Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Так, стремление сохранитьдостаточную сопротивляемость механическим нагрузкам при одновременном снижении температуры днища поршня достигалось применением системы тупиковых сверленых каналов на охлаждаемой стороне головки поршня, по которым осуществлялась циркуляция охлаждающей жидкости. В некоторых случаях для интенсификации охлаждения поршнейфорсированных МОД используетсявода, обладающая по сравнению смаслом значительно бо' льшей охлаждающей способностью. Охлаждающая жидкость подводится к поршнюс помощью специальных телескопических устройств.4.3.
Поршневой палецВ двигателях с тронковым кривошипношатунным механизмом передача сил давления газов и инерцииот поршня шатуну производится спомощью поршневого пальца, являющегося осью и осуществляющегошарнирное соединение поршня сшатуном.В четырехтактных двигателях напоршневой палец действуют знакопеременные нагрузки, а в двухтактных – нагрузки, близкие к пульсирующим.
В процессе работы поршневой палец нагревается вследствие передачи теплоты от головкипоршня через бобышки, а такжеизза трения пальца о головку шатуна и бобышки поршня.Палец совершает вместе с поршнем возвратнопоступательное движение, а также в бо' льшей частиконструкций возвратновращательное движение вокруг своей оси.
Этов совокупности с высокой температурой пальца обусловливает невозможность получения режима жидкостной смазки, что приводит к повышенному износу пальца.Поршневые пальцы изготавливают из стали. В связи с тяжелыми150условиями работы к материалупальца предъявляют повышенныетребования. После термическойобработки палец должен иметь значительную твердость трущихся поверхностей при вязкой сердцевине.Применяют различные способыустановки поршневого пальца. Достаточно часто используют способ сплавающим пальцем. Преимуществом данного способа является возможность проворачивания пальца вовремя работы как в бобышках, так и впоршневой головке шатуна.
В результате уменьшается относительнаяскорость скольжения пальца по сравнению со скоростью скольжения призакреплении пальца в бобышкахпоршня или головке шатуна. Приэтом уменьшаются сила сопротивления и выделение теплоты, котороепропорционально произведению силы трения на скорость относительного движения.
Уменьшается износ,который при данном способе установки распределяется равномерно поокружности пальца, вследствие чегопалец сохраняет цилиндрическуюформу, а также уменьшается опасность заедания. Плавающие пальцыустанавливаются в поршень с небольшим зазором (0–0,004 мм в автомобильных двигателях).При другом способе установкиконцы поршневого пальца (илиодин) закреплены в поршне. Такойспособ применяется в автомобильных и тракторных двигателях и реже в стационарных, судовых и тепловозных двигателях.По третьему способу поршневойпалец закреплен в головке шатуна.С помощью нагрева шатуна палецзапрессовывается в его верхнююголовку.В случае применения плавающегопальца его смещение в направленииоси может привести к повреждениюрабочей поверхности цилиндра.
ДляРис. 4.26. Пружинные замки и заглушки, предохраняющие палец от перемещения:а – пружинные замки; б, в – заглушкипредохранения пальца от осевого перемещения применяют пружинныезамки или заглушки. Пружинныезамки (рис. 4.26, а) выполняют обычно в виде колец из проволоки круглого сечения или из листовой стали.При фиксировании пустотелогопальца заглушками (рис. 4.26, б) изалюминиевого или магниевого сплава, реже из бронзы, достигается повышение его радиальной жесткости иулучшение отвода теплоты.
Наружная поверхность заглушек выполняется в виде сферы с радиусом, несколько меньшим радиуса цилиндра.У двухтактных двигателей с петлевой схемой газообмена заглушкипредотвращают утечку воздуха из ресивера в выпускные окна через полый палец. У двухтактных двигателей нагрузки от давления газов болеепродолжительные и односторонние,а температура выше, чем в четырехтактных двигателях, вследствие чегопоршневые пальцы работают в болеетяжелых условиях.
Поэтому в двухтактных двигателях с поршнями излегких сплавов в бобышки устанавливают бронзовые втулки. Запрессованные бронзовые втулки применя151Рис. 4.27. Поршневые пальцы:а, б – цилиндрические; в–д – приближающиеся к форме, обеспечивающей равное сопротивление изгибуются и в поршнях автомобильныхчетырехтактных двигателей. Нарядус цельными пальцами в быстроходных двигателях для уменьшениямассы, а также для рациональногораспределения материала поршневой палец выполняют по одной изсхем, приведенных на рис. 4.27.Смазывание пальца может осуществляться различными способами: через вертикальные отверстия вбобышках, при подаче масла из зоны бобышек и с помощью продольных пазов на опорных поверхностях бобышек.Характер нагружения пальца зависит от соотношений жесткостейпальца и элементов поршня, зазорав бобышках, величины масляногослоя в местах скольжения.Удельная нагрузка на проекцию опорных поверхностей пальца (табл.
4.1) определяется из соотношенияk=Pz,dп l 0(4.7)4.1. Допустимые значения удельных нагрузок (Н/см2×10-2), действующих на опорныеповерхности поршневого пальцаВ поршневойголовке шатунаТип пальцаВ бобышках поршняВтулка из брон из чугуназы или баббита (втулок нет)из алюминиевого сплаваВтулок нетБронзовые втулкиСудовые и стационарные тихоходныеПлавающий15–2535–4025–3035–40Судовые быстроходные и тепловозныеПлавающий25–8032–45До 50До 6030–5035–60–50–80Автомобильные и тракторныеПлавающий или закрепленный в шатуне35–5535–55Быстроходные форсированныеПлавающий50–9050–80П р и м е ч а н и е.
При применении игольчатых подшипников значение удельных нагрузокдостигает 6×104 Н/см2.152где Pz – максимальная сила от давления газов; l0 – длина опорной поверхности пальца в зависимости отспособа закрепления пальца принимается соответственно равнойили lш (в шатуне), или 2lб (в бобышках).4.4.
Поршневые кольцаВ зависимости от выполняемыхфункций кольца делятся на уплотнительные (компрессионные) имаслосъемные. Поршневые кольцауплотняют полость камеры сгорания, частично передают теплоту отпоршня в стенку цилиндра, препятствуют попаданию масла изкартера в камеру сгорания, чемпрепятствуют значительному еговыгоранию. Многообразие функций, которые выполняют кольца, сучетом особенностей конструкцийпоршневой группы у двигателейразных типов и назначения обусловили большое разнообразие конструкций как компрессионных, так имаслосъемных колец. Уплотнениеосуществляется за счет прижатиякольца к цилиндру силами упругости и давления газов, а также дросселирования последних при перетекании через систему торцовых ирадиальных зазоров.
Поскольку начастичных нагрузках давление вцилиндре уменьшается, упругостькольца должна быть достаточнойдля уплотнения.Кроме того, надежность уплотнения зависит также от деформации цилиндра (в процессе монтажаи при работе), препятствующейплотному прилеганию контактирующих поверхностей стенки цилиндра и кольца.
Неровности поверхности цилиндра, а также изнашивание поршневых канавок приводят к вибрации колец в осевом ирадиальном направлениях, что является причиной их усталостногоразрушения.Выбор числа колец зависит оттипа двигателя и конструкциипоршня. Причем последнее от камеры сгорания кольцо должно отводить теплоту от поршня и не подвергаться вибрации.Первое поршневое кольцо работает в наиболее тяжелых условиях.При положении поршня в ВМТдавление в канавке первого кольцаблизко к давлению в цилиндре, адавление в канавке второго кольцасоставляет около 30 % давления вканавке первого кольца.Потери на трение в кольцах современных двигателей составляютоколо 25 % всех механических потерь при работе двигателя.
Например, в двигателе с принудительнымвоспламенением с тремя поршневыми кольцами затраты энергии натрение первого, второго, третьегоколец соответственно будут 60, 30,10 %. Для снижения работы трениябез ухудшения уплотняющей способности колец уменьшают площадьповерхности трения путем снижениявысоты кольца, а также применяютподрез (рис. 4.28, а, тип 9, 10).При отсутствии масляного охлаждения поршня через компрессионные кольца отводится до 60 %теплоты, теряемой поршнем. Примасляном охлаждении эта доляуменьшается до 20–25 %.
Температура первого кольца достигает200–250 °С. Температуры в зонеконтакта кольца с цилиндром могут быть существенно выше. Неразрезные жаровые кольца форсированных двухтактных двигателей(см. рис. 4.9) имеют температуру350 °С и более. Вследствие повышенной температуры снижаетсяпрочность материала колец, падает их упругость, происходит закоксовывание.153Компрессионные кольца располагаются в канавках с радиальными осевым зазорами, обеспечивающими утопание и подвижность колец в канавках. В быстроходныхфорсированных дизелях рекомендуют осевые зазоры около (0,0010 –0,0015)D.
В двигателях с принудительным воспламенением осевойзазор выбирают около 0,05 мм.Компрессионные кольца, имеяв свободном состоянии зазор А == (3 – 4)l между краями замка, неявляются круглыми. Круглую форму кольцо приобретает, находясь вцилиндре, на стенку которого благодаря упругости кольцо оказываетдавление порядка 0,3–0,5 МПа.В табл. 4.2 приведены некоторыехарактеристики компрессионныхколец.Уменьшение высоты t колец позволяет уменьшить высоту поршняи расстояние пальца до днища.
Однако при прочих равных условияхтемпература поршня в этом случаебудет выше. Пределом уменьшениявысоты t является возможность поломки при обработке, монтаже иэксплуатации колец.Предельная толщина l кольцаопределяется напряжением при надевании кольца на поршень. В тонкостенных цилиндрах форсированных двигателей лучший контактколец с цилиндром при его овализации достигается, если кольцаимеют малую жесткость, т.е. меньшей толщине l.При использовании материала сбо' льшим модулем упругости (ковкий чугун, сталь) для снижениядавления следует уменьшать l илизазор в стыке в свободном состоянии кольца.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
