Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Дляуменьшения крутящего момента,нагружающего при затяжке болт,поверхность имеет плоский стык скартером, заменивший применявшиеся ранее шлицы.9.1.4. Особенности конструкцийэлементов остова малооборотныхсудовых и стационарных двигателейОстовы крупных крейцкопфныхсудовых двигателей имеют существенные особенности конструкции.Наличие крейцкопфа увеличиваетвысоту двигателя, а большие диаметры цилиндра D, достигающие1 м и более, делают отдельные детали остова (корпуса) очень громоздкими. Поэтому в этом случае применение блоккартерной конструкции нерационально ни в смыслеизготовления и транспортировки,ни в смысле сборки и ремонта.
Остовы малооборотных крейцкопфных двигателей выполняют составными, состоящими из следующихосновных элементов: фундаментной рамы со встроенными упорными подшипниками и привареннымподдоном, картера (станины колонного типа с присоединеннымибоковыми листами) или картернойкоробки и блока цилиндров. Всясистема перечисленных деталейскреплена анкерными связями. Востове предусматривается опорныйэлемент (лапы или нижняя плитафундаментной рамы), которымидвигатель крепится к продольнымбалкам, непосредственно связанными с набором корпуса судна(или фундамента). Так как малооборотные двухтактные крейцкопфные двигатели (МОД) выпускаются в рядном исполнении, ачисло цилиндров может быть достаточно велико, каждый элементостова состоит из нескольких секций, относящихся к двум–четыремцилиндрам, соединенных болтамии призонными шпильками.Фундаментная рама.
Являясьальтернативным решением несущему картеру с подвесными опорами коленчатого вала, она совместно с картером обеспечивает необходимую продольную и поперечную жесткость всего двигателя.Фундаментную раму применяютповсеместно в МОД, а в ряде случаев и в среднеоборотных двигателях (СОД). В случае выполнениякартеров в виде Аобразных стоек сприсоединенными боковыми листами (щитами) применяют фундаментную раму высотой, достаточной для обеспечения необходимой352Рис. 9.9.
Сварная рама малооборотного крейцкопфного двухтактного дизеля:1 – продольная балка; 2 – поперечная опора рамового (коренного) подшипника; 3 – постельрамового подшипникапродольной жесткости корпуса. Втронковых СОД фундаментная рама имеет относительно небольшуювысоту и крепится к картеру анкерными связями.Фундаментные рамы выполняют литыми из серого чугуна, сварными или сварнолитыми из малоуглеродистых сталей.
Масса сварных и сварнолитых рам меньшемассы литых на 20–25 %. Крометого, сварнолитые рамы имеютменьший брак при изготовлениипо сравнению с литыми из чугунаНа рис. 9.9 показана сварная рама малооборотного крейцкопфногодвухтактного дизеля. Рама состоитиз двух продольных балок 1, с которыми связаны поперечные опоры 2,расположенные между цилиндрами,и несущие коренные подшипникиколенчатого вала в постелях 3.Крышки подшипников изготавливают из того же материала, что и раму.
Крышки затягивают шпильками, ввернутыми в поперечные стойки рамы, а также болтами или домкратами. Плоскость разъема с картером находится выше оси коленчатого вала, что уменьшает деформацию подшипникового узла. К нижней части рамы присоединен, какправило, неподвижно маслосборник, повышающий ее изгибную жесткость. В табл. 9.1 приведены соотношения размеров элементов фундаментных рам.Постоянное повышение уровняфорсирования МОД и СОД посреднему эффективному давлениюи максимальному давлению циклатребует упрочнения всех элементовостова и, прежде всего, фундаментной рамы.
Снижение массы рамыпри условии детального анализараспределения и уровня максимальных напряжений достигаетсяпри применении решетчатой конструкции, представляющей каркасиз отдельных балок, расположенных в направлении действия максимальных усилий. Такие рамыоказываются на 30 % и более легчеи одновременно жестче традиционных конструкций. С переходом насварные и сварнолитые конструкции рам и других элементов остовав ряде случаев отказываются отприменения длинных анкерныхсвязей, связанного с большимитрудоемкостью и стоимостью. Приэтом используют короткие анкерные связи, соединяющие фундаментную раму с картерной коробкой. Возможно применение сварных рамкартеров, обеспечиваю3539.1.
Размеры элементов фундаментных рам двигателейДвигателиНаименованиемалооборотные среднеоборотныеШирина(2,4–2,8)S(2,4–2,5)SВысота(1,2–1,4)S(0,6–0,9)SДлина(1,05–1,20)iLТолщина горизонтальных стенок:литых(0,15–0,18)d1сварных(0,08–0,10)d1(0,04–0,06)DТолщина вертикальных стенок:литых(0,07–0,08)d1сварных(0,05–0,06)d1(0,025–0,040)DРасстояние между анкерными связями(2,0–2,5)d1(1,5–2,0)d1Диаметр анкерных связей(0,11–0,13)DДиаметр шпилек крепления крышек рамовых подшипников(0,08–0,10)DРасстояние между шпильками(1,00–1,13)DРасстояние между домкратами0,43DПримечание: i – число цилиндров; L – расстояние между цилиндрами; D, S – диаметр цилиндра и ход поршня.щих дальнейшее повышение жесткости остова двигателя.Картер (станина). Картеры МОДпервоначально выполняли в видеколонной конструкции или в дальнейшем чаще в виде цельной картерной коробки.
В первом случаеосновными элементами картера являются колонны – стойки Аобразной формы, устанавливаемые вплоскости коренных (рамовых)подшипников. Стойки связываютблок цилиндров с фундаментнойрамой. Промежутки между стойками закрываются легкими щитами.Стойки, имеющие коробчатое илидвутавровое сечение для получениявысокой изгибной жесткости, изготавливают литыми из чугуна илисварными из стали. Для анкерныхсвязей в станинах выполняют колодцы.
На стойках имеются полкидля крепления направляющих ползуна крейцкопфа. На рис. 9.10 представлен вариант сварной стойкиМОД двухтактного крейцкопфногоРис. 9.10. Сварная стойка малооборотногокрейцкопфного двухтактного дизеля354дизеля с диаметром цилиндра D == 780 мм. К преимуществам такойконструкции относятся простота итехнологичность сварки (или литья)и последующей механической обработки. Недостатком является малаяпродольная жесткость остова, получаемая в этом случае в значительной степени за счет блока цилиндров (что маложелательно) и фундаментной рамы вместе с коленчатымвалом.
Кроме того, применениедлинных анкеров усложняет сборкудвигателя.На рис. 9.11 показаны элементыостова крупного судового крейцкопфного двухтактного дизеля, выполненного в виде соединенных спомощью болтов отдельных секций,фундаментной рамы 1 и картернойкоробки 2, представляющих собойсварные конструкции, отличающиеся повышенной жесткостью и сокращающие в остове двигателя числоРис. 9.11. Фундаментная рама и картерная коробка малооборотного крейцкопфного двухтактного дизелягоризонтальных разъемов. Ориентировочные относительные размерыстанин приведены в табл. 9.2.9.2. Относительные размеры станин двигателейДвигателиНаименованиеВысотамалообо среднеоборотныеротные(2,80–3,05)S (1,5–1,7)SШирина:в верхней части(1,6–1,8)D (1,5–1,6)Dв нижней части(2,0–2,3)D (1,7–2,0)DРасстояние между(2,0–2,5)d (1,5–2,0)d1анкерными связямиТолщина стенок:литыхсварных(0,05–0,06)D(0,025–0,035)DБлок цилиндров.
В крупных малооборотных крейцкопфных двигателях применяются составные подлине блоки цилиндров, состоящиеиз отдельных отливок (одного–двух, а иногда и более цилиндров),которые соединяют между собой повертикальным плоскостям с помощью болтов под развертку илишпилек. Отливку МОД, как правило, не делают более чем на четырецилиндра, так как при слишкомбольшой длине отливки трудно избежать дефектов литья, а блок является наиболее ответственной деталью остова двигателя.Нижняя часть блока цилиндровобразует полость ресивера продувочного воздуха, в центре на осицилиндра находится сальник штока, отделяющий полость цилиндраот картера.
В верхней части блокарасположены втулки цилиндров. Вдвухтактных двигателях блок цилиндров, наряду с полостью охлаждающей жидкости, имеет полостидля продувочного воздуха, а в случае петлевой продувки и полостьдля отвода отработавших газов.355Конструкция блока зависит отпринятой схемы газообмена, а также силовой схемы двигателя. Приэтом важен способ передачи усилий от шпилек, крепящих крышкицилиндров, к вертикальным стенкам блока. Под шпильки выполняют конусные выступы, верхнююполку блока цилиндров соединяютребрами с вертикальными стенками.
Ребра рационально располагатьпод шпильками крепления крышекцилиндров. На рис. 9.12 показанасекция блока цилиндров МОД, выполненная в виде отливки.Ориентировочные относительные размеры блоков цилиндровприведены в табл. 9.3.9.3. Относительные размеры блоковцилиндров двигателейДвигателиНаименованиеВысота блока цилиндровШиринамалообо среднеоборотныеротные(1,5–1,8)SРис.
9.12. Секция блока цилиндров малооборотного крейцкопфного двухтактного дизеля(1,0–1,5)S(1,6–2,0)DТолщина стенокблока цилиндров:литыхсварных(0,05–0,06)D(0,035–0,045)D9.2. Материалы корпусныхдеталейВ зависимости от типа и назначения двигателя для изготовлениякорпуса применяют различные материалы.Блоккартерыавтомобильных,тракторных и ряда двигателей специального назначения отливают изчугуна, а в некоторых случаях изалюминиевых сплавов.
Наряду с серыми чугунами СЧ21, СЧ25, СЧ30(перлитные модифицированные чугуны) применяются также высокопрочные чугуны марок ВЧ35, ВЧ40,ВЧ45, ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70. Цифрыобозначают предел прочности прирастяжении sвр×10-1 МПа. Хорошаяжидкотекучесть чугуна позволяетполучать качественные отливкисложной формы. Для удовлетворительной обрабатываемости твердостьВЧ должна быть не более 230 НВ.Снижение массы корпуса достигается применением алюминиевойотливки. Вследствие меньшей жидкотекучести алюминиевых сплавови более низкого их модуля упругости по сравнению с качественнымичугунами стенки алюминиевых корпусов выполняют более толстымипо сравнению с чугунными.
Приэтом в местах установки силовыхшпилек крепления опор коленчатого вала, а также головки цилиндрачасто приходится использоватьвставки из более прочного материала, устанавливаемые в алюминие356вый блоккартер. Тем не менее, сучетом повышения прочности литейных алюминиевых сплавов ихприменение является перспективным для корпусов двигателей легковых автомобилей и двигателей специального назначения.В отечественном двигателестроении корпуса, как правило, изготавливают из сплавов алюминия и кремния (силуминов): АЛ2, АЛ4, АЛ9.
Доэвтектические сплавы АЛ4 и АЛ9, легированные магнием, получают упрочнение при термической обработке. Для улучшения обрабатываемостиалюминиевые сплавы должны иметьтвердость 35–100 НВ, получаемую закалкой с последующим старением.Алюминиевые блоккартеры отливают под давлением около 12 МПа впрессформу, нагретую до 200–250 °С, температура металла – 620–650 °С. Стоимость алюминиевыхблоккартеров выше стоимости чугунных.В табл.
9.4 приведены свойстванекоторых материалов, используемых для производства картеров, блоков цилиндров и блоккартеров автомобильных и тракторных двигателей.Корпуса тепловозных и среднеоборотных двигателей выполняютсялитыми из чугуна или сварнолитыми и сварными из малоуглеродистой стали. Алюминиевые сплавыприменяют относительно редко, чтосвязано в первую очередь с высокими нагрузками при значительныхдиаметрах цилиндра и степени форсирования, требованием высокойжесткости и др.
В форсированныхтепловозных и судовых среднеоборотных двигателях при литом корпусе целесообразно использоватьвысокопрочный чугун, по прочностным характеристикам приближающийся к конструкционным сталям и обладающий высокой демпфирующей способностью, что способствует улучшению виброакустических характеристик двигателя.В случае сварнолитых и сварныхкорпусов используется литая сталь, атакже спокойные малоуглеродистые9.4. Механические свойства корпусных материалов автомобильных и тракторных двигателейМаркаматериалаТермическая обработка (т/о)МодульупругостиЕ×10-5, МПаПределпрочностиsвр , МПаКоэффициентПуассона mКоэффициент линейного расширения aт×106, 1/°С0,310–120,311,5–13,50,318,7–22,0Серый чугунСЧ20СЧ25Без т/оСЧ350,92001,02351,2310Высокопрочный чугунВЧ45ВЧ50450Отжиг1,65–1,85ВЧ60500600СилуминыАЛ2Без т/оАЛ9Без т/оАЛ9–Т2Закалка147–1570,7–0,8157137–1673579.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
