Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Для предотвращения этогопри форсировании двигателей посреднему эффективному давлениюре и частоте вращения n увеличивают интенсивность теплоотдачи в охлаждающую жидкость с помощьюулучшения гидродинамики потоковв зарубашечном пространстве.Распространенная продольнодиагональная схема (рис. 9.21, а)омывания имеет ряд недостатков,выражающихся в снижении интенсивности теплоотдачи в верхнейнаиболее нагретой части гильзы,большой неравномерности температурного поля гильзы и опасностивозникновения объемного кипенияв застойных зонах. На рис. 9.21, бпоказана схема с верхним подвоРис.
9.21. Схемы охлаждения гильз цилиндров:а – продольнодиагональная; б – с поперечным обтеканием366дом охлаждающей жидкости и поперечным обтеканием, исследованная в НАТИ. Основное отличиепредложенной схемы заключаетсяв наличии кольцевой щели с радиальной шириной (0,03–0,04)D, которая является верхней частью полости охлаждения. Данная схемаобеспечивает допустимый уровеньтемпературы в гильзе (150–160 °С)при литровой мощности порядка22,5 кВт/л, а также более равномерное распределение температурыпо длине и периметру гильзы.Втулки форсированных тепловозных и среднеоборотных двигателейхарактеризуются высокой тепловойи механической напряженностью.Сказанное об автомобильных итракторных конструкциях остаетсясправедливым, но еще большее значение приобретают интенсификация охлаждения и повышение износостойкости рабочей поверхностицилиндров.
На рис. 9.22, а представлена втулка подвесного типадвухтактногодвигателятипаДН 23/30. Охлаждающая полостьобразуется внутренними поверхностями стенок блока и наружной поверхностью самой втулки. В этомслучае дорогостоящий блок подвержен коррозии, снижающей в 1,8–2раза его сопротивление усталости,что является недостатком подобнойконструкции.
На рис. 9.22, б приведена втулка с рубашкой четырехтактного двигателя. При этом в отличие от прежних утяжеленныхконструкций, в которых втулка ирубашка выполнены литыми, какодно целое, в настоящее время распространены облегченные конструкции с надетой на втулку тонкостенной рубашкой. Оба вариантавтулок (рис. 9.22, а, б) относятся кконструкциям подвесного типа,разработанным Коломенским заводом.
Важным преимуществом подвесных втулок является разгрузка ихот действия сил затяжки основныхшпилек, крепящих крышку цилинРис. 9.22. Втулки цилиндров подвесного типа:а – конструкция с "мокрым" блоком; б – конструкция с охлаждающей рубашкой; 1 – втулкацилиндра; 2 – блок; 3 – крышка цилиндра367дра к корпусу двигателя, что облегчает получение правильной геометрической формы зеркала цилиндра.Этому способствуют лучшие возможности для проверки и уменьшение деформации зеркала цилиндрапри сборке втулки, так как сборкавтулки с крышкой осуществляетсявне двигателя.Однако имеются и недостатки, которые связаны с организацией движения охлаждающей жидкости в крышку цилиндра через верхний пояс и уплотнением разъемного соединениявтулки с крышкой. На рис.
9.23, а, бпоказаны способы перетока охлаждающей жидкости. В более усовершенствованном варианте (рис. 9.23, б)предусматривают установку втулочки 6, выполненной с наружнойстороны из стекловолокнита иимеющей фланец, под которымрасположена паронитовая прокладка 5, обеспечивающая теплоизоляцию фланца от втулки цилиндра 3. Последнее обеспечило хорошие условия работы уплотнительнойрезиновой прокладки 2 на фланцевтулочки 6. Наиболее нагруженнойчастью подвесных втулок являютсязоны резьбовых отверстий подшпильки крепления втулки к крышке цилиндра, в которых действие соРис.
9.23. Конструкция для перепуска охлаждающей жидкости из подвесной втулки:а – исходный вариант; б – усовершенствованный вариант; 1 – текстолитовая втулочка; 2 – резиновая прокладка; 3 – втулка цилиндра; 4 – стекловолокнит; 5 – паронитовая прокладка; 6 – стальная втулкасредоточенных статических и переменных рабочих нагрузок сочетаетсяс концентрацией напряжений. Дляэффективного снижения статических напряжений в верхнем поясеиспользуют фиксирующие клеевыесоставы, исключающие отворачивание шпилек при длительной работеи устраняющие необходимость стопорения шпильки.
При проектировании подвесных втулок (на основании опыта Коломенского завода) рекомендуются следующие соотношения для размеров верхнего пояса:высота h = (0,18–0,20)D; толщинаb = (0,14–0,18)D.Во всех случаях важно обеспечить работоспособность трущихсяпар: тронк поршня–втулка цилиндра и втулка–поршневые кольца.Для обеспечения необходимогослоя, удерживающего смазку, поверхность втулки цилиндра послечистовой механической обработкиподвергают фосфатированию, в результате которого на рабочей поверхности создается микрорельеф.Углубления между выступамиучастками фосфидной эвтектики являются местами скопления масла, поступающего на трущиеся поверхности поршня. Наряду с этим широкоприменяется покрытие пористымхромом, существенно уменьшающее износ рабочей поверхностивтулки в 2,5–4 раза.Втулки цилиндров современныхфорсированных судовых двухтактныхМОД характеризуются высокимуровнем тепловых и механическихнапряжений.
При этом наряду с высоконапряженным верхним поясом,в котором действуют максимальные давления и высокие тепловыенагрузки, у втулок двухтактных двигателей с петлевой продувкой напряженной является также зона выпускных окон (перемычки между выпускными окнами). На рис. 9.24 по368Рис. 9.25. Устройство подвода смазочного масла в цилиндр двигателей типа MANВ табл. 9.6 приведены относительные размеры втулок цилиндровсудовых СОД и МОД.9.6. Относительные размеры втулокцилиндров судовых СОД и МОДРис. 9.24.
Втулка цилиндра судового малооборотного двигателяДвигательказана втулка цилиндра судовогоМОД типа 6ДКРН 74/160.Судовые МОД характеризуютсяповышенным сроком службы, приэтом большое внимание уделяетсясмазке цилиндра. В двухтактномдвигателе отсутствуют периодыцикла, в течение которых на стенках могла бы образоваться масляная пленка при умеренных давлении и температуре.
Наличие отражательных устройств и сальниковна штоке поршня исключает доступ картерного масла, поэтому смазывание цилиндра осуществляетсямаслом, подаваемым лубрикаторами к нескольким точкам (от 8 до10), равномерно размещенным попериметру втулки. Места расположения пояса точек по высоте могутбыть различными, однако следуетизбегать зон с высокой температурой стенки.
На рис. 9.25 показанаусовершенствованная схема подачимасла в цилиндр двигателей МАN.Наименованиекрейцкопфный (МОД)тронковый(СОД)Толщина втулки:в верхней части(0,06–0,10)Dв нижней части(0,04–0,06)DДиаметр:верхнего опорногобурта(1,25–1,35)Dпосадочного пояса(1,15–1,25)DДлина втулки(1,35–1,45)S (1,7–2,0)SВтулки МОД имеют достаточнобольшую толщину стенки.
С увеличением уровня форсирования существенно повышаются температура и температурные напряжения,достигающие наибольшего значения в верхнем поясе втулки. Дляуменьшения тепловой напряженности именно во втулках МОД стали широко применять специальныеканалы, просверленные во фланце369Рис. 9.26. Конструкция втулок цилиндров двигателей фирмы Зульцер:1 – втулка цилиндра; 2 – блок; 3 – крышкацилиндравтулки под углом к оси цилиндра иобеспечивающие проход охлаждающей жидкости вблизи к внутренней поверхности втулки беззначительного снижения ее прочности (см.
рис. 9.19).На рис. 9.26 показаны усовершенствованные конструкции втулок цилиндра двигателей Зульцер.Стрелкой показано движение охлаждающей жидкости. Переход к конструкции с отверстиями (рис. 9.26, в)позволил повысить толщину стенки и отказаться от бандажногокольца (рис. 9.26, а, б), которое ранее устанавливали для снижениянапряжений от давления газов вверхнем поясе втулки.Особенностью конструкции цилиндров двигателей воздушного охлаждения является наличие ребер,увеличивающих охлаждаемую воздухом наружную поверхность. Цилиндры могут быть как несущимигазовую нагрузку с закрепленнойна верхней его части головкой инижним опорным фланцем, с помощью которого цилиндр крепитсяк картеру, так и свободными отрастягивающих осевых усилий.
Впоследнем весьма распространенном на практике случае цилиндрзажимается между головкой и картером длинными силовыми шпильками, которые воспринимают возникающие при работе двигателяосевые усилия.Главная задача при разработкеконструкции цилиндра двигателявоздушного охлаждения заключается в обеспечении эффективности охлаждения с приемлемымуровнем температуры при допустимых затратах мощности на охлаждение.Кроме того, важное значениеимеет обеспечение достаточноравномерноготемпературногополя цилиндра, что в случае воздушного охлаждения более трудно выполнимо по сравнению сжидкостным охлаждением.
Отмеченные трудности возрастаютпо мере увеличения диаметрацилиндра D и при значениях D >> 140–150 мм становятся труднопреодолимыми.На рис. 9.27 и 9.28 показаны цилиндры тракторных дизелей возРис. 9.27. Цилиндр дизеля воздушного охлаждения370Рис. 9.28. Цилиндр дизеля воздушного охлаждения с корсетной формой меридиональногосечениядушного охлаждения, имеющие соответственно постоянную и переменную по длине толщину стенки.Верхний торец цилиндра обычновыполняют плоским, что при существующих уровнях форсирования обеспечивает герметичностьгазового стыка между цилиндром иголовкой.Охлаждаемая поверхность цилиндров составляет 25–40 % общей охлаждаемой поверхности иобразуется ребрами, начинающимися вблизи верхнего торца цилиндра и доходящими до зонырасположения поршневых колец вНМТ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
