Развитие проектирования трибосопряжений двигателей внутреннего сгорания

РАЗВИТИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

В. А. Коченов, к.т.н., доцент ГОУ ВПО «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия»

И. И. Черемохина, доцент ГОУ ВПО «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия»

Аннотация. В статье приводятся закономерности прочности и износостойкости деталей и сопряжений относительно друг друга. Одной из основных задач исследования износостойкости является прогнозирование ресурса. Выявить ошибки конструирования, производства, эксплуатации можно только в результате испытания опытных образцов в условиях, для которых они предназначены.

Ключевые слова: трибосопряжения, режимы работы двигателя, ресурс, трение, изнашивание, двигатель внутреннего сгорания.

Курс на модернизацию производства двигателей предъявляет повышенные требования к проектированию, заключающиеся в полном использовании технических возможностей изготовления и перспектив их дальнейшего роста. Совершенствование конструирования геометрических параметров трущихся поверхностей деталей, является резервом повышения долговечности трибосопряжений, обосновывает развитие двигателестроения.

Проектирование трибосопряжений поршневого двигателя включает кинематический и динамический расчеты кривошипно-шатунного механизма (КШМ) на основании законов классической механики [1]. Какой режим исследо-

вать, учитывая то, что двигатели мобильных машин работают в большом диапазоне условий эксплуатации? Логичным является не субъективное назначение, а обоснованное выявление экстремальных режимов работы двигатели. Законы классической механики позволяют рассчитывать кинематические и динамические параметры КШМ при заданном, в том числе неустановившемся законе движения коленчатого вала, т.е. способны выявлять влияние режимов работы двигателя как на скорость, так и на величину и характер загруженности деталей и трибосопряжений.

Расчетный - классический КШМ обладает свойствами, которые можно отнести к идеальным состоит из абсолютно жестких деталей, сопряжения не имеют зазора и не изнашиваются. Двигатель с идеальным механизмом, как правило, не рассматривается «самостоятельным» объектом исследования в силу своей нереальности. Такой подход ограничивает возможности исследования общих закономерностей работы двигателей. Введение в исследование пусть не реального, но единого прототипа, расширит границы анализа и сравнения двигателей, отличающихся конструкцией, технологией изготовления, назначением, условиями и режимами эксплуатации.

Классическая механика исследует одну основную степень свободы, вытекающую из назначения КШМ, преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. В реальном механизме, кроме основных перемещений деталей, присутствуют и дополни тельные, например перекосы и деформации коленчатого вала, перекладка поршня и т.д. Уже по этому признаку расчетные и действительные данные не соответствуют друг другу.

Достоинством расчетно-экспериментальных методов исследования является высокая эффективность решения локальных задач проектирование отдельных узлов,

включая доводку «слабых» деталей и сопряжений. Недостатки - сложность использования на начальном этапе проектирования; локальный - дифференцированный метод исследования не решает обеспечение равностойкости трибо-сопряжений. Развитие методов, выявляющих закономерности прочности и износостойкости деталей и сопряжений относительно друг друга, является перспективным направлением совершенствования проектирования узлов и меха низмов двигателя по равностойкости.

Одной из основных задач исследования износи стойкости является прогнозирование ресурса. На сегодняшний день нет единой, общепризнанной методики ^-шения этой проблемы. Сложность задачи обусловлена многофакторностью процесса трения и изнашивания. Как правило, прогнозирование ресурса решается дифференцированно - в конкретном исследовании доминирующую роль отдают только части факторов - части процесса. В двигателестроении выделяют конструктивные, технологические и эксплуатационные факторы. Последующее согласование конструкции, изготовления, эксплуатации является задачей не только разработчиков и производителен, но и потребителей — совершенствование конструкции и производства должно сопровождаться развитием культуры эксплуатации и сервиса. Вез исследовании взаимосвязи конструктивных, технологических и эксплуатационных средств повышения долговечности и износостойкости невозможно их согласование, невозможно прогнозирование и повышение ресурса двигателей [2].

Отметим, что и в упрощенной - дифференцированной постановке проблемы, прогнозирование износостойкости не решается только расчетными, теоретическими средствами. Главной проблемой является то, что в процессе трения и изнашивания изменяются свойства трущихся поверхностей деталей, и эти изменения трудно поддаются

математическому анализу. Эмпирические методы и в настоящее время занимают важное место в исследовании трения II изнашивания. Выявить ошибки конструирования, производства, эксплуатации можно только в результате испытания опытных образцов в условиях, для которых они предназначены. При этом возникают следующие трудности:

• для получения количественных данных нужны длительные испытания;

• для обеспечения достоверности (качества) данных требуется большое количество опытных образцов;

• для оценки эффективности решений цикл испытаний должен повтори идя.

Чтобы минимизировать потери времени и средств на проведение испытаний, адекватность проектирования должна осуществляться на базе известных данных долговечности и износостойкости серийно выпускавшихся и выпускаемых двигателей. Дни создания методологии такого исследования необходимо выявлять общие закономерности изнашивания двигателей. Накоплена большая база данных геометрических параметров износа, и изменения интенсивности изнашивания узлов скольжения в процессе эксплуатации двигателей [3]. Анализ экспериментальных данных проводится статистическими и аналитическими методами. Статистический метод обработки данных не требует значительных допущений, позволяет учесть теоретически неограниченное число факторов. Недостаток - не отражает физическую природу процесса, и оптимальные решения приходите» искан, путем проб и ошибок. Аналитический метод учитывает меньшее число факторов, требует значительных упрощений и допущений. Достоинство основывается на физике процесса и лучше приспособлен для поиска оптимальных решений, для апробации требует

меньшего количества дорогих экспериментальных исследований.

Статистической обработкой данных определены закономерности макро - и микрогеометрии изношенных поверхностей деталей, установлен характер изменения интенсивности изнашивания в процессе эксплуатации, выявлено влияние шероховатости и направленности следов обработки на время и износ прирабатывания. Открытыми остаются вопросы:

1. С учетом быстрого прирабатывания пар трения по микрогеометрии (в процессе холодной обкатки), почему суммарный период прирабатывания двигателей более продолжительный?

2. Как изменение формы трущихся поверхностей деталей влияет на физику изнашивания, в частности на интенсивность изнашивания?

В исследованиях трения и изнашивания с позиций энергетики [4] предлагается гипотеза о том, что трение и изнашивание является самоорганизующимся процессом. При изнашивании с определенной последовательностью и весьма «разумно» протекают явления, направленные на создание «новой» пары трения с повышенной износостойкостью. Согласно гипотезе, в процессе обкатки двигателя изменяются свойства трущихся поверхностей деталей, и эти изменения приводят к уменьшению интенсивности изнашивания. Новые свойства пар трения получаются при изнашивании, т. е. изменении заданных геометрических параметров сопряжения. Приработка выступает продолжением механической обработки, в процессе которой «изготавливается» новая макро - и микрогеометрия трущихся поверхностей деталей, т. к. в основном стабилизация геометрических параметров сопряжений является главным признаком перехода двигателя в период нормальной эксплуатации. В двигателестроении это направление прорабо-

тано не достаточно полно и может стать резервом повышения долговечности и износостойкости узлов скольжения.

Литература

1. Гоц, А. Н. Порядок проектирования автомобильных и тракторных двигателей / А. Н. Гоц, В. В. Эфрос; Владим. гос. ун-т - Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2007. - 148 с.

2. Коченов, В. А. Взаимозависимость проектирования, изготовления и эксплуатации тракторов и автомобилей / В. А. Коченов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2010. - № 3.

3. Гурвич, И. Б. Износ и долговечность двигателей / И.Б. Гурвич - Горький: Волго-Вят. кн.изд-во. 1970. -327 с.

4. Гаркунов, Д. Н. Триботехника / Д. Н. Гаркунов М.: Машиностроение, 1985. - 424 с.

PROGRESS OF DESIGN TRIBOCONNECTIONS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES

V. A. Kochenov, the doctor of technical sciences, the docent of the Nizhniy Novgorod state agricultural Academy;

I. I. Cheremohina, the docent of the Nizhniy Novgorod state agricultural Academy

Annotation. In article laws of strength and wear resistance of details and interfaces rather each other are resulted. One of the primary goals of research of wear resistance is forecasting a resource. To reveal mistakes of design, manufactures, it is possible for operation only as a result of test of preproduction models in conditions for which they are intended.

The keywords. Triboconnections, power setting, a resource, friction, wear process, an internal combustion engine.

УСТРОЙСТВО И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОФИЛЬНОГО СТЕКЛА.

В. И. Лашин, ГОУ ВПО Нижегородский государственный инженерно-экономический институт»

Ю. Н. Вавилов, Е. Д. Сятойкин, Волжский государственный инженерно-педагогический университет

Аннотация. Предлагается многоточечная схема новых захватов стекла больших размеров и методика построения развертки поверхности вращения. Приводится схема новой печи моллирования, обеспечивающей нужную геометрию стекла.

Ключевые слова: стекло, развертка, кривизна поверхности, захваты, автоматическое проектирование.

В настоящее время для остекления фасадов, имеющих криволинейные формы, используют плоские стекла, расположенные по кривой линии, т.е. криволинейную поверхность заменяют объемной многомерной поверхностью. Этот вариант наиболее дешевый, однако выразительность формы фасада снижается.

Выбранные стекла, которые являются частью фасада, как правило, плоские и объемность витрины достигается нанесением на стекло объемного рисунка. По мнению авторов работы, выразительность витрины можно повысить, если плоскую поверхность заменить криволинейной. Гнутые стекла, предназначенные для остекления фасадов и витрин, будем называть архитектурным стеклом.