Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 41
Текст из файла (страница 41)
На рис. 5.8 показаны различные сечения стержней шатунов.При слабо выраженном изгибе поперечное сечение стержня можетиметь форму сплошного круга иликруга с отверстием (рис. 5.8, в, г),прямоугольника (рис. 5.8, е).Однако в большинстве случаевввиду наличия изгиба в плоскостикачания шатуна выбирают двутавровый профиль с расположением стенки сечения в плоскости качания ша191Рис. 5.8. Сечение стержня шатуна:а – двутавровое; б, ж – усложненное двутавровое; в, г – круглое; д – Нобразное; е – прямоугольное; з, и – с дополнительным утолщением стенкитуна (см. рис.
5.8, а). При этом достигается плавный переход стержняв очертания головок. Этим обеспечиваются непрерывная связь силовых поясов элементов конструкциии повышенная жесткость шатунапри относительно малой массе.Отношение высоты двутаврового профиля к ширине изменяется в широких пределах 1,3–2,5.На рис. 5.9 представлены различные поперечные сечения стержней шатунов современных двигателей с принудительным воспламенением и диаметром цилиндра82–83 мм. На рис.
5.9, в показанстержень шатуна двигателя, имеющего компоновку VR с углом развала цилиндров ~15°. Отношениевысоты к ширине этого сечениясоставляет 2,4, что позволяет увеличить диаметр шатунной шейки,сохранив жесткость коленчатоговала, и обеспечить при этом несущую способность шатунного подшипника.Наружные полки двутавра подлине стержня (в плоскости, перпендикулярной к плоскости качания) выполняют, как правило, сРис. 5.9. Поперечные сечениядвутавровых стержней шатунов автомобильных двигателей с диаметром цилиндра82–83 мм:а – с утолщенной полкой иуменьшенной высотой; б –с утонченной полкой и увеличенной высотой; в – суменьшенной шириной192Рис. 5.10.
Шатуны с уширением полок у поршневой и кривошипной головокуширением в местах перехода стержня в нижнюю и верхнюю головки.При этом уширение выполняют вдвух плоскостях (рис. 5.10).При одинаковой массе шатуновс круглым и двутавровым сечениями жесткость перехода участков отстержня к поршневой и кривошипной головкам будет более высокой при двутавровом сечениистержня.
Поэтому стержни двутаврового сечения с ориентацией еговнутренней стенки в плоскости качания шатуна применяют наиболее часто.Сочлененные шатуны Vобразных двигателей имеют дополнительные проушины на кривошипной головке. При двутавровом Нобразномсечении стержня (см. рис. 5.8, д) срасположением полок в плоскостикачания обеспечивается рациональное распределение усилий междустержнем и кривошипной головкойшатуна.
Такая конструкция главныхшатунов с развернутым (на угол 90°)двутавровым профилем стержня целесообразна для головок с несколькими проушинами; она применяласьдля шатунов звездообразных авиационных и Wобразных двигателейотдельных типов.Стержни круглого сечения применяют в основном в конструкцияхшатунов современных малооборотных стационарных и судовых двигателей и иногда прицепных шатунов Vобразных двигателей.Основное преимущество шатуновсо стержнями круглого сечения –простота изготовления; недостаток –нерациональное использование материала и излишняя жесткость в направлении, перпендикулярном кплоскости качания шатуна, а также впереходных зонах к головкам.Стержни прямоугольного сечения просты в изготовлении (см.рис.
5.8, е), их применяют для лодочных и некоторых двигателеймалой мощности мотоциклетноготипа. Преимущества и недостаткитакого сечения стержня такие же,как у круглого.Для подачи масла к поршню иподшипнику поршневой головкишатуна в стержне часто выполняютканалы, которые обычно располагают в средней части сечения, а вотдельных случаях смещают в периферийную зону сечения (по условиям допустимого выхода отверстия на поверхность постели шатунного подшипника). При выполнении канала в шатуне со стержнем двутаврового сечения предусматривают дополнительные утолщения стенки (см. рис.
5.8, б, ж–и). Качество обработки поверхности канала должно соответствоватькачеству обработки наружной поверхности стержня, чтобы исключить возможное ослабление стержня изза грубой поверхности канала в условиях циклического нагружения. Если позволяют размеры193полки, то канал иногда выполняютнепосредственно в полке шатуна.5.2.2. Поршневая и кривошипнаяголовки шатунов, шатунные болтыПоршневую головку шатунов обычно выполняют в виде замкнутой проушины круглой или овальной формы, симметричной относительно егопродольной оси и имеющей плавноесопряжение со стержнем шатуна. Вряде случаев форма головки имеет менее благоприятные ступенчатые и несимметричные очертания, что чащевсего связано с введением дополнительных технологических выступов,используемых в качестве базы при изготовлении или для регулировки(подгонки) массы шатуна. В серединеверхней части головки иногда выполняют выступающий участок цилиндрической или сферической формы, ккоторому после сборки с поршнемплотно прижимается специальныйстакан для подачи масла под давлением через шатун в поршень.Основные виды поршневых головок показаны на рис.
5.11.Конструкция поршневой головки определяется размерами поршневого пальца и способом его крепления. В бо' льшей части двигателейиспользуют плавающие пальцы,вращающиеся в шатуне и бобышках поршня. При использованииматериалов, склонных к повышенному изнашиванию, пальцы запрессовывают в верхнюю головку.В форсированных быстроходныхдвигателях применяют круглые тонкостенные головки (рис. 5.11, г).
Вранних конструкциях автомобильных и тракторных двигателей призакреплении пальца в шатуне головку изготавливали с прорезью, которую для облегчения монтажа частовыполняли косой.В некоторых двигателях, в частности, двухтактных, в поршневуюголовку устанавливают игольчатыеподшипники (рис. 5.12), которыецелесообразно применять при односторонней нагрузке.
В двухтактных двигателях поршневой палецпрактически всегда прижат к нижней части головки, так как газоваясила, как правило, превышает силуРис. 5.11. Поршневые головки шатунов:а – круглая; б – овальная; в – скошенная, с приливом для регулирования массы; г – круглаятонкостенная; д – с втулкой со спиральными канавками; е – с пазом194Рис. 5.12. Поршневая головка шатуна с игольчатым подшипникоминерции масс поршневой группы. Вэтом случае повышается давлениена опорную поверхность. В связи сэтим для обеспечения работоспособности подшипника масло подается под давлением через отверстиев стержне шатуна (рис.
5.12).При использовании игольчатыхподшипников в отверстие поршневой головки вставляется стальная втулка, которая является наружной обоймой игольчатого подшипника. В этом случае в головкепредусматривают отверстия дляобеспечения смазывания роликови разбрызгивания масла на днищепоршня для его охлаждения. Наиболее характерный дефект такойконструкции – ложное бринеллирование, проявляющееся в видеотпечатков игл на пальце или навтулке вследствие высоких контактных давлений.В дизелях для улучшения условийработы сопряжения поршневогопальца с шатуном и бобышкамипоршня, а также снижения массышатуна верхнюю часть поршневойголовки срезают под определеннымуглом, как показано на рис.
5.11, в.Угол скоса g зависит от соотношениягазовой и инерционных нагрузок иможет изменяться в пределах 10–20°. Это дает возможность выравнивания давления в подшипнике придействии сил инерции и давлениягазов и изнашивания верхней инижней частей втулки. При этом отношение длины максимального иминимального участков опорной поверхности головки lш/lmin = 1,5–1,8.Угол j, как правило, изменяется впределах 60–120°, что соответствуетуглу контакта пальца и поршневойголовки при действии сил давлениягазов.Прилив А (см.
рис. 5.11, в) предназначен для подгонки шатунов помассе. Приливы могут располагаться также наверху головки и симметрично по обеим сторонам головки. Расположение одного прилива определяется необходимостьюбалансировки всей поступательнодвижущейся массы, вызванной смещением центра масс поршня.В двигателях с принудительнымвоспламенением для выравниваниятолщины масляного слоя уменьшают опорную поверхность верхнейполовины втулки (см. рис.
5.11, е).Для получения необходимойизносостойкости в месте соединения головки шатуна с поршневымпальцем в отверстие головки устанавливают с начальным натягомвтулку из бронзы или стали. Иногда используют биметаллическиевтулки на основе стали 10, на рабочую поверхность которой наносят тонкий слой мягкого металла(обычно свинца и олова с добавкой меди).В крупных двигателях часто применяют круглые и реже овальные головки, обычно имеющие плавноеочертание (см. рис. 5.11, б).Кромки отверстий для подачимасла при входе в канавку и на наружную поверхность головки шатунов высоко нагруженных двигателей скругляют или выполняют сфаской (не менее 1 мм) для снижения концентрации напряжений взоне выхода отверстий.1955.1. Соотношения внешнего dг, внутреннего d1 диаметров и ширины поршневой головкив зависимости от диаметра пальцаТип двигателяd1dгlш(1,09–1,2)dп(1,4–1,6)dп(0,9–1,2)dптихоходный(1,15–1,3)dп(1,6–1,8)dпбыстроходный(1,1–1,2)dп(1,3–1,7)dпАвтомобильный и тракторныйСтационарный, судовой и тепловозный:В табл.
5.1 приведены ориентировочные соотношения внешнегоdг, внутреннего d1 диаметров и ширины головки в зависимости от диаметра пальца dп. Толщина втулокшатунов легких двигателей Sв = 1–4 мм (чаще 1,5–2,0 мм). Втулки излистовой бронзы выполняют меньшей толщины (до 0,8 мм). Толщинастенки головки Sг = 3–10 мм.В конструкциях с плавающимипальцами относительный зазор между пальцем и бронзовой втулкой взависимости от размеров пальца колеблется в пределах D/dп = 0,0004–0,0012 (по наибольшим размерамдопуска).Для выбора конкретных размеров пальца и отверстия в поршневой головке можно воспользоватьсязависимостью минимальной толщины масляного слоя h от относительного зазора y = D/dп, показанной на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
