Procedury wyznaczania i realizacji sił reakcji w układzie elastycznego podparcia wału korbowego *
Procedures of determining and realization of reaction forces in an elastic support system for crankshafts
Mechanik nr 12/2018 - Metrologia techniczna
STRESZCZENIE: Przedstawiono podstawowe elementy nowatorskiego systemu do pomiarów odchyłek geometrycznych wałów korbowych, zaopatrzonego w układ tzw. elastycznego podparcia. Umożliwia on wyeliminowanie występowania ugięć i odkształceń sprężystych obiektu mierzonego pod wpływem ciężaru własnego. Przedstawiono zasady wyznaczania najkorzystniejszych warunków podparcia, gwarantujących eliminację ugięć i odkształceń sprężystych wałów korbowych. Na podstawie sformułowanych zasad wykonano przykładowe obliczenia sił reakcji podpór, gwarantujących zerowe wartości ugięć na czopach głównych, w zależności od kąta obrotu wału, z wykorzystaniem programu do obliczeń wytrzymałościowych Nastran FX 2010. Wyniki zaproksymowano równaniem matematycznym z zastosowaniem aparatu obliczeniowego opartego na teorii analizy harmonicznej, a następnie dokonano oceny porównawczej wykresu sił otrzymanych drogą obliczeń wytrzymałościowych oraz zapisu matematycznego, wyliczając tzw. współczynnik interkorelacji wzajemnej. Ocena porównawcza wykazała wysoki stopień zgodności porównywanych wykresów. Przedstawione procedury wyznaczania sił gwarantujących eliminację ugięć i odkształceń sprężystych znajdują zastosowanie przy pomiarach odchyłek geometrycznych wałów korbowych, realizowanych na bazie zaprezentowanego systemu pomiarowego.
SŁOWA KLUCZOWE: wały korbowe, odchyłki geometryczne, odkształcenia sprężyste, warunki podparcia, analiza harmoniczna
ABSTRACT: The basic elements of an innovative system designed to measure geometric deviations of crankshafts provided with a so-called elastic support system are presented. The support system enables elimination of deflections and elastic deformations of the object measured under the influence of its own weight. The principles of the most suitable support conditions which enable elimination of deflections and elastic deformations of crankshafts under their self-weight were also presented. On the basis of the formulated principles sample calculations of force values of support reactions were performed. This guarantees zero value of deflections on main journals depending on the angle of rotation of the shaft, applying approximated with a mathematical equation applying the calculating method based on the harmonic analysis theory. Then a comparative assessment of the force diagram (the forces were obtained via strength calculations and mathematical model including so called mutual inter-correlation coefficient) was made. The results of comparative analysis showed high correspondence between the compared diagrams. Presented procedures of determining the required forces ensuring elimination of deflections and elastic deformations can be applied to measurements of crankshaft geometrical deviations on the basis of a measuring system with flexible support of a measured object.
KEYWORDS: crankshafts, geometrical deviations, elastic deflections, support conditions, harmonic analysis
BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:
- Adamczak S. „Odniesieniowe metody pomiaru zarysów okrągłości części maszyn”. Monografie, Studia, Rozprawy. Kielce: Politechnika Świętokrzyska, 1998.
- Adamczak S., Makieła W. „Metrologia w budowie maszyn, zadania z rozwiązaniami”. Wyd. II. Warszawa: WNT, 2007.
- Adamczak S., Makieła M., Stępień K. ”Investigating advantages and disadvantages of the analysis of a geometrical surface structure with the use of Fourier and wavelet transform”. Metrology and Measurement Systems. XVII, 2 (2010): s. 233–244.
- Adamczak S., Janecki D., Makieła W., Stępień K. “Quantitative comparison of cylindricity profiles measured with different methods using Legendre–Fourier coefficients”. Metrology and Measurement Systems. XVII, 3 (2010): s. 397−404.
- Stępień K., Janecki D., Adamczak S. “Investigating the influence of selected factors on results of V-block cylindricity measurements”. Measurement. 44/4 (2011): s. 767–777.
- Nozdrzykowski K., Janecki D. “Comparatiye studies of reference measurements of cylindrical surface roundness profiles of large machine components”. Metrology and Measurement System. XXI, 1 (2014): s. 67–76.
- Nozdrzykowski K. ”Prevention of elastic strains in flexible large size machine parts witch the use of elastic support”. Machine Dynamics Research. 42, 4 (2015): 111–122.
- Nozdrzykowski K. ”Metodyka pomiarów geometrycznych odchyłek powierzchni walcowych wielkogabarytowych elementów maszyn na przykładzie wałów korbowych silników okrętowych”. Szczecin: Wydawnictwo Naukowe Akademii Morskiej w Szczecinie, 2013.
- Sun J., Wang J., Gui C. ”Whole crankshaft beam-element, finite-element method for calculating crankshaft deformation and bearing load of an engine”. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part. J: Journal of Engineering Tribology. 224 (2010): s. 299–303.
