Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 43
Текст из файла (страница 43)
При такой конструкции головки снижается масса иобеспечиваются достаточные прочность и жесткость, повышается надежность шатунных подшипников вусловиях длительной работы.Для возможности извлеченияшатуна через цилиндр и одновременно получения улучшенной формы несущего контура таких головокв болтовых соединениях часто неприменяют гайки, а шатунные болты ввертываются непосредственно вшатун. Недостатком конструкций скосым разъемом является отсутствие симметрии.Для исключения поломок в зонахглухих резьбовых отверстий под шатунные болты предъявляются высокие требования к геометрии резьбы,плавности перехода боковой поверхности и дна отверстия, шероховатости и контролю качества материала.Шатунные болты должны отвечать в первую очередь требованиямпрочности и высокой надежностипри длительной работе.
Шатунныеболты различных типов показанына рис. 5.24. Переход от резьбы кстержню выполняют в виде проточки радиусом r1, равным не менее0,2dp, на участке длиной не менее0,4–0,5 диаметра резьбы. Сопряжение стержня с головкой выполняютрадиусом r3 = (0,15–0,25)dc, а переход к центрирующим пояскам – радиусом r2 = (0,2–0,25)dп.Надежность болтов обеспечивается плавностью переходов с заданием допусков на радиусы сопряжений (от головки болта к стержнюи к центрирующим пояскам, вовпадинах профиля резьбы), рациональной податливостью стержняболта для уменьшения изгибныхнапряжений в резьбе, применением поверхностной упрочняющейобработки (обкатки радиусов ивпадин резьбы), выбором материала с повышенным сопротивлением202Рис. 5.24.
Типы шатунных болтовусталости при высоком сопротивлении пластическим деформациямот начальных усилий затяжки.5.3. Особенности конструкциишатунной группы крейцкопфныхдвигателейШатуны крейцкопфных двигателей ввиду больших размеров выполняют со съемными и разъемнымикривошипными и крейцкопфнымиголовками морского типа (рис. 5.25)и прокладками для регулированиястепени сжатия в цилиндрах и зазоров в подшипниках.Стержень шатуна выполняютобычно цилиндрическим с отверстием для подвода масла к головнымподшипникам, охлаждающей жидкости в поршни. В последних конструкциях верхнюю часть стержнявыполняют не только вильчатой,но и в виде жесткой плоской пяты(рис.
5.26), на которой монтируюткрейцкопфные головки, что упроРис. 5.25. Вильчатый шатун крейцкопфногодвигателя:1 – кривошипная головка; 2 – стержень; 3 –поршневая головка203Рис. 5.26. Крепление штока в поперечине:а, б – цилиндрическимхвостовиком соответственно с опорной и затяжной гайками и опорным конусом; в – фланцемщает изготовление шатунов и позволяет согласовывать деформацииподшипников и поперечины.Для облегчения подгонки массыи повышения прочности все поверхности шатуна и головок подвергают механической обработке.Так как опорным поверхностямползуна проще задать необходимыеразмеры, чем поршню двигателятронкового типа, и смазать их легче, то шатуны крейцкопфных двигателей выполняют более короткими (R/L = 1/2,5–1/2,0), что уменьшает высоту двигателей.Штоки (стержни) поршней вкрейцкопфных двигателях связывают поршень с поперечиной.Если поршни охлаждаются водой, то полость штока изолируютот нее защитным покрытием илитрубой из меди или коррозионностойкой стали.
Охлаждающая жидкость подводится через кольцевоесечение между трубой и штоком, аотводится трубой, вмонтированнойв полость штока.Форма концов штока зависит отспособа крепления его к поршню ипоперечине ползуна. Шток соединяется с поршнем с помощью фланцевого соединения, а к поперечинешток крепится цилиндрическимихвостовиками (рис. 5.26, а, б) илифланцами (рис. 5.26, в). В последнемслучае болты или шпильки разгружаются от боковых сил шпонкой,штифтами, центрирующим буртиком или выступом и пазом, выполняемыми в сопрягаемых деталях.Диаметр dшт штока выбирают впределах (0,305–0,350)D; диаметр отверстия в штоке (0,425–0,504)dшт,длину штока в пределах (2,67–3,15)D.Штоки изготавливают ковкой споследующей механической и термической обработкой до твердости40–52 HRC.Шток соединяется с шатуномпоперечиной. Твердость поверхности цапфы, соединяющей поперечину с шатуном, составляет около40–45 HRC.Форма поперечины зависит отспособа соединения ее со штоком,шатуном и конструкции ползуна.Поперечина имеет гнездо для крепления хвостовика штока илиопорную поверхность для фланцаштока.Ползуны крепят к средней частипоперечины болтами, шпилькамии шпонками или штифтами(рис.
5.27). Цапфы для вильчатогошатуна образуют в этом случаеконсоли поперечины.В односторонних ползунах(рис. 5.28, а) трущиеся поверхности отличаются друг от друга размерами.204Рис. 5.27. Крепление одностороннего ползунак поперечине болтами и шпонкой:1 – шток; 2 – поперечина; 3 – ползун; 4 –шпонка; 5 – гайка; 6 – болтЕсли для каждой поперечиныиспользуют два ползуна, установленные по обе стороны плоскостикачания шатуна (рис.
5.28, б), тоони располагаются на особых шейках, образующих концы поперечины. Цапфы шатуна размещают втаких случаях между средней иконцевыми частями поперечины.Ползун воспринимает боковыеусилия от шатуна и обеспечивает прямолинейное движение штока.
Трущаяся поверхность ползуна выполняется плоской или цилиндрической.Двусторонние ползуны (рис. 5.28,б, в) располагают по концам цапфы,благодаря чему достигается легкийдоступ к подшипникам, а также возможность использования более коротких шатунов и крепления стоекстанины направляющими ползуновдля увеличения жесткости остова двигателя. Трущиеся поверхности ползунов заливают баббитом.Рис. 5.28. Ползуны:а – односторонний; б, в – двусторонний с опорной поверхностью соответственно плоской ицилиндрической205Рис. 5.29. Шатуны крейцкопфного двигателя:а – с двусторонним ползуном; б – с односторонним ползуном; 1 – поперечина; 2 – ползун;3 – верхняя (крейцкопфная) головка; 4 – стержень (шток); 5 – прокладка; 6 – болтШатуны крейцкопфных двигателей с одно и двухстороннимиползунами показаны соответственно на рис.
5.29, а, б.Габариты поперечины определяются размерами мест сопряжений еесо штоком и ползуном; диаметрыцапф подшипников шатунов d1(рис. 5.30, а) выбирают в пределах(0,55–0,61)D, а длину l1 = (0,5–0,8)d1.Рис. 5.30. Схемы для расчета на прочность и изнашивание:а – поперечины; б – ползуна2065.4. Методы повышениянесущей способности шатунов,материалы шатуновШатуны большей частью изготовляют ковкой в штампах с последующей термической и механической обработкой. В качествематериала для изготовления шатунов наиболее часто применяютуглеродистую или легированнуюсталь.Для шатунов форсированныхдвигателей целесообразно применять легированные стали, учитываянеобходимость обеспечения достаточной циклической прочности беззначительного увеличения размеров опасных сечений, а также получения однородных свойств металла в детали после термообработки, т.е.
достижения равномернойпрокаливаемости по сечениям.Рекомендуемые легированныестали, проверенные длительнымопытом производства и эксплуатации двигателей с учетом выбора изних умеренно легированных, следующие:• для шатунов автомобильныхдвигателей с принудительным воспламенением – стали 40Г, 45Г2,40Х, 40ХН;• для автомобильных и тракторных дизелей – стали 18Х2Н4МА;40ХН2МА; 40ХН3МА; возможнотакже применение ковкого перлитного чугуна;• для высоконагруженных шатунов, имеющих достаточно большие размеры сечений, – стали18Х2Н4МА, 40ХН2МА, 40Х2Н2МА,36Х2Н2МФА, 30ХМА, 40ХФА;• для шатунов форсированныхбыстроходных дизелей – стали18Х2Н4МА, 40ХН2МА, 38Х2Н2МА,30ГМ;• для шатунов стационарныхи малооборотных судовых двигателей – стали 40Х, 45Х, 40ХН,45Г2.Углеродистые стали находят применение для шатунов относительнонебольших размеров при умереннойих напряженности или шатунов наиболее крупных размеров.Для реализации высоких прочностных свойств легированныхсталей необходимо учитывать ихповышенную чувствительность ккачеству поверхности, т.е.
к еемакро и микрогеометрии, состоянию поверхностного слоя идр. При необработанной поверхности после штамповки можетбыть потеряно 50–70 % циклической прочности материала. Причиной такого снижения является,помимо влияния грубой обработки поверхности, наличие ослабленного слоя металла, в которомвследствие высоких повторныхнагревов при штамповке и термообработке (закалке) выгорает значительная часть углерода и легирующих элементов.Толщина так называемого обезуглероженного слоя после штамповки и термообработки шатунапропорциональна времени нахождения заготовки в нагревательной печи и определяется его размерами (для шатунов массой100–150 кг она может достигать1,0–1,5 мм).Шатуны, выполняемые из легированных сталей, необходимо механически обрабатывать (или зачищать) для удаления обезуглероженного слоя или нагревать подштамповку в защитной среде.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
