Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Как правило, в результате повышения наддува увеличиваются не только давление газа, но и температура газа на выпуске. Увеличение нагрузки и частоты вращения вызывает повышение температуры, ее перепадов имеханических нагрузок на клапаны. Кроме того, вследствие сменырежимов работы двигателя увеличиваются амплитуды изменениятемператур, деформаций и напряжений головок клапанов. Придлительной эксплуатации двигателя повышается температура клапанов и седел в результате увеличения зазоров в направляющей втулке клапана, ухудшения контактовфасок клапанов и седел, образования отложений нагара, накипи,солей и соединений металлов, содержащихся в присадках к маслами топливам.Напряженные условия работыклапанов обусловливают возможность нарушений работы, наиболеехарактерными проявлениями которых являются зависание клапанов иудары их о поршень, выгорание фаски, изнашивание, коробление и растрескивание фасок, обрыв стержня,изнашивание стержня и его торца.На рис.
8.9 показан общий видклапана с обозначением его основных геометрических параметров. Основные размеры клапанаРис. 8.9. Общий вид клапанаориентировочно можно представить в зависимости от диаметраклапана d, обычно близкого кдиаметру горловины седла клапанного отверстия. Диаметр клапана d выбирают в зависимости отдиаметра цилиндра D с учетомчисла клапанов и типа двигателя.Параметры клапанов различныхдвигателей приведены в табл. 8.1.В быстроходных автомобильныхдвигателях наметилась тенденцияуменьшения диаметра стержняклапана dс до 5 мм.От формы головки зависят сохранение формы фаски при работе, масса клапана, условия обтекания клапана газами, а такжестоимость изготовления клапана.Плоский (тарельчатый) клапан(рис.
8.10, а) отличается относительно большой толщиной головки, малым радиусом перехода отстержня к головке и плоским (илипочти плоским) торцом головки.Такой клапан наиболее прост визготовлении и используется вовсех двигателях.Клапан с головкой тюльпанообразной формы (рис. 8.10, б)применялся широко во впускныхклапанах быстроходных форсированных двигателей. Посколькупереход от стержня к головке выполнен с большим радиусом кри2948.1.
Параметры элементов впускных и выпускных клапанов различных двигателейСтационарныеи судовые тихоходныеСтационарные и судовыебыстроходные, автомобильные и тракторныеБыстроходныефорсированныедвух клапанов(0,30–0,42)D(0,35–0,45)D(0,35–0,47)Dчетырех клапанов(0,28–0,34)D(0,30–0,34)D(0,32–0,36)DПодъем (ход) клапана h(0,18–0,26)d(0,16–0,28)d(0,22–0,30)dголовки dг(1,05–1,15)d(1,06–1,12)d–стержня dc(0,15–0,25)d(0,16–0,28)d(0,20–0,40)dНаименованиеДиаметр d клапана приустановке:Диаметр:Толщина головки dШирина опорной поверхности головки(0,10–0,12)d(0,08–0,12)d(0,025–0,080)d(0,08–0,12)dРис. 8.10. Типы клапанов:а – плоский; б – тюльпанообразный; в –выпуклыйвизны, улучшается обтеканиеклапана воздушным потоком принаполнении цилиндра, а вследствие увеличения жесткости головки предотвращается короблениефаски при нагреве клапана.
Дляуменьшения массы клапана в головке со стороны цилиндра предусмотрена выемка. Недостатками тюльпанообразных клапановявляются сложность изготовле(0,05–0,10)dния и увеличенная поверхностьнагрева головки.Выпуклая форма головки клапана улучшает обтекание головки горячими газами и используется на выпускных клапанах ряда форсированных двигателей.При этом увеличивается жесткость головки, но возрастаютмасса клапана и площадь поверхности нагрева.Диаметр стержня клапана зависит от схемы приложения усилийпри открывании клапана. Привнецентренном нагружении требуется повышенный диаметр dс дляуменьшения изгибных напряжений в стержне. Вместе с тем большой диаметр стержня увеличиваетмассу клапанов и загромождаетпроходное сечение газовоздушныхканалов.Сопряжение стержня клапана старелкой пружин подвергается переменным нагрузкам и может бытьпричиной выхода клапанного механизма из строя.Наиболее распространенное сопряжение выполняют в виде раз295Рис.
8.11. Крепление тарелки пружины на стержне клапана с помощью:а, г – цилиндрической галтели; б – поясков; в – конической выточки; 1 – разрезные сухарики; 2 – опорная тарелка; 3 – пружинное кольцо; 4 – стеллитрезныхконическихсухариков(рис. 8.11), соединяемых со стержнем одной цилиндрической выточкой (рис. 8.11, а, г), фиксирующими поясками (рис. 8.11, б) или конической выточкой (рис. 8.11, в).Последняя отличается наименьшей концентрацией напряжений встержне вследствие использованиягалтели достаточно большого радиуса и более технологична. Торецстержня клапана должен иметьтвердость >50 HRC.В двигателях при непосредственном воздействии кулачка на тарелку клапана используют резьбовое соединение, регулирующее зазор между клапаном и кулачком.Для этого в стержень 1 (рис.
8.12)на резьбе с натягом ввертывают тарелку 3. Тарелка 2 пружин сопрягается со стержнем 1 мелкими шлицами по ходовой посадке, а торцовые треугольные шлицы на тарелках 2 и 3 препятствуют их взаимному угловому перемещению. Для установки зазора между тарелкойклапана и кулачком необходимосжать клапанные пружины дляразъединения тарелок 2 и 3 и вращать тарелку 3.В двигателях высокой удельноймощности при отводе теплоты отголовки выпускных клапанов черезРис.
8.12. Клапан с непосредственным приводом от кулачка:1 – стержень; 2, 3 – тарелки296фаску в седло и через стержень в направляющую втулку может быть необеспечена приемлемая температура головки. Поэтому применяют дополнительные средства для интенсификации охлаждения головки.Эффективным средством являетсяиспользование натрия, имеющегонизкую температуру плавления –97 °С при удельной теплоте плавления 13,3 кДж/кг и высокую скрытую удельную теплоту парообразования 4600 кДж/кг при температурекипения 880 °С и удельной массе0,97 кг/дм3.
Головка и стержень клапана (рис. 8.13) имеют внутреннююполость, которая примерно на 60 %заполняется солями натрия. Натрийпри соприкосновении с раскаленной головкой расплавляется и частично испаряется, поглощая большое количество теплоты. Соприкасаясь со стенками стержня, имеющими относительно низкую температуру, натрий конденсируется ивыделяет теплоту в стержень.Надежная работа клапана в значительной мере зависит от качестваобработки поверхностей: острыеуглы, риски и царапины не допускаются во избежание концентрации напряжений. На головке клапана со стороны цилиндра нежелательны какиелибо отверстия илипазы для притирочных приспособлений. Отсутствие скрытых дефектов в металле определяют магнитными, ультразвуковыми и рентгеновскими методами контроля.В современных двигателях в головках (крышках) цилиндров подклапаны устанавливают седла.
Сначала седла устанавливали под выпускные клапаны, а затем – и под впускные. Через седла от клапана отводится основное количество теплоты(60–80 %), поэтому седла выполняют из специальных легированныхчугунов и жаростойких сталей.Рис. 8.13. Клапан с внутренней полостью охлажденияВ гнезда головок цилиндров седлазапрессовывают (рис. 8.14, а) с относительным натягом 8,0×10-4–1,8×10-3или вставляют охлажденными. ДляРис. 8.14. Способы крепления седел:а – запрессовка с завальцовкой; б – пружинными разрезными кольцами; в – запрессовка с затеканием материала головки (крышки) цилиндра в канавки седла297повышения надежности крепленияв деталях из легких сплавов седлазавальцовывают или вытачивают наих поверхности канавки, в которыезатекает металл при деформации(рис. 8.14, в). В форсированных двигателях находят применение охлаждаемые седла клапанов.В результате исследований дефектов клапанов установлено, чтопрогар клапана и седла происходитинтенсивно после нарушения герметичности клапана, что обусловлено в основном деформацией седлаклапана вследствие неравномерногоохлаждения или деформации гнездав головке (крышке) цилиндра.
Всвязи с этим в форсированных двигателях используют самоустанавливающиеся по фаске клапана седла,вставляемые с небольшим зазором вхолодном состоянии и удерживаемые в гнезде пружинными кольцами (рис. 8.14, б). Такие конструкциихарактеризуются меньшим отводомтеплоты от седла в гнездо. Крометого, такое соединение являетсяпрактически неразборным.Для более плотного сопряженияклапана с седлом фаску выполняютузкой (шириной 1–3 мм) (рис.
8.15).Такая дифференциальная фаскалегко прирабатывается и способствует сохранению герметичности сопряжения при уменьшении угла aРис. 8.15. Дифференциальная фаска клапанафаски в результате деформации головки. Для предотвращения появления ступенек при изнашивании фасок в работе и во время притиркиболее узкой следует выполнять фаску в детали меньшей жесткости.Для уменьшения изнашивания иоблегчения ремонта двигателя направляющую стержня клапана выполняют в виде отдельной втулки изчугуна с глобулярным графитом,алюминиевой бронзы, металлокерамики или азотируемой стали (прихромированном стержне), запрессованной с натягом 0,04–0,05 мм и0,06–0,08 мм соответственно в головку из чугуна и алюминиевого сплава.При выполнении втулки из бронзыусиливается отвод теплоты от стержня и улучшается работа при ограниченной смазке, особенно в начальный период движения клапана.
Зазор между втулкой и стержнем ориентировочно составляет 0,004dс длявпускного и 0,006dс для выпускногоклапанов. Для клапанов малых размеров эти значения увеличиваютсясоответственно до 0,010dс и 0,0125dс.Смазка направляющей втулкиосуществляется разбрызгиванием.Благодаря фаске на отверстии длястержня в верхней части втулки образуется коническая чашечка, заполняемая маслом. Для сокращения чрезмерного засасывания масла в цилиндр при впуске свежегозаряда в двигателях без наддува устанавливают уплотняющие манжеты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
