Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 77
Текст из файла (страница 77)
Ребра выполняют треугольного, трапецеидального и режепрямоугольного сечений. Протяженность оребренной части цилиндра составляет 45–55 % егодлины. Площадь охлаждающей поверхности пропорциональна размерам и числу ребер. Длина реберограничена межцилиндровым расстоянием и обычно не превышает15–20 мм, что касается толщины ишагового расстояния, то они связаны с технологией изготовленияРис. 9.29. Распределение температуры по длине цилиндра двигателя воздушного охлаждения типа 4 Ч10,5/12,0:I–IV – пояса распределения температуры;N = 52 кВт; n = 2200 мин-1цилиндра. В литых конструкцияхшаговое расстояние определяетсяпрочностью стержней.На рис.
9.29 и 9.30 приведенораспределение температур цилиндра дизеля 4 Ч10,5/12,0 воздушного охлаждения на различных скоростных и нагрузочныхРис. 9.30. Распределение температуры по периметру цилиндра двигателя воздушного охлаждения:1, 2 – на расстоянии соответственно 1 и 7 ммот зеркала цилиндра; А – обдув371режимах. Несмотря на наличие с"подветренной" стороны цилиндров дефлекторов, распределениетемператур неравномерное с максимумом в верхней области наподветреннойстороне.Дляуменьшения деформаций, связанных с неравномерным температурным полем, в ребрах выполняют вырезы, в результате чего силовое воздействие ребер на стенку цилиндра уменьшается.
Однако во всех случаях следует стремиться к получению возможноболее равномерного и симметричного относительно оси цилиндра поля температур. Последнее является важным и для снижения неравномерности дополнительных термических усилий вотдельных силовых шпильках,достигающей по данным НАТИ30 % усилия предварительной затяжки и отрицательно влияющейна условия работы цилиндропоршневой группы.По конструкции и способу изготовления цилиндры воздушногоохлаждения бывают моно и биметаллическими.Монометаллические цилиндры изготовляются литыми из серого чугуна или легкихсплавов. Ранее применялись такжестальные цилиндры с механическиобрабатываемыми ребрами, отличающиеся сложностью и высокойстоимостью изготовления.
Цилиндры из легких сплавов применяютсяна двигателях небольшой мощности, внутренняя поверхность цилиндров имеет слой хрома толщиной 0,10–0,15 мм, что обеспечиваетнеобходимую износостойкость рабочей поверхности. На более форсированных двигателях используют чугунные монометаллическиецилиндры (см. рис. 9.27 и 9.28), получившие наибольшее распространение.Рис. 9.31. Цилиндр с закатанными ребрами:а – общий вид; б – последовательность операций подготовки винтовой канавки и закатки ленты; 1 – цилиндр; 2 – охлаждающее реброБиметаллические цилиндры выполняются чугунными или стальными с отдельно изготовленнымииз высокотеплопроводного материала ребрами, крепящимися нацилиндре. На рис. 9.31 показан цилиндр с закатанными ребрами, который отличается простотой изготовления, легкостью и компактностью.Разновидностью биметаллического цилиндра является показанная на рис.
9.32 конструкция,в которой чугунная гильза залита в выполненный из алюминиевого сплава оребренный цилиндр. При таком выполненииобеспечивается более интенсивный теплоотвод от рабочей поверхности гильзы по сравнению сцилиндром, в который запрессована стальная или чугунная гильза. Встречаются также биметаллические моноцилиндры, цилиндр которых выполнен как одно целое с головкой.
При изготовлении биметаллических литыхцилиндров следует стремиться куменьшению различия коэффициентов линейного расширения372Рис. 9.32. Цилиндр из алюминиевого сплава сзалитой чугунной гильзойиспользуемых материалов во избежание расслоения соединяемыхэлементов. Цилиндры центрируются в расточках корпуса и крепятся к нему шпильками, числокоторых зависит от принятой силовой схемы; при длинных шпильках их количество составляет 3–4 шт. на цилиндр.Материалы втулок (гильз) цилиндров должны обладать высокимипрочностью, плотностью структуры, обеспечивающей непроницаемость газов и охлаждающей жидкости, высокой износостойкостью,устойчивостью к электрохимической коррозии и кавитации, а также хорошей обрабатываемостью.Из традиционно применяемых вдвигателестроении материалов перечисленным требованиям достаточно полно соответствуют чугуны.Для изготовления втулок частоиспользуют серые чугуны, например, СЧ28, СЧ32, легированныехромом, никелем, молибденом, укоторых обеспечивается получение перлитной структуры с достаточным количеством графита ввиде пересекающихся пластин.Легирование чугуна повышаетпрочность, жаростойкость, износостойкость, ростоустойчивость.Применение пористого хромирования с поверхностной твердостью 800–1000 НВ значительноуменьшает износ чугунных втулок (в 2,5–4,5 раза в зависимостиот вида применяемого топлива).Наряду с серым чугуном прифорсированиидвигателейпосреднему эффективному давлению при повышении рz применяют легированные высокопрочныечугуны с азотированием поверхности втулки, имеющие повышенные прочностные характеристики (табл.
9.7). В этом случаеособое внимание обращается также на улучшение антифрикционных свойств рабочей поверхностипоршней и колец.Хотя втулка цилиндра являетсятеплонапряженной деталью, максимальные температуры, имеющиеместо в районе кромки бурта состороны камеры сгорания, как правило, не превышают 200–250 °С, ижаропрочность чугуна оказываетсядостаточной. Особого рассмотрения требует зона выпускных окон(перемычки) втулок двухтактныхдвигателей с петлевой продувкой.В быстроходных двигателяхспециального назначения для изготовления втулок применяютсястали типа 45Х, а также азотируемые стали 35ХМЮА, 38ХМЮА,38Х2МЮА, обеспечивающие получение легкой тонкостенной конструкции.
Азотирование повышаетпредел выносливости, сопротивление коррозионным и кавитационным разрушениям, в 2–4 разауменьшает износ.В табл. 9.7 приведены некоторыехарактеристики материалов втулок(гильз) цилиндров.3739.7. Характеристики материалов втулок (гильз) цилиндровПараметрыКоэффициентКоэффициКоэффиТермичелинейногоент теплоМаркаМодульупПределциент Пуская обрарасширенияпроводностиматериаларугостипрочностиботка (Т/О)ассона ma×106, 1/°СЕ×10-5, МПа sвр , МПа l, Вт/(м×К)ЧугуныСЧ28СЧ32СПЧВЧЗакалка,пористоехромирование, азотирование1,1280501,2320501,25350511,5620289,00,39,09,29,0Сталь35ХМЮА Азотирование38ХМЮА2,18809.5.
Моделирование теплового инапряженнодеформированногосостояний втулки (гильзы)цилиндраВтулка (гильза) является теплонапряженной деталью, составляявместе с поршнем цилиндропоршневую группу двигателя. Значительная площадь рабочей поверхности втулки, равная ориентировочно pD 2(S/D), определяет относительно большую долю теплоты,отводимой от горячих газов в неепри работе двигателя.
Расчет температурного поля втулки (гильзы)выполняется в первую очередь наустановившемся номинальном режиме работы двигателя.Рассмотренные ранее данные орасчететемпературногополяпоршня (гл. 4) во многом относится и к втулке (гильзе) цилиндра. Вчастности, изменение температурывтулки (гильзы) в течение рабочегоцикла на установившемся режимеработы двигателя сравнительно невелико (несколько градусов на рабочей поверхности) и быстроуменьшается по толщине втулки.Однако то обстоятельство, что б\ль400,312,614,5шая часть рабочей поверхностивтулки в течение рабочего циклаоказывается как в соприкосновении с горячими газами и свежимзарядом, так и в соприкосновениис поршнем и картерным газом, создает ряд особенностей при назначении условий теплообмена в процессе моделирования температурного поля втулки (гильзы).9.5.1.
Граничные условия примоделировании стационарноготеплового состояния втулки(гильзы) цилиндраУсловия теплообмена на верхнемпоясе рабочей поверхности втулки(до кромки поршня при его положении в ВМТ) и на периферии огневого днища поршня в первом приближении принимаются одинаковыми.Как правило, применяют граничныеусловия третьего рода при определении мгновенного значения коэффициента теплоотдачи aг от газа к стенке по формуле Вошни (4.7) с последующим осреднением в течение рабочего цикла двигателя.Коэффициент теплоотдачи aгз == a0 и средняя результирующая374температура Тгз в зазоре междувтулкой и жаровым поясом поршняориентировочно принимают aгз == 0,25a1 и Тгз = Тгрез.К рабочей поверхности втулкитеплота передается как непосредственно от горячих газов, так и отпоршня (в том числе через кольца).При этом значительную долю передаваемой теплоты составляют затраты на трение колец, а также натрение корпуса поршня.
Часть рабочей поверхности втулки (гильзы), находящаяся ниже положенияпервого компрессионного кольца вВМТ, подвергается воздействиюгорячих газов только в течение части отдельных тактов рабочего цикла, когда эти участки поверхностине перекрыты поршнем.При рассмотрении поршня было отмечено, что моделированиеего стационарного температурногополя должно проводиться совместно со втулкой (гильзой) цилиндра.При этом поля температур должныбыть согласованными.
Ранее отмечалось, что передача теплоты отпоршня к кольцам, а затем от нихво втулку (гильзу) цилиндра связана с преодолением цепочки термических сопротивлений. Для приближенной оценки коэффициентатеплоотдачи aг–к на поверхностивтулки (гильзы) с поршневымикольцами можно воспользоватьсязависимостьюa г-к =lмdмéùq v d 2м1+êú , (9.7)ë 2l м (T к -T г ) ûгде Тк, Тг – соответственно температура поверхности кольца и гильзы вместе определения aг–к; температураТк остается неизвестной; остальныеобозначения приведены в гл.
4.Для участка втулки (гильзы),взаимодействующего через кольцас поверхностями iй поршневой канавки, рационально использоватьэквивалентный (приведенный) коэффициент теплоотдачиa эквiг =1,l кil+ +éù l aiq v d 2мl м ê1 +úë l м (T п -T г ) û(9.8)dмгде lкi @ 0,5(lк2 + lк3) – протяженность траектории теплового потокапо кольцу (см. рис. 4.32); l – теплопроводность материала кольца;ai @ a2 + a3 (см. зависимости (4.12)и (4.13)); Тп – температура поверхности поршня в месте определения aэквiг.Коэффициент теплоотдачи наповерхности втулки (гильзы) с юбкой поршня рассчитывают по формулеa г-ю =lмdмéùq v d 2м1+êú . (9.9)ë 2l м (T п -T г ) ûВеличина q v =F тр v попределяd м Fюется, как описано в гл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
