Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 42
Текст из файла (страница 42)
5.13.Упрочнение поршневых головокосуществляется в основном следующими конструкторскими приемами:• увеличением радиуса переходаr1 (см. рис. 5.11, г) от полки стержняк наружной поверхности радиусаголовки шатуна;• выполнением дополнительного подкрепления в виде центральной полки стержня или оптимизацией внутренней поверхностидвутавра в месте перехода стержняв головку;• использованием Нобразногопрофиля стержня шатуна, позво(0,9–1,1)dпляющего устранить консольностьпоршневой головки.Кривошипная головка шатуна отличается наибольшим разнообразием формы. Конструкция кривошипной головки в значительноймере зависит от компоновочнойсхемы двигателя. Головка должнаобладать высокой жесткостью дляобеспечения надежной работы подшипников и болтов при минимальных размерах и массе.Наиболее простая по конструкции кривошипная головка выполняется в виде плоскосимметричной неразъемной проушины (см. рис.
5.1).Шатуны с разъемной головкой, показанные на рис. 5.14, а, б, устанавливают в однорядных двигателях, атакже в Vобразных со смещеннымрасположением цилиндров левого иРис. 5.13. Зависимость минимальной толщинымасляного слоя от относительного зазора196Рис. 5.14. Общий вид шатунов двигателей сдиаметром цилиндра D = 83 мм:а – рядного; б – Vобразного:1 – втулка; 2 – стержень; 3, 4 – верхний инижний вкладыши; 5 – крышка; 6 – болтправого рядов при двух рядом расположенных на шейках коленчатоговала шатунах.Такие шатуны называют шатунами рядного типа, несмотря наразличие во внешних очертаниях, вположении и наклоне плоскостиразъема головки, а также на особенности соединения кривошипной головки с крышкой шатуна.На рис.
5.15 показан шатун рядного судового среднеоборотноготронкового двигателя, выполненныйразъемным с соединением прямогошлицевого разъема болтом и гайкой.Особенностью этой конструкции является наличие четырех болтов, атакже развитых каналов, подводящих масло для смазывания поршневого пальца и охлаждения поршня.При жестком ограничении габаритных размеров по длине Vобразного двигателя или невозможностивзаимного смещения рядов цилиндров применяют сочлененные шатуны. Характерные особенностиэтих шатунов связаны с конструкцией кривошипных головок.Рис. 5.15. Шатун рядного судового двигателяВ Vобразных двигателях применяют следующие типы сочлененныхшатунов: главный с шарнирно соединенным с ним прицепным шатуном (рис. 5.16) или центральные шатуны, один из которых вильчатый, адругой внутренний (центральный)(рис.
5.17).На рис. 5.18 показана трехмернаямодель шатуна вильчатого исполнения.При проектировании кривошипной головки главного шатунанаибольшее внимание нужно уделять обоснованному выбору размеров проушины, диаметра пальца итолщины перемычки (между расточкой постели подшипника и выемкой под головку прицепногошатуна или втулку пальца). Приэтом недостаток жесткости в этойзоне трудно восполнить увеличением жесткости других участковголовки.197Рис. 5.18. Трехмерная твердотельнаямодель вильчатого и центрального шатуновРис. 5.16. Сочлененные шатуны:1 – главный; 2 – прицепной; 3 – палец прицепного шатунаРис.
5.17. Центральные шатуны Vобразного двигателя:1 – вильчатый (внешний); 2 – центральный(внутренний); 3 – разъемная шейка головкивильчатого шатуна198Подвижное сочленение прицепного и главного шатунов осуществляется с помощью пальца,образующего опору для прицепного шатуна, который в зависимости от принятого варианта соединения может быть неподвижно закреплен или установлен подвижно в проушине главного шатуна.В быстроходных форсированных двигателях нашли применение шатуны с плавающим пальцем в соединении главного иприцепного шатунов (рис. 5.19).В этом случае для вращения головки прицепного шатуна в головке главного выполняют относительно глубокую круговую выемку, что ослабляет несущийконтур кривошипной головкиглавного шатуна.
Для укрепления утоненных стенок постели ипальца прицепного шатуна в таких соединениях применяютпромежуточную опору (для пальца) в виде выступасектора наперемычке (рис. 5.19) главногошатуна. Одновременно в головкеприцепного шатуна выполняютпрорезь в соответствии с рабочим углом качания.Рис. 5.19. Сочлененные шатуны Vобразного двигателя с плавающим пальцем:а – с болтовым; б – со штифтовым соединением; 1 –штифт; 2 – болтВвиду ограниченных габаритных размеров и уменьшенных сечений жесткость шатунов часто недостаточна, поэтому наблюдаютсяповышенные деформации, очагифретингкоррозии и усталостныеполомки.
Этому способствуют высокие монтажные нагрузки.Для повышения несущей способности подшипника прицепнойшатун выполняют с цилиндрической пятой вместо нижней головки,к которой специальными болтамикрепят палец. В таком соединенииотпадает необходимость в выполнении увеличенной выемки в главномшатуне, при этом палец опираетсяпо всей ширине на запрессованнуюв расточку проушин втулку, образуяразвитый подшипник скольжения.В Wобразных и звездообразныхдвигателях прицепное сочленениешатунов является практическиединственно возможным решением, широко использовавшимся ранее в авиационных двигателях.Пример конструкции главного шатуна с восемью проушинами девятицилиндровогозвездообразногоавиационного двигателя показан нарис.
5.20. На рис. 5.21 дана трехмерРис. 5.20. Трехмерная твердотельная модельглавного шатуна звездообразного авиационного двигателя199Рис. 5.21. Трехмерная твердотельная модельшатунной группы звездообразного авиационного двигателяная модель шатунной группы этогодвигателя. Доводка шатунов в этомслучае представляет очень сложнуюзадачу.Для шатунов с прицепным сочленением изза бокового (эксцентричного) расположения оси прицепаимеются различия в кинематикепоршней главного и бокового рядовцилиндров, что приводит к возникновению дополнительного нагружения главного шатуна в виде поперечного изгиба его стержня (рис.
5.22).В центральносочлененных шатунах необходимо учитывать особенности работы вильчатой головки, которая испытывает пространственный изгиб (в двух плоскостях)при сжатии и растяжении стержня.При отработке такой конструкциивозникают значительные трудности по устранению циклическойподвижности на отдельных участках разъемов головки. При этом изнашивание стыков на участках относительной подвижности оказывает влияние на начальную затяжкушатунных болтов и форму расточки постели подшипника, особеннона участке цилиндрической цапфы(для центрального шатуна), вызывая ее овализацию в процессе работы и снижение несущей способности шатунного подшипника.При конструировании центрального внутреннего шатуна наибольшие трудности связаны с обеспечением необходимой жесткости разъемной головки вследствие ограниченных размеров ее поперечных сечений и невозможности создания условий для надежной работы.
Вследствие изнашивания и фретингкоррозии на контактных поверхностяхограничивается срок службы подшипника. Этот основной недостатоквследствие малой жесткости кривошипных головок следует считать характерным для центральносочлененных шатунов. Такие шатуны нецелесообразно применять при относительно высоких нагрузках и больших диаметрах цилиндра, что неоднократно подтверждалось результатами испытаний.
Верхнюю границу допустимых размеров центральносочлененных шатунов ориентировочноможно определять по внутреннемудиаметру постели подшипника вильчатого шатуна, который не долженпревышать 150–200 мм.Кривошипную головку шатуновдля большинства двигателей выполняют разъемной по условиям сборки. Наличие разъемов и болтовыхсоединений в кривошипных головках усложняет их форму.
Важнымпризнаком, непосредственно влияющим на форму головки и ее конструкцию, является выбранное положение плоскости разъема крышки истержня. Кривошипные головки спрямым разъемом выполняют симметричными, а стыковые поверхности – плоскими с фиксированиемвзаимного положения крышки и200Рис. 5.22. Схемы нагруженияглавного шатуна при положении поршня в ВМТ:а, б – соответственно в главном и боковом цилиндрахстержня (при сборке) штифтами,специальными центрирующими выступами в разъеме или с применением сплиттехнологии. Ввиду наличия опорных площадок под шатунные болты и гайки шатунных болтовкривошипные головки имеют характерные угловые выступы и большуюнеравномерность жесткости.Вследствие ограничения внешнего размера кривошипной головки при обычно принимаемых диаметрах шатунной шейки коленчатого вала, близких к диаметру цилиндра, резко сокращается радиальная толщина головки в зонеразъема, что приводит к уменьшению размера стыкового сечения.
Дляповышения жесткости головки иустранения вынужденного ослабления зоны разъема обычно увеличивают высоту средней части крышки,выполняя ее в виде двутавровогопрофиля с двусторонними выемками вблизи нейтрального слоя крышки (рис. 5.23).Отмеченные недостатки кривошипных головок с прямым разъемом (см. рис. 5.3, а) привели к широкому распространению головок скосым разъемом, у которых плоскость стыков располагается под определенным углом наклона к осистержня (см. рис. 5.3, б).
Согласно201Рис. 5.23. Виды средней части крышек шатунов:а, б – с плавным очертанием контура; в, г – сребрами жесткости; д – с утолщенной средней частью; е – двутавровыйвыполненным расчетам, оптимальные значения угла j (см. рис. 5.3)наклона плоскости разъема к осистержня шатуна находятся в пределах 42–50°.В связи с появлением в косомразъеме под действием нагрузокзначительных переменных силсдвига стыковые поверхности в головках такого типа выполняютпрофильными, так как в них образуются несущие замкнутые элементы для упругого сопротивления поперечным усилиям.Совершенствование формы головки достигается симметричнымперераспределением радиальной толщины несущего контура и переходомк крышке с нарастающей высотой еесечений при приближении к зоненижних шатунных болтов.Несмотря на дополнительныетехнологические трудности изготовления и сборки, симметричная относительно продольной оси шатунаформа головки больше соответствуетоптимальному варианту шатуноврядного типа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
