпусных деталей бензинового двигате и дизеля размерностью 9,2/9,2.

Структура работы приведена в таблице.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена разработке методики расчетного определен НДС элементов блок-картера на основе применения МКЭ и подготовки гр ничных условий для проведения расчетов.

Блок-картер рассматривается в едином комплексе деталей, на кот рые одновременно действуют внешние факторы, и которые взаимно воздей твуют друг на друга. Определение НДС блок-картера в общем случае св дится к решению трехмерной задачи теории упругости с помощью МКЭ объемной постановке. В качестве конечного элемента для аппроксимац использовался изопараметрический трехмерный параллелепипед с функция формы первой степени, имеющий 8 узловых.точек в вершинах с возмо ностью перемещений по трем степеням свободы в каждом узле. Матери ■элемента полагался изотропным, нагружение элемента происходило давл нием на грани, сосредоточенными усилиями в узлах, тепловыми нагрузи ми.

В работе использована стандартная процедура МКЭ в объемной пост новке, рассмотрены особенности метода применительно к разработанным участием автора программным средствам и специальным вопросам моделир вания НДС корпусных деталей двигателя.

С точки зрения удобства анализа определение НДС блок-картера ра делено на этапы, например: от монтажных нагрузок при сборке двигател с учетом термических нагрузок; от воздействия кривошипно-шатунного м ханизма при работе двигателя.

Для определения тепловых- деформаций и напряжений использовала концепция "начальных деформаций".

Решать задачу в трехмерной постановке для полноразмерно блок-картера с учетом оребрения, приливов, окон, а также сопряженн деталей чрезвычайно сложно и трудоемко. Кроме того, возможность тако решения зависит от программно-аппаратного обеспечения исследователя, данном случае в силу симметричности конструкции и ее нагружения рас матривались фрагменты детали. Во избежание чрезмерного усложнения ра четных схем и связанного с ним повышения погрешностей расчетов, в р, боте некоторые сопряженные детали, в частности, головка блока, замен,

а в т с м с б и л ь н ы>;

Та&п ица.

ими методами

иостоянив проблемы }

это д о в и с с л е д о fe а н и я эр л у сны х де т а л е и

ибэор и анализ экс neoиментальныа методов не следования НДь корпусных деталей и его влия нип на показатели ра&отоспосо&ности двигзте

ности двигателя

К. л а с с и ф и к а. ц у я видо1~ нагружения ьлок-картера

¡ U,ei

задачи исследования I

азработка методик расчетных исследований [ | Разработка методик экспериментальны:-: исследований

IL

атодики расце а основe„MKd

цицилиндоовой 5tc т и ьпок.'а при зорка двигателя

лилового и теп-онапряженного з с т ср я н и я и, и л и н д— ое<ои части ьлока

зрмоизме нения напряженного эстояния опоо-зго узла корен-зга Подшипника

IL

петодики подготовки граничных условии для расчетов

"Н Д С ц и о и н д р о в о н ч^сти ьло1-!а при

сьорке

г и гателя

Расчетное определение усилии га-тяжки и паспределения Давлении по по виткам реВьЕы

ГЭкспеаиментальное исследование L усилии затяжки реэььовын соедине-

Расчетное определение распределения давлении по отдельным feoнам прокладки

Экспеоимент-зльнсе определение полей давлении в стыке1

ШГС

Ч гЭ Г

pat:

, циггии дрова и ; т и о л о к a п р и -,оте д в и г a. тЬпг

ÍPaс ч я»т н o е? о пЪ е д е п е н и в к о эФФ и и, и е н -та разгрузки' газового сты\<а

Экс г» е? р и м ент а л ьное исследование дин а м и ч § с к и х н а гпу s о к в u i п и л ь к а >; и о п d е д е п е н и е к а э Ф ф и циента р a з г р у -"i: к и гайового стыка

Ч

Расчетное определение распределение нагрузок по киткангре?:эъьй при р а ь о т е двигателя

ЛТП.- картесной части ьлока при р а Ь о т е д в и г а т е л я

—[динамически? расчет двигателя —[Распределение на грузок на опор у

т е л л о в о г о и т е л -л о н а п р я ж в н н о г о состояния цилиндровой части ьлока

Термометр и р о га н и е корпусных дета-Pl лей при работе двигателя на стенде

1 ГРж?

1— roa

чет параметров теплооъмена на границах корпусных деталей

монтажных деФоомаций зеркала цилиндра

напряженного состоя ния корпусных дета — леи прй сьорке дви-

лодатливости и формоизменения опорного узгГа коренного 'подшипника

теллоЕ-юго состояния - корпусных детален

напряженноео со с т о я -н и я корпусных деталей nрVi работе' двигателя

влияния макрогеометрии цилиндр» на ло~ V:аа т е л и раьатпепо-со&ности двигателя

спосоьа моделирования. .viB аз и ст ат и ч ее к. о— го НДС корпусных деталей; райра£отка и изготовление оеали-зуншеи eró вкспери-м е н т а л ь н о и у с т а н Ь в к и

Расчетные и экспериментальные исследования НДС корпусным деталей двигателей азмер ноет ью 9,2/7,2 и его влияния! на показатели раьотоспосоьности двигателя

ра

Л

лС Ч(р г И Lif Hcrnpnct тния I НИСМ

зьотанных иетолик леформйцни и н.апря — гнив в i при1 сну r'< Tin- nnirfiiH нпии.'и-щии ДИзеПЯ -.и и ново го лвнгйтрля раз-

эр ноет ью у,2/9.^

m

рлс

питания

j.ípabüTKa и расчетная проверка реком^н — 5ЦИи по соБершеыствованмм) к'онстЬукции „ зрпусных деталей иселедуемык двигателей

6ез:мотор ные!

Определение зависимостей де-Имаиии керкала цициндра исследуемых двигателей от успр-вии_.СЬооки о конструктивных осоьенностеи

Определение напряженного состояния корпусных детален Дизеля на модеп и р у ю ш, е и устано в к е

Исследование податл ивоети опорных узлов коренных под-га или и к о е< и с с л е д v е м о г о д и s ё г

?го аналогов'

Те кг : о м g? т г:> и d о в а н и е к о □ л у с н ы X .пвтал&и 'исСледуЕ'Нь.п!_.'лвй гате-)теи в пооцессё их сьорки

=П---

мотор ныеI

Тён з- о м е т р и р о в а н и е

Те р м о м е т р и р о в = корпусных Вет« исследуемый д i лен

ование -талеи дви гате-

T'íc с л е л о в а н и е за в и с и -мостеи угаоа масла и ппорыва газов в картер на одноцилиндровой моторной уста1-ноЕ-ке

ь г-ГедЪ "ё н и¥~р ё -з /пь та т о"в и с с л е до в а н"й"и в п р см ь\ш л е ни а с т ь j

лись их соответствующими силовыми воздействиями на блок-картер.

Расчет теплонапряженного состояния блок-картера также проводился по "разрезной" схеме с разными вариантами наложения связей в узлах, принадлежащих ограничивающим модель плоскостям симметрии. В качестве граничных условий для проведения тепловых расчетов приняты известные -параметры стационарного теплообмена, а также граничные условия первого года в виде значений температур в углах, полученных экспериментально гермометрированием.

В процессе моделирования НДС модификаций блоков дизеля 4ЧН 9,2/9,2 и бензинового двигателя 44 1,2./9,2 были разработаны модели отсеков различных /ровней сложности содержание от 3,2 до 7,5 тыс. /равнений (рис. 1).

Рассмотрены методи-шские вопросы Еыбора сиговой схеш закрепления и гагружения блока. На осно-¡е сравнения результатов >асчетов с использованием 'рех вариантов силовых ■хем и экспериментальных анных по деформациям зер-:ала цилиндра выбрана наи-олее предпочтительная хема при определении в альнейшем НДС цилиндровой асти блока от действия онтажных нагрузок.

Рассмотрены особен- Рис.1. Фрагмент деформированной мон-

ости распределения усилий тажными нагрузками модели (5,2' тыс.уравне-т затяжки силовых элемен- ний). цилиндровой части блок-картера с □в (шпилек, болтов) между гильзой бензинового двигателя. Сверху тон-рокладкой и верхними по- кими линиями наложена недеформированная грхностями блокз и гильз сетка первого слоя элементов верхней плиты.

цилиндров.

Зоны контакта головки блока (через прокладку) с элементами блок разделены на две характерные группы:

- с относительно малыми средними контактными давлениями с равно действующей Р, в местах уплотнения верхней, поверхности блока и гиль неокантованным полотном прокладки (упругий элемент с жесткостью С();

- с относительно большими средними контактными давлениями с рав недействующей в местах уплотнения камеры сгорания и вставок вих рекамер (в дизеле) окантованными частями прокладки (упругий элемент жесткостью С2).

Распределение суммарного усилия затяжки из между параллельным ■упругими элементами 1 и 2, полученное из рассмотрения процесса дефор мирования упругой системы С,- Сг, определяется следующими соотношени ями:

А - суша Еыступания гильзы над поверхностью верхней плиты блок и двухстороннего выступания окантовки прокладки относительно ее пс лотна.

Определение контактных давлений в стыке головки и блок-картерг кроме того, проводилось экспериментально с помощью метода пластически индикаторов.

Показано, что в исследованных конструкциях двигателей распределе ние контактных давлений в зоне стыка крайне неравномерно, причем эт неравномерность имеет характер, Еполне объяснимый различной жесткость отдельных зон стягиваемых деталей. На опорную поверхность по периметр цилиндра и в зоне вставок вихрекамер в дизелях 4ЧН 9,2/9.2 действую наибольшие давления, средние значения которых могут достигать 100 Ж и более, в бензиновом двигателе 44 9,2/9,2 по периметрам гильз в гонг прилегания окантовок давления составляют 55... 45 МПа в зависимости с величины выступания гильз, равномерности обжатия окантовок и друп факторов.

Опыт доводки автомобильных ДЕС показывает, что- надежная гермеи: зашм газового стыка может быть достигнута при минимально действующ! в зоне камер сгорания давлений: для бензиновых двигателей - 30 МПа

где:

цля дизелей - 40 МПа, а уплотнение по маслу - не менее В МПа. В этой связи, доводка конструкции деталей газового стыка исследуемых двигателей является резервом снижения деформаций зеркала цилиндра и улучшения лх газомаслоуплотнения.

На основе полученных значений равнодействующих Р^ и Р2, экспериментальных данных по распределению давлений в контрольных точках, ана-яиза конструктивных особенностей цилиндровой части блока, прокладки, и головки блока сформированы силовые граничные условия по верхней плите.

С целью уточнения зависимости Цз в функции от момента на ключе применительно к наиболее ответственным резьбовым соединениям блок-кар-гера проведен комплекс расчетных и экспериментальных (электротензомет-сирование) работ по определению усилий в резьбовых соединениях иссле-цуемых двигателей. Полученные данные учтены при подготовке граничных /словий для расчетов в виде распределения давлений по Биткам резьбы в геле блока.

Сила, растягивающая стержень болта (шпильки) или сжимающая тело 5лока С}(2) на текущей высоте 2 резьбы в условиях предварительной затяжки резьбового соединения (без учета упругого поворота болта в пределах соединения), определялась численным интегрированием интенсивности распределения этой нагрузки ц(г) по высоте резьбы: '

О''

В работе принято допущение о том, что в условиях трехмерной ко-яечно-элементной аппроксимации модели нагрузки по виткам резьбы приведены к сосредоточенным и приложены в точках- - узлах объемных элементов, моделирующих стержень болта.

Такой подход справедлив в случае предварительной затяжки и был юпользован при моделировании НДС блока от монтажных нагрузок.

Если же соединение было предварительно затянуто, а затем нагружено внешней нагрузкой и если детали, через которые передается внешнее усилие, не моделируются конечными элементами совместно с 5локом, то при интегрировании учитывался коэффициент "основной" наг-эузки соединения )( :

= 3

На рис.2 в качестве примера показаны средние напряжения растяже-шя-сжатия в теле блока исследуемого дизеля в зоне силового болта

крепления картера коленчатого Еала, полученные расчетом на основе МКЭ. Резьбовое со-

мнение первоначально затя-

нуто усилием 61 кН и нагружено максимальным усилием со 5 гтороны коленчатого вала от 10 рабочего процесса в цшшнд- „

1а

рах дизеля. Как видно, рас- ^

пределение нагрузки по вит- 2_

кам резьбы и податливость

материалов блока и болта в 30

35

гоне резьбы существенно влияют на напряженное состояние ^ бобышки.

Оценка степени разгруз- Рис.2. Изменение по высоте резьбы средни стыков при работе деигэ- них напряжений растяжения-сжатия в те-теля и связанных с ней: ле блока в зоне бобышки болта крепления уменьшения уровня давлений картера коленчатого вала, по привалочным поверхностям

блок-картера и повышения напряжений в зоне бобышек осуществлялась рас четными методами из условия равенства перемещений стыковых поверхнос тей по уточненным соотношениям, учитывающим место приложения и распре деление внешней нагрузки к корпусным деталям. Степень разгрузки газо еого стыка, кроме того, исследовалась и экспериментально с помощь: тензометрироЕания силовых шпилек на работающем бензиновом.'двигателе. 4'

ТензометрироЕание позволило выявить относительно малые динамические составляющие усилия растяжения шпилек от сил давления в цилиндра двигателя. На режиме номинальной мощности они составили от вспышек : близлежащих к шпильке цилиндрах не более 2,2 кН, от вспышек в соседни с ними цилиндрах - не более 1,5 кН. При этом коэффициент основной нагрузки соединения получен 0,18...0,20, а уменьшение равнодействующе: давления е стыке на площади, уплотняемой одним силовым элементом (0,72...0,80)Рг*.

Величины нагрузок со стороны коленчатого Еала рассчитывались исходя из заданного давления в камере сгорания, угла положения и частот! вращения коленчатого вала. В виде силовых граничных условий по усилиям, 'действующим на коренные опоры исследуемых блок-картеров, принима-

9,2/9,2.

пись результаты расчетов коленчатых валов двигателей ЗМЗ-24.10 и дизеля 4ЧН9,2/9,2 с учетом гидродинамики масляного слоя' в подшипниках и коэффициентов "влияния", учитывающих "неразрезную" схему расчета, вы-толненные в НАШ с применением программного комплекса "KFOK".

На внутренней поверхности опоры принималось расчетное распределе-ше нагрузки по "косинусоидальному" закону на дуге 120 град, в соответствии с соотношением:

П = iwi • Cos i 4\ Тп

где:

: . F- - соответственно максимальное и текущее значение силы: Mi»' >

рп - соответственно угол приложения силы и текущий угол;

Эта зависимость аппроксимировалась дискретно-постоянным по граням элементов полем давлений. По ширине опоры давление принималось посто-знным.

Для подготовки расчетной модели опорного узла коренного подшипника рассматривалась половина перегородки картерной части блока с соответствующим фрагментом модификации картера коленчатого вала или опоры, выполненной в виде отдельного бугеля, так как они симметричны относительно плоскости, проходящей через оси болтов крепления опор и перпен-щкулярной оси коленчатого вала. При этом было принято допущение о симметричности нагружения опоры коренного подшипника относительно указанной плоскости, без учета упругого прогиба коленчатого вала при ра-юте.одного из прилежащих к опоре цилиндров.

В качестве граничных условий расчета опорного узла принимались шбо перемещения в узлах, полученных в результате расчетов отсека бло-са-с использованием модели с более грубой аппроксимацией картерной гасти, либо жесткое закрепление картерной части в узлах, принадлежащих шжней поверхности нижней плиты блока. В работе использованы обе схе-1ы. Однако для сравнительного анализа конструкций отдано предпочтение >торой силовой схеме, более простой, практически не вносящей погреш-гости в результаты НДС картера коленчатого вала или отдельной его опо-)ы (бугеля). Эти модели содержат 5,1 тыс.уравнений.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ описана разработанная методика экспериментального исследования теплового и напряженно-деформированного состояния элемен-'ов блок-картера и его влияния на работоспособность двигателя.

Экспериментальное определение изменения макрогеометрии рабочих юверхностей цилиндров при монтаже головки блока осуществлялось авто-

ром совместно с лабораторией линейно-угловых измерений Центральной научно-исследовательского автомобильного полигона на имеющемся та! оборудовании. Изложена методика проведения измерений и записи профи-лограмм зеркала цилиндра с использованием универсального кругломер; типа "Талиронд" фирмы "Тейлор Гобсон" (Англия).

Напряженное состояние -корпусных деталей (блок-картер, гильза, картер коленчатого вала) при сборке двигателя исследовалось с помощы электротензометрии - наиболее универсального и распространенного ] экспериментальной технике метода. В качестве тензоусилителя и одновременно регистратора деформаций использовался цифровой тензометрическш мост ЦТМ-5. Разработка схем наклейки проводилась на основе данных, полученных в предварительных расчетах МКЭ, а само определение напряженш в контрольных точках выполнялось с целью подтверждения расчетных результатов.

В процессе работы тензометрировались:

- цилиндровая часть блока бензинового двигателя 44 9,2/9,2 в десяти точках при приложении монтажных нагрузок от затяжки болтов крепления головки;

- четвертая перегородка картерной части блок-картера дизеля 4г 9,2/9,2 совместно с картером коленчатого'вала при сборке и имитацш работы двигателя на моделирующей установке.

Для решения задачи квазистатического моделирования НДС блок-картера и коленчатого вала работающего двигателя с учетом их взаимодействия в любой момент времени по углу поворота кривошипа разработана, из готовлена, защищена Патентом РФ и использована в работе специальна; стендовая установка. Для обеспечения стабильности во времени НДС исследуемых деталей для их нагружения использовано соединение типа "винт-гайка" и, в частности, одно из его свойств - самостопорение.

На рис.3 изображен поперечный разрез разработанной стендовой установки, смонтированной с деталями дизеля 4ЧН 9,2/9,2. Важная особенность установки: она не замыкает нагрузки от инерционных сил в криво-шипно-шатунном механизме двигателя непосредственно на блок-картер, г позволяет передать их на неподвижно закрепленное основание. Контрол: момента на коленчатом валу осуществляется с помощью тензомуфты.

Описанная стендовая установка позволяет получить дискретные периодические функции НДС блок-картера и коленчатого вала по углу поворота кривошипа за рабочий цикл (720 градусов) с учетом их взаимовлияния, обеспечить стабильность во времени КЕЗэистатических НДС этих деталей

для их всестороннего исследования. Такая установка может служить эффективным средством в исследовательской практике при отработке конструкции деталей.

Определение жесткости опор коренных подшипников экспериментальным путем осуществлялось на прессе ЦЦМУ, отрегулированном на предельную нагрузку 12 тонн. По показаниям индикаторных головок с точностью 1 мкм исследовалась зависимость деформаций опор - перегородок в блок-картере и картере коленчатого вала от величины нагрузки на них.

Экспериментальное определение уровней теплового состояния корпусных деталей исследуемых четырехцилиндровых двигателей осуществлялось на основе термометрирования цилиндровой части блока одной из доводоч-аых модификаций дизеля 44 9,2/9,2, а также гильз цилиндров модификаций 5ензинового двигателя 44 9,2/9,2 с зерхней и нижней фиксацией гильз.

Тепловое состояние корпусных деталей исследовалось в стендовых условиях на различных режимах работы двигателей.

Температуры деталей при испытаниях замерялись хромель-копелевы-«и термопарами, выполненными из фоволоки Ф 0,5 мм с головками спая ),8...1,0 мм. Сигналы от термопар ¡нутри двигателя регистрировались Рис.3 шектронными

а)

\

у—1—11' 4.1 ■« )

б)

Поперечный разрез (а) и ус-потенциометрами КСП-4 тройство тензомуфты (б) моделиру-шасса точности 0,5 с пределами из- ющей установки, [ерений 0...400 град.С.

Экспериментальное определение напряженного состояния блок-картера [ри работе двигателя осуществлялось тензомегрированием в контрольных

местах четвертой перегородки блок-картера и картера коленчатого вал; дизеля 44 9,2/9,2 с целью сравнения данных, полученных на моделирующее установке в условиях квазистатического нагружения и на работающем двигателе. Изложены методические особенности подготовки и проведения" тен-зометрирования корпусных деталей в стендовых условиях.

Влияние изменения макрогеометрии зеркала цилиндра на два показателя: угар моторного масла и утечку газов в картер изучалось на одноцилиндровом двигателе 14 9,2/7,5, созданном на базе универсальногс картера УК-7-1, цилиндры которого выполнены в виде мокрых гильз. Выявлялась зависимость между овальностью и конусообразностью цилиндра I угаром моторного масла и утечкой газов в картер..

Цилиндро-поршневая группа двигателя была собрана из штатных деталей серийного двигателя ЗШ-4021.10. На протяжении всех испытаний менялись только гильзы цилиндров, поршневая группа оставалась неизменной. Испытаниям подверглись гильзы цилиндров, изготовленные с различной величины отклонениями: овальностью, прямой и обратной конусообразностью.

Измерение расхода масла на угар производилось весовым способов при "сухом" картере через 20 мин. работы двигателя с погрешностью ш более 10%. Утечка картерных газов измерялась электронным прибором НАШ СПГ-2 с точностью 1 л/мин.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ проведен анализ результатов расчетных и экспериментальных исследований на основе разработанных методик теплового I напряженно-деформированного состояния блок-картеров четырехцилиндроЕы> рядных автомобильных двигателей.

Получены качественные картины и численные уровни изменений макрогеометрии рабочих поверхностей цилиндров и определена степень влияни* на них некоторых конструктивных особенностей двигателя:

- исполнения цилиндров (мокрые гильзы, сухие гильзы, совместна; отливка цилиндров с блоком);

- способа фиксации сухих гильз в блоке;

- конструкции газового стыка и прокладки;

- конструкции блока (наличие проток между цилиндрами, тслаинг верхней плиты, отдаленность бобышек от образующих рабочей поверхнсст! цилиндра и др.);

- затяжки силовых элементов (болтов, шпилек) крепления головки.

Исследования проводились на различных опытных модификациях дизеля 4ЧН 9,2/9,2, его аналоге - дизеле Sofi.m-8140.61 и бензиновом че-

тырехцилиндроЕом двигателе размерностью 9,2/9,2. Анализ жесткости блока в целом и основных его элементов осуществлялся качественно по расчетно и экспериментально полученным картинам деформаций и численно

- по значениям перемещений узлов моделей круглости на реально нагруженных деталях.

Анализ характера деформаций цилиндра с сухой гильзой с буртом, полученных экспериментально, на блоках опытных модификаций дизеля серий За, 36, 4а, 46, а также расчетных данных по деформациям зеркала цилиндра в блоках этих двигателей позеолил сделать еыеод об удовлетворительной сходимости расчетных и экспериментальных результатов (рис.4).

Предложены и обоснованы мероприятия по совершенствованию корпусных деталей в зоне фиксации сухой гильзы в блоке, позволившие устранить изгиб бурта сухой гильзы, снизить деформации рабочей поверхности цилиндра, улучшить его охлаждение.

На основе вариантных расчетов показано, .ЗДо с уменьшением толпшны верхней плиты блока с 16 до 10 мм деформации цилиндра увеличиваются незначительно (на 2...7 м™), и, поскольку такой же _эффект по снижению деформаций цилиндра возможен и при изменении конструкции прокладки или блока без увеличения его массы, снижение толщины верхней плиты блока до 10 мм позволяет иметь резерв уменьшения металлоемкости и теплонапряжен-ности цилиндро-поршнеЕой группы.

Комплекс метрологических иссле-

лрогибам и

отклонениям от

Рис.4. Сравнение расчетных и экспериментальных данных по деформациям образующих цилиндра ДУ (мкм) дизеля 4ЧН 9,2/9,2 в плоскости, перпендикулярной оси коленчатого Бала. —•—•— - расчет блока с 15-мм верхней 'плитой;

--*■ — -»■ - расчет блока с 10-мм верхней плитой;

~ экспериментальные данные для блоков с 16-мм верхней плитой.

цований деформаций зеркала цилиндра экспериментальных модификации ди-

геля 4ЧН 9,2/9,2 и расчетов позволил выявить причины возникновения деформаций цилиндров, и обосновать рекомендации по количеству, размещению и усилиям затяжки болтов крепления головки блока, а также требованиям к прокладке.

Отмечено, что при снятии жесткого картера коленчатого вала макрогеометрия цилиндра практически не изменяется. Она с точностью 2... Л мкм повторяет исходную. Это дает основание проводить аналитическое определение деформаций рабочих поверхностей цилиндров при рассмотрена лишь цилиндровой части блока.

Исследование деформаций цилиндров в блок-картере бензинового двигателя 44 9,2/9,2 проводилось расчетно и экспериментально нз серийно) двигателе УМЗ-417.10. Показана приемлемая сходимость расчетных и экспериментальных данных.

Предложены и расчетно проверены мероприятия по изменению конструкции блока этого двигателя, имеющие целью снижение деформаций цилиндров, повышение надежности газового стыка, снижение шумности работы двигателя. Усовершенствования, в пергую очередь, были направлены н£ увеличение и обеспечение равножесткости при изгибе опорного бурта i снижение его изгиба изменением конструкции прокладки (рис.5).

В усовершенствованной (с увеличенной до 57 мм высотой межцилиндровой перегородки и ее фасонной формой для снижения вертикального изгиба, цилиндрической (R =• 150 мм) с вертикальным оребрением право!' стенкой, измененными размерами и расположением перемычек и стоек, формирующих отсек расположения толкателей) конструкции блок-картера i сборе с измененной прокладкой с круглыми окантовками с внутренними i наружными диаметрами соответственно 103 и 110 мм значительно (нг 12...30 мкм) снизился изгиб опорного бурта в блоке при улучшении равномерности изгиба по периметру цилиндра, что привело к уменьшению деформаций цилиндров до 4...13 мкм в зоне работы колец и снижению максимальной овализации до 23 мкм.

Для оценки применимости разработанной методики расчетного анализа деформированного состояния картерной части блока осуществлены расчеть и проведены эксперименты по определению жесткости картерной части блока дизеля 4ЧН 9,2/9,2.

Исследовались:

- опорный узел с картером коленчатого вала, имеющим прилегание к блоку лишь в зоне посадочных мест под подшипники и бобышек силовых болтов крепления картера (схема, принятая на дизеле 4ЧН 9,2/9,2);

мки

- опорный узел' с картером коленчатого вала, имеющим прилегание к блоку по всей плоскости -разъема (схема двигателя-аналога Sofim 5140.61);

- опорный узел с традиционной отдельной чугунной опорой 'бугелем).

Этими работами установлено:

- разница в результатах расчетов и эксперимента по определению деформаций составляет не более 5...6%;

- опора с прилеганием картера коленчатого вала по всей плоскости разъема дает некоторое уменьшение (не более 3 мкм) отклонения от круглости в сравнении с принятой на дизеле 4ЧН 9,2/9,2 схемой при той же вертикальной жесткости;

- у опорного узла коренного подшипника, выполненного в виде отдельной опоры, максимальное отклонение от круглости примерно в два раза выше и значительно ниже вертикальная жесткость в сравнении с опорными узлами в виде картера коленчатого вала.

■ Во всех модификациях дизеля 1ЧН 9,2/9,2 при затяжке болтоЕ фепления головки на общем низком фоне эквивалентных напряже-пш в материале блока выделяются-этносительно высокие напряжения з верхней плите (в зонах бобышек ÎO 100... 120 МПа). Тенденция распределения напряжений едина: : удалением от верхней плиты к )си коленчатого вала напряжения

Рис.5. Прогиб опорного бурта "А" в блоках различных модификаций бензинового двителя 44 9,2/9,2 при затяжке моментом 75 Нм: 1 - серийный блок; 2 - серийный блок с утолщенной на 4 мм верхней плитой;

3 ■ - усовершенствованный, блок;

4 - усовершенствованный блок в сборе с измененной прокладкой.

уменьшаются.

Монтажные напряжения в блок-картере ив алюминиевого сплава бенз! нового двигателя 44 9,2/9,2 и в гильзе имейт также свои максимальш значения в верхней части в зоне верхнего бурта блока, .. на который от рается гильза, и в верхнем бурте гильзы. Напряжения сжатия в бур1] блока могут достигать 50...55 МПа, в бурте гильзы - 70 МПа.

Несовпадение расчетных значений и результатов тензометрироваш этого блока и гильзы по составляющем напряжений не превысило 8...10% местах с высокими градиентами их изменений, что можно считать приемл« мым.

Для оценки напряженного состояния картерной части блока и ош коренных, подшипников проведены соответствующие расчеты и тензометрирс вание четвертой опоры коленчатого вала дизеля 4ЧН 9,2/9,2. Экспериме! тальное определение напряжений осуществлялось на блоке, установление на моделирующей установке, при различных этапах сборки двигателя имитации его работы нз номинальном режиме. .

Анализ осциллограмм напряжений и функций напряженного состояни; определенных в квазистатических условиях, и их сравнение дают основ; ние считать, что:

- получена удовлетворительная сходимость результатов испытан! на моделирующей установке и на работающем двигателе. Разница в знач< ниях напряжений составила максимально не более 12% на углах поворо: кривошипа, соответствующих вспышкам в близлежащих к исследуемой onoj цилиндрах;

- напряженое состояние корпусных деталей картерной части двигат( ля е процессе его работы характеризуется относительно низкими уровня) напряжений. Динамические составляющие напряжений, полученные на иссж дуемом дизеле (не более 10...15 МПа), составили не более 13% от мака мальных монтажных, напряжений сжатия в бобышках силовых болтов.

Полученные экспериментальные и расчетные данные о напряжение состоянии блок-картеров позволили сделать осноеной вывод о том, ч: наибольшие значения напряжений и их градиентов в элементах блок-карт< ра возникают от монтажных нагрузок. Поскольку уровни этих напряжен] далеки от критических при проектировании и доводке конструкц] блок-картера более актуальной следует считать задачу снижения формой; менения его рабочих поверхностей.

Изменение теплового состояния стенок цилиндров в блок-картере Д1 зеля 44 9,2/9,2 по скоростной и нагрузочной характеристикам в процес<

данной работы исследовалось экспериментально на работающем двигателе в стендовых условиях. Наибольшие уровни температур при повышении нагрузочного и скоростного режимов отмечены со стороны встаЕок вихрекамер, три этом в первом и четвертом цилиндрах на номинальном режиме по скоростной характеристике температуры могут достигать предельных величин (198 и 210 град.С). Таким образом, большая ось "температурного" овала расположена перпендикулярно оси коленчатого Еала дизеля. Большие оси эвалов зеркала цилиндров, вызванные таким нагревом, располагаются параллельно оси коленчатого вала, и являются причиной повышенного продольного теплового изгиба блока и нарушения соосности опор коленчатого зала.

Расчетное тепловое состояние гильзы бензинового двигателя 44 3,2/9,2 по ее периметру также неравномерно: на наружной поверхности в верхней зоне - 145...170 град.С, на внутренней поверхности 185...200 ■•рад.С. С удалением от камеры сгорания неравномерность исчезает: внизу ia внутренней поверхности - 110 град.С, на наружной - 88 град.С. Теп-ювое состояние блока тлеет большую неравномерность также в верхней зоне - 70...128 град.С и практически стабилизируется около 70...80 ^рад.С ниже уровня, отстоящего от верхней плоскости на 25...30 мм. Следует отметить удовлетворительное'совпадение полученных по "разрез-юй" схеме расчетных темперзтурных полей с данными термометрирования "ильз цилиндров с верхней фиксацией.

В результате расчетов теплонапряженного состояния цилиндровой 1асти блока в сборе с гильзой исследуемого бензинового двигателя по 'разрезной" схеме в условиях нагрева и свободного расширения цилиндро-юй части в направлении оси коленчатого вала установлено, что имеет lecTO увеличение диаметра гильзы в плоскости .оси вала на величину до .64 мкм и перпендикулярно ей - на 130...150 мкм. При нагреве происходи неравномерное ее расширение во всех направлениях, при этом значе-шя максимальных' отклонений от круглости зеркала цилиндра изменяются ^значительно в сравнении с чисто монтажными деформациями.

В работе исследовались зависимости изменения макрогеометрии ци-шндра на показатели утечки газов в картер и расхода моторного масла ia угар, поскольку эти зависимости представляют интерес как с точки (рения обеспечения работоспособности, так и улучшения экологических :ачес.тв двигателя, поскольку непосредственно влияют на выбросы двига-■елем вредных веществ с отработавшими и картерными гагами.

Испытаниями установлено, что в режиме работы двигателя с частотой

вращения коленчатого вала в диапазоне 1500...3500 мин-1:

- йри увеличении овальности цилиндра на каждые 10 мкм расход мо торного масла на угар и утечка газов в картер возрастают соответствен но на 10...12% И 10...15%;

- увеличение прямой конусообразности в меньшей степени влияет н исследуемые показатели. Имеет место их увеличение не более 4...6% н каждые 10 мкм;

- при увеличении обратной конусообрззности цилиндра на каждые И мкм расход моторного масла и утечка газов в картер возрастают соот ветственно на 11...12% и 9...11%.

Полученные результаты дают основание полагать, что одним из глав ных факторов, влияющих на показатели надежности двигателя, являете, макрогеометрия рабочей поверхности цилиндра. По приведенным е работ зависимостям пропуска газов в картер и расхода моторного масла на уга появляется возможность нормирования величины деформаций зеркала ци линдра для данного типа двигателей.

' ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1, Теоретически обоснована, разработана и апробирована отвечающа современному уровню требований методика расчетного исследования напря женно-деформированного состояния блок-картера автомобильного ДВС вмес те о сопряженными с ним деталями - гильзами, силовыми болтами (шпиль ками), крышками коренных опор (картером) коленчатого вала и др., вклю чающая в себя:

- расчетно-экспериментальное определение термических и силовы. граничных условий для расчетов;

- создание ряда наиболее совершенных трехмерных конечно-элемент' ных моделей блок-картера в сборе с сопряженными с ним деталями для оп ределения их напряженно-деформированного состояния при сборке и работ двигателя;

- расчеты корпусных деталей на основе ЖЭ в трехмерной постанови с аппроксимацией конструкции объемными конечными элементами;

- анализ и экспериментальную оценку полученных результатов.

2. Разработан способ моделирования и создана на его основе экспе риментальная установка, позволяющая с максимальным приближением к ус ловиям работающего двигателя воспроизвести напряженно-деформированно состояние корпусных деталей в условиях квазйстатического нагружения.

3. Получена удовлетворительная сходимость результатов испытаний !а моделирующей установке и на работающем двигателе. При исследовании [апряженного состояния четвертой опоры дизеля 44 9,2/9,2 разница в шачениях напряжений составила максимально не более 12% на углах пово-юта кривошипа, соответствующих вспышкам в близлежащих к исследуемой шоре цилиндрах. Для работ, связанных с исследованием напряженно-де-юрмированного состояния и совершенствования конструкции корпусных де-■алей и коленчатого вала двигателя, с достаточной степенью точности южет быть использована разработанная моделирующая установка.

4. С использованием разработанных методик применительно к различили конструкциям двигателей размерностью 9,2/9,2 выполнены расчетные и экспериментальные исследования и проведен анализ характера и величин [еформаций рабочих поверхностей цилиндров, а также напряженного состо-[ния корпусных деталей в зависимости от:

- исполнения цилиндров (мокрые гильзы, сухие гильзу, совместная »тлиЕка цилиндров с блоком);

- способа фиксации сухих гильз в блоке;- конструкции газового стыка и прокладки;

- конструкции блока (наличия проток между цилиндрами, толщины ¡ерхней плиты, количества и расположения болтов крепления головки и ;р-);

- затяжки силовых элементов (болтов, шпилек) крепления головки.

5. На основе расчетных и экспериментальных исследований осущест-лена сравнительная оценка податливости, деформаций и напряженного остояния опор подшипников коленчатого вала, выполненных в виде общего артера коленчатого вала, прилегающего к блоку по всей плоскости разъ-ма, по зонам бобышек болтов его крепления или в виде отдельных крышек одшипников (бугелей).

6. Показано,_ что наибольшие значения напряжений и их градиентов в еталях блок-картера возникают от монтажных нагрузок. На общем, низом фоне напряжений выделяются относительно высокие напряжения в верх-ей плите блока в местах бобышек или зон резьбовых отверстий для сило-ых болтов (шпилек) крепления головки, в картерной части - также в зо-ах резьбовых соединений крепления картера (отдельных опор подшипни-ов) коленчатого вала. Невысокие динамические составляющие напряжений ри работе двигателя делают напряженное состояние в этих зонах цикли-еским с относительно высокими средними значениями и малой амплитудой не более 10...13%).

7. В результате стендовых испытаний на специально подготовленно одноцилиндровой установке с диаметром цилиндра 92 мм установлено, чт показатели работоспособности двигателя в значительной степени завися от формы деформаций зеркала цилиндра, так:

- при увеличении овальности цилиндра на каждые 10 мкм расход мо торного масла, на угар и утечка газов в картер возрастают соответствен но на 10...12% и 10...15%;

- при увеличении обратной конусообразносги цилиндра на каждые 1 мкм расход моторного масла и утечка газов в картер возрастают соот ветственно на 11...12% и 9...11%;

- увеличение прямой конусообразности в меньшей степени влияет н исследуемые показатели. Имеет место их увеличение не более 4...6% н каждые 10 мкм. В этой связи, а также, учитывая другие результаты дан ной работы, при проектировании и доводке конструкции блок-картера ав томобильного ДВС первоочередной следует считать задачу снижения форме изменения его рабочих поверхностей.

8. Выполненные исследования позволили обосновать и осуществит следующие внедрения в промышленность.

В АО "Волжские моторы" (Ульяновский моторный завод):

- применительно к дизелю УМЗ-440.10: рекомендации по совершенс твованию конструкции цилиндровой части блока, размещению болтов креп ления головки, требования к прокладке головки блока, изменение коне трукции прокладки и порядка затяжки болтов, рекомендации по совершенс твованию конструкции картера коленчатого вала, установку для моделирс вания НДС блок-картера. Рекомендации реализованы при создании и довог ке опытных серий дизелей;

- применительно к двигателю УМЗ-417.10: технические предложен!' по изменению конструкции цилиндровой части блока, рекомендации по иг менению конструкции прокладки головки блока, результаты исследован? монтажных деформаций цилиндров. Рекомендации реализованы при создан! двигателя УМЭ-421.10, ныне выпускаемого серийно.

В АО "Автодизель" (Ярославский моторный завод):

- методику расчетно-экспериментального исследования НДС блок-кар тера вместе с сопряженными с ним деталями - гильзами, силовыми болтг ми, крышками коренных опор и др.;

- рекомендации по совершенствованию конструкции блок-картеров точки зрения снижения нагруженности деталей газового стыка, деформац! сверкала цилиндра, проседания гильз цилиндров, снижения металлоемкое]

корпусных деталей;

- способ моделирования НДС в условиях квазистатического нагруже-ния блок-картера в сборе с сопряженными с ним деталями с целью исследования их служебных качеств и отработки конструкции. Рекомендации приняты для дальнейшей конструкторской и технологической проработки и использования 'при проектировании и изготовлении опытных образцов двигателей.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Отчет НАМИ N гос.регистрации 79D58639; УДК 621.43.681.3. Разработка методов математического моделирования и ЭВМ для расчета динамических нагрузок, прочности и термической напряженности и оптимизации параметров конструкции основных деталей автомобильных двигателей. Москва, 1982 г..

2. Терехин А.Н., Чистяков В.К. Применение расчетного метода к со-зершенстЕованию конструкции блок-картера двигателя внутреннего сгора-зия. Сборник "Материалы III Всесоюзного научно-технического совещания "Динамика и прочность автомобиля", Москва, 1988 г.

3. Терехин А.Н. Моделирование напряженно-деформированного состоя-тая блока в условиях квазистатического нагружения. XVI научно-техни-1еская конференция молодых ученых и специалистов НАМИ, Москва, 1989 г. Гезисы докладов.

4. Терехин А.Н. О некоторых конструктивных особенностях корпусных *еталей, определяющих изменение макрогеометрии цилиндров и надежность заботы двигателей. XVI научно-техническая конференция молодых ученых и шециалистоЕ НАМИ, Москва, 1989 г. Тезисы докладов.

5. Терехин А.Н., Чистяков В.К. Исследование деформаций рабочих юверхностей и напряжений в блок-картере с помощью метода конечных 1лементов. Сборник "Научно-технические достижения и передовой опыт в штомобилестроении", N.10, 1990 г., ЦНИИТЭИавтопром.

6. Терехин А.Н., Чистяков Б.К. Стендовая установка для моделиро-1ания напряженно-деформированного состояния блок-картера. Сборник "На-чно-технические достижения и передовой опыт в автомобилестроении", N 1, 1996 г., ЦНИИТЭИавтопром.

7. Григорьев М.А., Желтяков В.Т., Тер-Мкртичьян Г.Г., Терехин ..И. Современные автомобильные двигатели и их перспективы. -Автомобиль-ая промышленность, N 7, 1996 г.

.9. Григорьев М.-А., Терехин А.Н., Денисов B.C. Моделирование на ряженно-деформированного состояния блок-картера. Автомобильная промы ленность, N 1, 1997 г.

9. "Стенд для исследования напряженно-деформированного состоян основных деталей двигателей внутреннего сгорания", Терехин А.Н., Абр мишвшш М.М., Метелкин В.А., Патент РФ, решение о выдаче от 04.0В. г. по заявке N 95110559/06(018463) от 22.06.95 г.