Расчет коленчатого вала двигателя 6ЧН 25/34

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Курсовая работа

Расчет коленчатого вала двигателя 6ЧН 25/34

Основные параметры и характеристики двигателя

Обозначение дизеля: 6ЧН 25/34−3

Мощность: 320 кВт

Мощность перегрузки (не более 1 часа): 352 кВт

Кол-во цилиндров: 6

Диаметр цилиндра / ход поршня: 250 / 340 мм

Рабочий объем цилиндров: 100,08 л

Степень сжатия: 12,5

Среднее эффективное давление: 8,47 кг/см2

Максимальное давление сгорания: 75 кг/см2

Частота вращения: 500 об/мин

Средняя скорость поршня: 5,67 м/с

Род тока — переменный трехфазный:

— частота: 50 Гц

— напряжение: 400 В

— ток статора на номинальной мощности при cos =0,8: 578 A

Удельный расход топлива: 228 г/кВт ч

Удельный расход масла на угар: 1,45 г/кВт ч

Срок службы масла: 3000 ч

Объем масла в системе смазки: 340 л

Объем воды в системе охлаждения: 250 л

Ресурсы:

— непрерывной работы: 1000−1200 ч

— до переборки: 10 000−18 000 ч

— до капитального ремонта: 60 000−70 000 ч

Габариты:

— длина: 5495 мм

— ширина: 1750 мм

— высота: 2925 мм

Масса сухая: 16 600 кг

Автоматизация: 1-я или 2-я степень по ГОСТ 14 228–80

Общее устройство

Дизель-генераторы состоят из дизеля и генератора, смонтированных на общей раме, и вспомогательного оборудования, устанавливаемого в машинном помещении.

Соединение коленчатого вала дизеля с ротором генератора эластичное колодочной резиновой муфтой, а в ДГРА 800/750 жесткое фланцевое.

По исполнению дизель-генераторы правой модели (газо-выпускной коллектор находится справа, а сторона управления слева, если смотреть со стороны генератора). Дизели четырехтактные, шестицилиндровые, с вертикальным однорядным расположением цилиндров, с непосредственным впрыском топлива, с газотурбинным наддувом и охлаждением наддувочного воздуха. Остов дизелей состоит из блок-картера и фундаментной рамы, скрепленных анкерными связями, образующих жесткую конструкцию, на которой смонтированы все остальные детали и узлы. В ДГРА 800/750 блок-картер с подвесным коленвалом установлен на подмоторной раме. На переднем торце дизеля размещены: турбокомпрессор, охладитель наддувочного воздуха, фильтр топлива, насосы воды, масла, топливоподкачивающий и маслопрокачивающий насосы. Со стороны заднего торца размещены: щит приборов, главный пусковой клапан, распределитель воздуха, механизм безопасности, регулятор скорости, привод распредвала. На верхней части дизеля размещены крышки рабочих цилиндров, к которым крепятся: впускной коллектор, выпускной коллектор и коллектор отвода воды из крышек цилиндров. На стороне управления дизелем размещены: распределительный вал, топливные насосы и их приводы, привод впускных и выпускных клапанов, механизм регулирования подачи топлива, тяга с защелками механизма безопасности и фильтр тонкой очистки масла. На противоположной управлению стороне дизеля расположены: коллектор подачи охлаждающей воды к втулкам рабочих цилиндров, предохранительные противовзрывные клапаны, охладители масла и воды с регуляторами температуры прямого действия.

Рис. 1. Поперечный разрез двигателя 6ЧН2534

Рис. 2. Продольный разрез двигателя 6ЧН2534.

Раздел № 1 Описание коленчатого вала

Коленчатый вал воспринимает усилия от шатунов, преобразует их во вращающий момент и передает его потребителю, осуществляет перемещение поршней во вспомогательных ходах, передает движение к распределительному валу, приводит в действие вспомогательные механизмы. На вал действуют силы от давления газов и силы инерции поступательно движущихся и вращающихся масс, изгибающие и скручивающие моменты от этих сил. Они вызывают деформацию в элементах, концентрацию напряжений, трение и изнашивание его шеек и подшипников. Периодически изменяющиеся крутящие моменты вызывают крутильные колебания вала, которые увеличивают напряжение в его элементах и могут способствовать усталостному разрушению вала.

Коленчатый вал. Основными элементами коленчатого вала (рис. 2. 17, а) являются шатунные (мотылевые) 4 и корененные (рамовые) 2 шейки, соединяющие их щеки 3, кормовой и носовой концы вала. Шатунные шейки вместе со щеками образуют колена (мотыли, кривошипы), число которых равно числу цилиндров. Коренные шейки соединяют кривошипы в единую конструкцию, имеющую сложную пространственную форму. Кривошипы заклинивают относительно друг друга под углом, а = = (360/f)z (здесь z= 1 для двухтактных и z = 0,5 для четырехтактных двигателей), что обеспечивает получение наиболее равномерного крутящего момента, лучшую уравновешенность двигателя. Заклинивание колен должно также обеспечивать определенную последовательность вспышек в цилиндрах, при которой будет получено более равномерное распределение нагрузки по длине вала.

Коленчатые валы в ВОД и СОД выполняют цельными, а в МОД -- по длине вала составными из нескольких частей, соединенных фланцами. Кривошипы вала изготовляют цельными, полусоставными, составными и сварными (рис. 3, б--е). Полусостапные кривошипы валов СОД и МОД имеют шатунную шейку, выполненную за одно целое со щеками, в которые запрессованы с натягом рамовые шейки (рис. 3, е). Коленчатые валы МОД могут иметь составные кривошипы из отдельных шеек и щек (рис. 3, г), если толщина слоя металла между шейками будет не мене 0,3 их диаметра. В современных МОД, имеющих валы повышенной жесткости, возможно применение сварных кривошипов. Варианты конструкций сварных кривошипов из литых элементов предусматривают сборку вала путем сварки половинок рамовых шеек, выполненных заодно с цельным кривошипом (рис. 3,5), или путем сварки рамовых и шатунных шеек, половинки которых выполнены вместе со щекой (рис. 3, е). Правильную установку элементов вала перед сваркой осуществляют с помощью кольцевых шайб, которые вставляют в центрирующие проточки во внутренних сверлениях шеек. После сварки вал обрабатывают. Размеры (диаметр и длину шеек) выбирают из условия обеспечения требуемых прочности и жесткости вала, получения допустимых удельных давлений на подшипники и далее уточняют расчетом. Диаметры рамовых и шатунных шеек принимают равными. Иногда для снижения неуравновешенных масс диаметр шатунной шейки уменьшают по сравнению с рамовой. Для снижения массы и повышения усталостной прочности вала в шейках делают осевые отверстия цилиндрической или бочкообразной формы. Сопряжение шеек со щеками для уменьшения концентрации напряжений выполняют плавно с большим радиусом закруглений (галтелей). Чтобы не уменьшать рабочую длину шейки, галтели утапливают в щеку (рис. 3, в, д, е). Поверхности шеек и галтелей тщательно шлифуют.

Рис. 3. Коленчатый вал: а --общий вид; б --цельный; в -- полусостзшшй; г -- составной; д, е -- сварной; ж -- крепление противовеса.

Щеки соединяющие между собой шейки вала, могут иметь различную форму. Прямоугольные щеки (рис. 3, й) со скосами для уменьшения неуравновешенной массы просты в изготовлении; их применяют в СОД. Щеки круглой формы (рис. 3,6) используют в ВОД и СОД. Щека овальной формы (рис. 3 в, е) наиболее рациональна с точки зрения использования материала, прочности, жесткости. Такие щеки применяют в двигателях любого типа. 'Формы и размеры щек полусоставных и составных валов (рис. 3, в, г) должны выбираться с учетом требований Морского Регистра СССР. Жесткость вала и усталостное сопротивление щеки изгибу могут быть увеличены за счет перекрытия шеек Д, которое имеет место, когда сумма радиусов гк + гш коренной и шатунной шеек превышает радиус г кривошипа (рис. 3, а).

Противовесы служат для уравновешивания двигателя, разгрузки рамовых подшипников от действия центробежных сил инерции. Противовесы 2 могут выполняться вместе со щеками, но чаще выполняются отдельно и крепятся к щекам, шпильками 1 или болтами (рис. 3, ж). Для разгрузки болтов от действия сил инерции применяют замки различного типа. Масло на смазывание рамовых шеек подается под давлением из циркуляционной системы двигателя. От коренного подшипника к шатунному масло поступает по радиальным, осевым и наклонным сверлениям (рис, 3,6) в элементах вала. Чтобы не допустить вытекания масла, отверстия в шейках закрывают заглушками 1 (рис. 3,6) или вставляют в наклонные отверстия латунные трубки 5 (рис. 3, а). Кромки маслоподводящих сверлений на рабочей поверхности шеек скругляют и полируют для снижения концентрации напряжений.

Кормовой конец вала (рис. 3, а) заканчивается фланцем 8 для крепления маховика и отбора мощности к потребителю. На этом конце закреплены шестерня 7 или звездочка для привода распределительного вала, выполнен бурт 6 для установочного подшипника рамы (см. рис. 3, с). На носовом конце вала (рис. 3, а) закреплены шестерня 1 для привода навешенных вспомогательных механизмов и (при необходимости) гаситель крутильных колебаний.

Маховик обеспечивает необходимую равномерность вращения коленчатого вала и используется для проворачивания двигателя. Маховик выполняется в виде диска с массивным ободом. В мощных СОД и МОД моменты инерции вращающихся масс обеспечивают необходимую равномерность вращения вала, поэтому в этих двигателях вместо маховика на валу устанавливают зубчатое колесо валоповоротного устройства, именуемое часто маховиком.

Коленчатые валы изготовляют ковкой или литьем нз стали марок 35, 40, 35 Г, 40 Г или легированных сталей 40Х, 40ХН, 35ХМЮА, 35ХЮА и литьем из специального модифицированного чугуна; однако чугунные валы разрешается устанавливать на судовые двигатели только после согласования вопроса с Регистром СССР. Валы подвергаются термообработке для повышения износостойкости рабочих поверхностей.

а)

Особенности конструкций поршневой и шатунной групп двигателей крейцкопфного типа. Конструкция поршня крейц-копфного двигателя в основном определяется типом продувки и способам подвода охлаждающей жидкости. Поршень двигателя с прямоточно-клапанной продувкой состоит из головки 6, которая крепится шпильками к верхнему фланцу 4 штока поршня 3 и короткой направляющей части 5. Охлаждающая жидкость (вода или масло) подводится к поршню по кольцевому каналу между трубой 2 и штоком 3, а сливается -- по трубе 2. В двигателях с контурной продувкой поршень имеет длинную, перекрывающую окна, направляющую часть 2 (рис. 2,18,6). В этой конструкции охлаждающая жидкость подается в поршень и отводится из него по телескопическим устройствам 3.

Задача снижения тепловой напряженности поршней МОД решается разными способами. В конструкции, представленной для снижения температурных перепадов применяют днище уменьшенной толщины, а для обеспечения прочности днище подкрепляют кольцевым поясом, опирающимся на шток. Ребра, связывающие стенки головки с опорным кольцом, повышают жесткость конструкции. Применяются конструкции поршней с утолщенным днищем, обеспечивающим повышенную прочность и жесткость головки. Для снижения тепловых напряжений по всей внутренней поверхности днища просверлены глухие каналы а, они близко подходят к огневой поверхности днища поршня, образуя развитую поверхность охлаждения.

Раздел № 2. Расчет коленчатого вала в первом положении

Динамический расчет.

Таблица.1. Исходные данные.

Діаметр поршня

мм

D=

240

Частота обертання КВ

хв-1

n=

500

Максимальний тиск згоряння

МПа

Рz=

7,1686

Тиск на початку стиску

МПа

Pa=

0,1576

Тиск повiтря перед двигуном

МПа

Ps=

0,176

Тиск залишкових газів

МПа

Pг=

0,118

Кривошипно-шатунне відношення.

??

0,254

Маса деталей, що рухаються зворотно-поступально.

кг

m=

70,0

Радіус кривошипа.

м

r=

0,170

Ступінь стиску

??

12,6

Показник політропи стиску

n1=

1,37

Показник політропи розширення

n2=

1,26 288

Ступінь попереднього стиску

??

1,426

дизель генератор коленчатый вал

Таблица 2. Результаты расчета динамического расчета.

rad

s

Pr

Pj

Pdv

N

Z

T

0

0

0

0,1760

-0,9039

-0,7279

0,0000

-0,7279

0,0000

15

0,261 799 388

0,42 581 561

0,1760

-0,8548

-0,6788

-0,0447

-0,6441

-0,2189

30

0,523 598 776

0,165 724 596

0,1760

-0,7158

-0,5398

-0,0691

-0,4329

-0,3297

45

0,785 398 163

0,356 393 219

0,1760

-0,5097

-0,3337

-0,0609

-0,1929

-0,2790

60

1,47 197 551

0,59 525

0,1760

-0,2689

-0,0929

-0,0209

-0,0283

-0,0909

75

1,308 996 939

0,859 673 568

0,1760

-0,0280

0,1480

0,0375

0,0021

0,1526

90

1,570 796 327

1,127

0,1760

0,1831

0,3591

0,0943

-0,0943

0,3591

105

1,832 595 715

1,377 311 658

0,1760

0,3451

0,5211

0,1319

-0,2623

0,4692

120

2,94 395 102

1,59 525

0,1760

0,4519

0,6279

0,1416

-0,4366

0,4730

135

2,35 619 449

1,770 606 781

0,1760

0,5097

0,6857

0,1252

-0,5734

0,3963

150

2,617 993 878

1,897 775 404

0,1760

0,5327

0,7087

0,0907

-0,6591

0,2758

165

2,879 793 266

1,974 433 213

0,1760

0,5377

0,7137

0,0470

-0,7015

0,1393

180

3,141 592 654

2

0,1576

0,5377

0,6953

0,0000

-0,6953

0,0000

195

3,403 392 041

1,974 433 213

0,1602

0,5377

0,6979

-0,0460

-0,6860

-0,1362

210

3,665 191 429

1,897 775 404

0,1683

0,5327

0,7010

-0,0898

-0,6520

-0,2728

225

3,926 990 817

1,770 606 781

0,1836

0,5097

0,6932

-0,1266

-0,5797

-0,4007

240

4,188 790 205

1,59 525

0,2089

0,4519

0,6608

-0,1490

-0,4595

-0,4978

255

4,450 589 593

1,377 311 658

0,2500

0,3451

0,5951

-0,1506

-0,2995

-0,5359

270

4,71 238 898

1,127

0,3181

0,1831

0,5012

-0,1316

-0,1316

-0,5012

285

4,974 188 368

0,859 673 568

0,4357

-0,0280

0,4077

-0,1032

0,0059

-0,4205

300

5,235 987 756

0,59 525

0,6529

-0,2689

0,3841

-0,0866

0,1170

-0,3759

315

5,497 787 144

0,356 393 219

1,0865

-0,5097

0,5768

-0,1053

0,3334

-0,4824

330

5,759 586 532

0,165 724 596

2,0017

-0,7158

1,2859

-0,1646

1,0313

-0,7856

345

6,21 385 919

0,42 581 561

3,7164

-0,8548

2,8616

-0,1885

2,7153

-0,9227

360

6,283 185 307

0

5,0246

-0,9039

4,1207

0,0000

4,1207

0,0000

375

6,544 984 695

0,42 581 561

7,1686

-0,8548

6,3138

0,4160

5,9910

2,0359

390

6,806 784 083

0,165 724 596

4,7934

-0,7158

4,0777

0,5221

3,2703

2,4910

405

7,68 583 471

0,356 393 219

2,7252

-0,5097

2,2155

0,4045

1,2806

1,8526

420

7,330 382 858

0,59 525

1,7020

-0,2689

1,4332

0,3232

0,4367

1,4027

435

7,592 182 246

0,859 673 568

1,1712

-0,0280

1,1432

0,2893

0,0164

1,1791

450

7,853 981 634

1,127

0,8756

0,1831

1,0587

0,2780

-0,2780

1,0587

465

8,115 781 022

1,377 311 658

0,7009

0,3451

1,0461

0,2647

-0,5265

0,9419

480

8,37 758 041

1,59 525

0,5936

0,4519

1,0456

0,2358

-0,7270

0,7876

495

8,639 379 797

1,770 606 781

0,5268

0,5097

1,0365

0,1892

-0,8667

0,5991

510

8,901 179 185

1,897 775 404

0,4863

0,5327

1,0189

0,1305

-0,9477

0,3965

525

9,162 978 573

1,974 433 213

0,4644

0,5377

1,0021

0,0660

-0,9851

0,1956

540

9,424 777 961

2

0,4575

0,5377

0,9953

0,0000

-0,9953

0,0000

555

9,686 577 349

1,974 433 213

0,1180

0,5377

0,6557

-0,0432

-0,6445

-0,1280

570

9,948 376 736

1,897 775 404

0,1180

0,5327

0,6507

-0,0833

-0,6052

-0,2532

585

10,21 017 612

1,770 606 781

0,1180

0,5097

0,6277

-0,1146

-0,5249

-0,3628

600

10,47 197 551

1,59 525

0,1180

0,4519

0,5699

-0,1285

-0,3963

-0,4293

615

10,7 337 749

1,377 311 658

0,1180

0,3451

0,4631

-0,1172

-0,2331

-0,4170

630

10,99 557 429

1,127

0,1180

0,1831

0,3011

-0,0791

-0,0791

-0,3011

645

11,25 737 368

0,859 673 568

0,1180

-0,0280

0,0900

-0,0228

0,0013

-0,0928

660

11,51 917 306

0,59 525

0,1180

-0,2689

-0,1509

0,0340

-0,0460

0,1477

675

11,78 097 245

0,356 393 219

0,1180

-0,5097

-0,3917

0,0715

-0,2264

0,3275

690

12,4 277 184

0,165 724 596

0,1180

-0,7158

-0,5978

0,0765

-0,4794

0,3652

705

12,30 457 123

0,42 581 561

0,1180

-0,8548

-0,7368

0,0485

-0,6991

0,2376

720

12,56 637 061

0

0,1180

-0,9039

-0,7859

0,0000

-0,7859

0,0000

Таблица 3. Угол поворота коленчатого вала

??

?

0

120

240

360

480

600

0

1

0

0,47

0,49

0

0,78

-0,42

120

2

0,49

0

0,78

-0,42

0

0,47

240

3

0,78

-0,42

0

0,47

0,49

0

360

4

0,47

0,49

0

0,78

-0,42

0

480

5

-0,42

0

0,47

0,49

0

0,78

600

6

0

0,78

-0,42

0

0,47

0,49

?

0

0,54

1,27

1,32

0,78

0,05

Таблица 4. Расчет коленчатого вала в первом положении

Исходные данные

Обозначение

Значение

Рамовая шейка

Расчет

Максимальное давление сгорания

70,25

Рамовая шейка от реакции Pz2 на плече б изгибается моментом кгсм

474,1875

Расстояние от центра коренной шейки до стенки щеки колена

13,5

Момент сопротивления шейки см3

2556,434

Расстояние от центра коренной шейки до центра щеки колена

18,5

Напряжение изгиба кгсм2

0,185 488

Диаметр коренной шейки

33,4

Скручивание шейки моментом кгсм

22,44

диаметр масляного сечения

25

Момент сопротивления кручению шейки (полярный момент) см3

5112,869

Диаметр шатунной шейки

33,4

Напряжение кручения кгсм2

0,4 389

диаметр масляного сечения

25

Сложное напряжение на шейке валакгсм2

0,185 921

Щека колена

Радиус кривошипа

17,000

Щека колена от реакции Pz2 на плече б1 изгибается моментом кгсм2

474,1875

Толщина щеки колена

10,9

Момент сопротивления щеки см3

1768,416

Расстояние от центра коренной шйки к центру коренной шейки

75,7

Щека испытывает напряжение изгиба от тангенциальной силы T’f кгсм

22,44

Ширина щеки

31,2

Напряжение изгиба кгсм2

0,268 143

Тангенциальная сила

1,32

Напряжение сжатия сжимающейся щеки кгсм2

0,103 285

Суммарное напряжение в щеке кгсм2

0,556 915

Мотилевая шейка

Мотилевая шейка от силы Pz изгибается моментом кгсм

1329,481

Момент сопротивления шейки см3

Напряжение изгиба кгсм2

0,185 488

Шейка скручивается моментом от тангенциального усилия ТF кгсм

22,44

Момент сопротивления кручению (полярный момент) см3

3536,832

Напряжение кручения кгсм2

0,6 345

Сложное напряжение кгсм2

0,185 921

Вывод

В данной курсовой работе было сделано описание коленчатого вала, произведен динамический расчет, и расчет коленчатого вала в первом положении, все расчеты произведены в программе Microsoft Excel.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой