Двигатели
внутреннего сгорания

 
         

 

Главная
Основы конструирования
Расчеты
Силы и моменты
Поршневая группа
Шатуны и штоки
Коленчатые валы
Подшипники
Система газораспределения
Корпусные детали
Анализ конструкции
Устройство и
принцип действия

КШМ
ГРМ
Система смазки
Система охлаждения
Система питания
Система зажигания
Пуск двигателей
Увеличение мощности
Разное

Преимущества подвесных втулок

Важным преимуществом подвесных втулок является разгрузка их от действия сил затяжки основных шпилек, крепящих головку к корпусу двигателя, в результате чего сохраняется правильная геометрическая форма зеркала цилиндра. Этому способствуют также лучшие возможности для проверки и уменьшение деформации зеркала цилиндра при сборке втулки, так как ее осуществляют вне двигателя. Однако подвесные втулки имеют и недостатки. Трудно обеспечить движение охлаждающей жидкости в крышку цилиндра через верхний пояс и уплотнить соединение в разъеме втулки с крышкой. На рис. 285, а, б показаны способы организации движения охлаждающей жидкости. В более усовершенствованном варианте (рис. 285,6) предусмотрена установка покрытой снаружи сте-кловолокнитом стальной втулки 5 с фланцем, под которым находится паронитовая прокладка 4, обеспечивающая теплоизоляцию фланца от втулки 3 цилиндра. Такая теплоизоляция обеспечила хорошие условия работы уплотнительной резиновой прокладки 6 на фланце втулки 5. Наиболее нагруженной частью подвесных втулок являются зоны резьбовых отверстий под шпильки крепления втулки к крышке цилиндра, где действие сосредоточенных статических и переменных рабочих нагрузок сочетается с концентрацией напряжений. Эффективной мерой снижения статических напряжений в верхнем поясе является применение фиксирующих клеевых составов, исключающих отворачивание шпилек при длительной работе и устраняющих необходимость стопорения шпильки заворачиванием до упора повышенным крутящим моментом. При проектировании подвесных втулок рекомендуются (на основании опыта Коломенского тепловозостроительного завода) следующие соотношения для размеров верхнего пояса: высота h == = (0,18—0,2)D, толщина Ъ § (0,144-0,18)D.
Для обеспечения лучшей способности сохранять смазочный материал после чистовых операций при обработке резанием поверхность втулки цилиндра подвергают фосфатированию, при котором на рабочей поверхности образуется микрорельеф. Углубления между выступами-участками фосфидной эвтектики являются местами скопления масла, поступающего на трущиеся поверхности поршня.
Наряду с этим широко применяется покрытие пористым хромом, существенно уменьшающее (до 2,5-4 раз) износ рабочей поверхности втулки.
Втулки цилиндров современных форсированных судовых двухтактных малооборотных двигателей характеризуются высоким уровнем тепловых и механических напряжений. При этом наряду с высоконапряженным верхним поясом, где действуют максимальные давления и велики тепловые нагрузки, напряженной является также зона выпускных окон (перемычки между выпускными окнами при петлевой схеме газообмена). На рис. 286 показана втулка цилиндра судового малооборотного двигателя типа 6ДКРН 74/160.
В двухтактном двигателе отсутствуют периоды цикла, в течение которых на стенках могла бы образоваться масляная пленка при умеренных давлении и температуре. Наличие отражательных устройств и сальников на штоке поршня обеспечивает отсутствие доступа картерного масла. Поэтому смазывание цилиндра осуществляется маслом, подаваемым лубрикаторами к нескольким (от 8 до 10) точкам, равномерно размещенным по периметру втулки. Места расположения пояса точек по высоте могут быть различными, но следует избегать зон с высокой температурой стенки. На рис. 287 показана усовершенствованная схема подачи масла в цилиндр двигателей фирмы МАН.
Ниже приведены относительные размеры втулок цилиндров судовых крейцкопфных малооборотных и тронковых среднеоборотных двигателей:
Толщина втулки в части:
верхней..............(0,06-0,1)0
нижней ..............(0,04-0,06) D
Диаметр:
верхнего опорного фланца.......(1,25-1,35) D
посадочного пояса..........(1,15-1,25)D
Минимальная ширина зарубашечного пространства, мм ....10-15
Длина втулки для крейцкопфных двигателей составляет (1,35-1,45) S, а для тронковых (1,7-2,0)5. Втулки малооборотных двигателей имеют достаточно большую толщину стенки. С ростом уровня форсирования существенно увеличились температура и температурные напряжения, достигающие наибольшего значения в верхнем поясе втулки. Для уменьшения тепловой напряженности именно во втулках МОД стали широко применять специальные каналы, просверленные во фланце втулки под углом к оси цилиндра и не снижающие значительно ее прочность. Эти каналы обеспечивают подвод охлаждающей жидкости близко к внутренней поверхности втулки (см. рис. 281). На рис. 288 представлены конструкции втулок цилиндра двигателей Зульцер. Стрелкой показано движение охлаждающей жидкости. Переход к конструкции с просверленными каналами (рис. 288, в) позволил увеличить толщину стенки и отказаться от бандажного кольца (рис. 288, а, б), устанавливавшегося ранее для снижения напряжений от давления газов в верхнем поясе втулки.
Особенностью конструкции цилиндров двигателей воздушного охлаждения является наличие ребер, увеличивающих охлаждаемую воздухом наружную поверхность. Цилиндры могут воспринимать газовую нагрузку, а также быть свободными от растягивающих осевых усилий. В первом случае на верхней части цилиндра закрепляется головка, а при помощи нижнего опорного фланца он устанавливается на картере. Во втором очень распространенном на практике случае цилиндр зажимается между головкой и картером длинными силовыми шпильками, которые воспринимают возникающие при работе двигателя осевые усилия.
Важное значение имеет создание достаточно равномерного температурного поля стенок цилиндра, что при воздушном охлаждении более трудно выполнимо, чем при жидкостном. Отмеченные трудности возрастают по мере увеличения диаметра цилиндра D, и при значениях D > 140-1-150 мм их сложно преодолеть. На рис. 289, 290 показаны цилиндры тракторных дизелей воздушного охлаждения, имеющие соответственно постоянную и переменную по длине толщину стенки.
Охлаждаемая поверхность цилиндров составляет 25-40% общей охлаждаемой поверхности и образуется ребрами, на-
пинающимися вблизи верхнего торца цилиндра и доходящими до зоны расположения поршневых колец в н. м. т. Ребра выполняют треугольного, трапециевидного сечений и реже прямоугольного. Протяженность оребренной части цилиндра составляет 45-55% его длины. Величина охлаждающей поверхности пропорциональна размерам и числу ребер. Длина ребер ограничена межцилиндровым расстоянием и обычно не превышает 15-20 мм. Толщина и шаговое расстояние зависят от технологии изготовления цилиндра. В литых конструкциях шаговое расстояние определяется прочностью стержней.
На рис. 291 и 292 показано распределение температур в цилиндре дизеля 44/10,5/12,0 воздушного охлаждения на различных скоростных и нагрузочных режимах. Несмотря на наличие с «подветренной» стороны цилиндров дефлекторов, распределение температур неравномерное с максимумом
в верхней области на «подветренной» стороне. Для уменьшения деформаций, связанных с неравномерным температурным полем, в ребрах делают вырезы, в результате чего силовое воз- ] действие ребер на стенку цилиндра уменьшается. Однако во всех случаях следует стремиться к получению возможно более равномерного и симметричного относительно оси цилиндра температурного поля. Последнее обстоятельство является важным и для снижения неравномерности дополнительных термических усилий в отдельных силовых шпильках, достигающей, по данным НАТИ, 30% усилия предварительной затяжки и отрицательно влияющей на условия работы цилиндро-порш-невой группы.
Монометаллические цилиндры изготовляют литыми из серого чугуна или легких сплавов. Ранее применялись также стальные цилиндры с ребрами, обрабатываемыми резанием. Они отличались сложностью и высокой стоимостью изготовления. Цилиндры из легких сплавов используются на двигателях небольшой мощности. При этом их внутреннюю поверхность покрывают слоем хрома толщиной 0,1-0,15 мм, что обеспечивает необходимую износостойкость рабочей поверхности. На более форсированных двигателях применяют получившие наибольшее распространение чугунные монометаллические цилиндры (см. рис. 289, 290).
Биметаллические цилиндры выполняют чугунными или стальными с отдельно изготовленными из высокотеплопроводного материала ребрами, крепящимися на цилиндре. На t рис. 293 представлен цилиндр с закатанными ребрами. Эта конструкция отличается простотой изготовления, легкостью и компактностью.
Разновидностью биметаллического цилиндра является показанная на рис. 294 конструкция, в которой чугунная втулка залита в выполненный из алюминиевого сплава оребренный цилиндр. Такая конструкция отличается более интенсивным теплоотводом от рабочей поверхности втулки по сравнению с конструкцией, в которой стальная или чугунная втулка запрессована в оребренный цилиндр.
Применяются также биметаллические моноцилиндры, в которых цилиндр выполняется вместе с головкой. При изготовлении биметаллических литых цилиндров следует стремиться к уменьшению различия в коэффициентах линейного расширения используемых материалов для избежания расслоения соединяемых элементов. Цилиндры центрируют в расточках корпуса и крепят к нему шпильками, число которых зависит от принятой силовой схемы. При использовании длинных шпилек их число выбирают из расчета 3-4 шпильки на цилиндр.
Блоки цилиндров отливают из серых чугунов (СЧ 20, СЧ 25, СЧ 30), модифицированных чугунов и алюминиевых сплавов (AJ15, AJ19). Применяют и сварные конструкции блоков, изготовленные из низкоуглеродистых сталей СтЗ, 20, хорошо свариваемых и имеющих низкую стоимость. В случае сварно-литой конструкции литые элементы выполняют из сталей типа 20JI.
Для втулок используют серые чугуны, например СЧ 30, СЧ 35, легированные хромом, никелем, молибденом, которые имеют перлитную структуру с достаточным количеством графита в виде пересекающихся пластин. Легирование чугуна повышает его прочностные свойства, износостойкость, ростоу-стойчивость и жаростойкость. Применение пористого хромирования позволяет получить значительную поверхностную твердость и уменьшить износ чугунных втулок (в 2,5-4,5 раза в зависимости от вида топлива).
Материал втулок должен обеспечивать наряду с износостойкостью высокую плотность, определяемую гидравлическим испытанием втулок при давлении воды, превосходящим рабочее давление газов. В форсированных двигателях применяют втулки из легированных высокопрочных чугунов с азоти-
рованной поверхностью, имеющие повышенные прочностные характеристики,. В этом случае особое внимание обращают на улучшение антифрикционных свойств рабочих поверхностей поршней и колец.
В форсированных высокооборотных двигателях для изготовления втулок применяют сталь типа 45Х, а также азотируемые стали типа 38ХМЮА, обусловливающие получение легкой тонкостенной конструкции.
Азотирование повышает предел выносливости, сопротивление коррозионным и кавитацион-ным разрушениям, в 2-4 раза уменьшает износ.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 



  Разработано специально для liciss.ru, все права защищены.
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.