Расчет выносливости коленчатого вала 6-ти цилиндрового V-образного поршневого двигателя со смещенными шатунными шейками // Calculating Endurance of the V6 Piston Engine Crankshaft with Offset Connecting Rod Journals

Contemporary design solutions in the engine engineering are aimed at raising a great many technical and economic performances, and enhancing manufacturability. When producing the V-shaped six-cylinder engines, the camber angle is often taken to be equal to 90°, which is technologically advantageous in the production of V8 However, this solution leads to the engine instability and deteriorates mass-dimension and vibration performances of the engine. A crankshaft with the offset connecting rod journals is the solution to which Western and Russian power plant developers have increasingly taken recourse. However, introducing such a shaft entails a number of difficulties, and what is the most important requires special methods of calculation.There are no direct analytical methods to calculate this type of crankshafts. The article describes a technique to estimate endurance using a software complex KVAL, developed at the BMSTU Department Piston engines. This software disables direct examination of the crankshaft of this type, however, in conjunction with other calculations enables estimating endurance.The main point of the technique is a two-staged calculation. The original crankshaft is represented at first as a crankshaft with the connecting rods, sitting side-by-side. The article studies its endurance in the fillets of the rod bearing journal transition to the cheek and also at the outlets of two oil-feed holes. The second stage presumes that the shaft has an articulated rod and using the same type of calculations studies the fillet transition of the rod bearing journals to the intermediate cheek by its representation as an oil hole.Each of the stages refines theoretical coefficients of stress concentration through numerical simulation in the software package ANSYS, thereby making calculation more stringent.The results obtained are very evident and representative, but also allow us to suggest a number of hypotheses for further research.The proposed technique enables us to study endurance of the crankshafts with offset connecting rod journals, as well as the Napoleone crankshafts of opposed reciprocating Современные конструкторские решения в двигателестроении направлены на увеличение многих технико-экономических показателей, а также на увеличение технологичности. При производстве V-образных шестицилиндровых двигателей угол развала часто принимают равным 90, что технологически выгодно при производстве двигателей V8. Однако такое решение приводит к неуравновешенности двигателя и ухудшению массогабаритных и вибрационных показателей двигателя. Решение к которому все чаще прибегают как западные так и отечественный разработчики силовых установок – коленчатый вал со смещенными шатунными шейками. Однако внедрение такого вала влечет за собой ряд сложностей, а главное – требует особых методов расчета.Прямых аналитических методов расчета данного типа валов не существует. В статье приводится разработанная методика оценки выносливости с помощью программного комплекса «KVAL», разработанного на кафедре «Поршневые двигатели» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Данный программный комплекс не позволяет напрямую исследовать коленчатый вал данного типа, однако в совокупности с другими расчетами позволить провести оценку выносливости.Суть методики заключается в двухэтапности расчета. Исходный коленчатый вал представляется сначала как вал с рядом сидящими щатунами и исследуется его выносливость в галтелях перехода шатунной шейки в щеку, а также в местах выхода двух маслоподводящих отверстий. Второй этап предполагает что вал с прицепным шатуном и с помощью однотипных расчетов проводится исследование галтели перехода шатунной шейки в промежуточную щеку путем представления ее как масляного отверстия.На каждом из этапов проводится уточнение теоретических коэффициентов концентрации напряжений путем численного моделирования в программном комплексе «ANSYS», что и делает расчет более строгим.Результаты, полученные в ходе работы, являются очень наглядными и показательными, а также позволяют выдвинуть ряд гипотез для дальнейшего исследования.Методика предложенная в статье позволяет исследовать на выносливость коленчатые валы со смещенными шейками, а также неполноопорные коленчатые валы оппозитных двигателей.