Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 83
Текст из файла (страница 83)
9.55, в).что обеспечивает жесткость конструкции. Днище крышки уплотняютмедной прокладкой, а при повышенном давлении сгорания – стальной омедненной прокладкой. Нижнюю и верхнюю части стягиваютспециальными шпильками.В верхней части крышки размещены выпускные газовые каналы,полости охлаждения, отверстия подфорсунку, шпильки и т.д.
Верхнююстенку крышки используют для установки элементов механизма привода клапанов и крепления форсунки. Выступающий замкнутый по периметру крышки бурт повышает жесткость крышки и образует полость, вкоторой располагаются пружины клапанов и собирается масло, сливающееся затем в картер через специально предусмотренный канал. Подобноеописанному смещенное вниз расположение клапанных пружин применяется в конструкциях крышек многих двигателей и облегчает компоновку элементов привода клапанов.Крышки цилиндров современных СОД для повышения жесткости400Огневое днище охлаждается с помощью системы сверленых каналов.Как правило, крышки МОД с клапаннощелевой схемой газообменаимеют один выпускной клапан, размещенный в охлаждаемом корпусе.Конструкции крышек МОД изменялись в зависимости от степенифорсирования двигателя.
Так, надвигателях фирмы Бурмейстер иВайн с повышением ре исходнаяконструкция (рис. 9.55, а) была замененасоставнойкрышкой(рис. 9.55, б), а затем новой конструкцией крышки (рис. 9.55, в).Крышки цилиндров МОД имеют обычно круглую форму с достаточно большим числом крепежныхшпилек, равномерно расположенных по окружности. Размеры крышек с традиционным типом охлаждения в зависимости от диаметрацилиндра D приведены ниже.Наружный диаметр цилиндрической крышки Dк (диаметр окружности, вписанной в контур многограннойкрышки)Высота крышки двигателя НгТолщина огневой стенкиднища крышки tг:из чугунаиз сталиТолщина верхней горизонтальной стенки t'Толщина наружных стеноккрышки t'':из чугунаиз сталиМинимальное значениепрохода для охлаждающейводы между стенками d, мм(1,4–1,8)D(0,6–0,9)D(0,06–0,08)D(0,05–0,07)D(0,05–0,12)D(0,05–0,08)D(0,045–0,07)D8–15Головка цилиндра двигателя своздушным охлаждением являетсяодной из наиболее ответственныхдеталей, воспринимающих высокие тепловую и механическую нагрузки.
Неравномерное распределение температуры в отдельныхэлементах головки является причиной возникновения больших температурных напряжений и значительных деформаций. Поэтому основная задача при конструировании головки – организация эффективного охлаждения. При этом следует отметить, что на долю головокприходится 60–75 % всей оребренной поверхности двигателя, охлаждаемой воздухом.К конструкции головки двигателя с воздушным охлаждениемпредъявляют дополнительные требования, обусловленные спецификой воздушного охлаждения: соответствие площади поверхности охлаждающих ребер количеству отводимой теплоты при заданном расходе охлаждающего воздуха, обеспечение высоких аэродинамических качеств оребренных поверхностей.
Для выполнения этих и некоторых других общих требований,предъявляемых к головкам двигателей с любым охлаждением любого типа, зоны головки с высокой инизкой температурой соединяютэлементами достаточной площадипоперечного сечения, что позволяет получить хороший отвод теплоты. Поверхности, омываемые воздухом, выполняют обтекаемойформы и располагают в соответствии с направлением теплового ивоздушного потоков.
При этоммежреберныеканалыдолжныиметь достаточно большие площади проходных сечений при отсутствии резких поворотов и застойныхзон. Поток охлаждающего воздуханаправляют в первую очередь нафорсунку (свечу зажигания) и наиболее нагретые зоны головки – выпускной патрубок и межклапаннуюперемычку.401Рис. 9.56.
Головка цилиндров двигателей с воздушным охлаждением:а – D – 144 (4Ч 10,5/12); б – серия FL – 413402При одностороннем расположении патрубков (рис. 9.56) отсутствуют трубопроводы со сторонывхода охлаждающего воздуха, чтопри плотном прилегании стеноккожуха к краям головки приводит кснижению аэродинамических потерь в охлаждающем потоке. Площадь проходного сечения в центральной части головки с двумяклапанами на цилиндр сравнительно мала для охлаждающего воздуха.Увеличение площади этого сеченияобусловлено уменьшением ширины газовоздушных каналов, вследствие чего ухудшается наполнение.При разностороннем расположении патрубков облегчается компоновка впускного и выпускноготрубопроводов и получение рациональной формы сечения патрубков.Однако в этом случае сложнее выбрать место расположения форсунки, так как циркуляция воздуха взоне ее расположения затруднительна.
В головках с двумя клапанами направление движения охлаждающего воздуха перпендикулярно плоскости, проходящей черезоси клапанов, что обеспечивает хорошее охлаждение наиболее нагретой центральной зоны головки. Вряде конструкций направлениедвижения охлаждающего воздухасоставляет небольшой угол с плоскостью, проходящей через оси клапанов (рис. 9.57).Расположение охлаждающих ребер может быть горизонтальным,вертикальным и комбинированным. При вертикальном расположении охлаждающих ребер обеспечивается хорошее тепловое взаимодействие нижней и верхней частейголовки. Однако отливка в этомслучае оказывается более сложной,а разместить значительное числоохлаждающих ребер в наиболее нагретой центральной части головкитрудно даже при максимально возможном отдалении патрубков друготносительно друга.Горизонтальное расположениеребер обусловливает достаточныеплощади проходных сечений воздушных каналов между патрубкамипо всей высоте и хорошее соединение охлаждаемых элементов головки с ребрами, а также достаточнуюжесткость во всех плоскостях.
Однако для эффективного охлаждения зоны межклапанной перемычки также необходимо раздвинутьвнутренние стенки патрубков.При комбинированном расположении ребер предусматривают вертикальные ребра между патрубкамии горизонтальные по краям головки. В этом случае сочетаются преимущества обоих рассмотренныхспособов оребрения. Вертикальноеоребрение среднего туннеля, кудаподается большая часть охлаждающего воздуха, целесообразно в головках форсированных дизелей.Для более равномерного распределения температур охлаждающиеребра располагают эксцентричноотносительно оси цилиндра. Сопряжение ребер со стенками головкивыполняют плавным для улучшенияотвода теплоты и снижения местных напряжений. Для уменьшениятемпературных напряжений и коРис. 9.57.
Головка цилиндров с наклонным расположением охлаждающих ребер403робления днища головки ребраиногда разрезают. Наиболее целесообразным с учетом технологическихтребований являются треугольная итрапециевидная формы ребер.Высота ребер в наиболее нагретых местах головки может достигать50–60 мм. Дальнейшее увеличениевысоты существенно не улучшаеттеплоотвод.
Шаг ребер определяется степенью охлаждения и технологией изготовления. При переменном по высоте головки шаге меньшее значение последнего относитсяк нижней части головки. Однакочасто шаг делают одинаковым повысоте головки. Шаг для литых необработанных ребер составляет 6–7 мм при толщине ребра 2–2,5 мм.С увеличением литровой мощностидвигателей шаг следует уменьшать.В табл. 9.10 приведены ориентировочные размеры элементов ребер.В двигателях с воздушным охлаждением применяются как неразделенные, так и разделенные камерысгорания.
Для осуществления болееэффективного охлаждения головкицелесообразно применять неразделенные камеры. Использование дополнительной камеры больших размеров значительно усложняет конструкцию головки и затрудняет поступление воздуха в центральную наиболее нагретую зону. Для улучшенияотвода теплоты стенки головки, окружающие камеру, выполняют утолщенными, а камеру – из жаропрочной стали. В зависимости от способазакрепления головки цилиндров двигателей с воздушным охлаждениембывают накладными и навертываемыми.
Первые крепятся к картерудлинными или короткими шпильками к специальным приливам цилиндров. При этом шпильки следует равномерно располагать по контуру цилиндра. На двигателях с диаметромцилиндров 100–200 мм используютчетыре–шесть шпилек на один цилиндр. При большем диаметре цилиндра число шпилек увеличивают.Навертываемые головки авиационных двигателей с принудительнымвоспламенением изготовляли из стали и соединяли их с цилиндром с помощью резьбы с натягом. При навертывании головку предварительно разогревали до температуры 350–400 °С. Резьбовое соединение с натягом обеспечивало герметичность приработе двигателя.
Рассмотренное соединение является неразъемным.Высота накладной головки двигателя с воздушным охлаждениемсоставляет (1,25–1,80)D, а навертываемой головки (1,4–1,5)D. Высотаголовки дизелей с воздушным охлаждением равна (1,0–1,7)D.Материал крышек (головок) цилиндров должен иметь плотнуюструктуру, низкий коэффициент9.10. Размеры элементов ребер (мм)ГоловкаВысотаребра hТолщина ребраСрединнаяШагширинауоснованаконцеребра tщели ения d0d1Литая:из чугуна15–506–123–61,5–34–8из алюминиевогосплава15–703,5–102–51–23–6Обработанная резанием60–703,5–4212–2,5404линейного расширения, высокуютеплопроводность, прочность приповышенных температурах и хорошую жидкотекучесть.В качестве материалов для крышек (головок) применяются серыечугуны СЧ18 и СЧ20, легированныехромом до 0,4 %, никелем до 0,9 %,молибденом до 0,5 %, медью до 0,6 %и титаном до 0,1 %; высокопрочныйчугун; алюминиевые сплавы марокАЛ9 и АЛ30 с содержанием кремниядо 7–13 %; сплавы AlMg с содержанием магния до 5 % при содержаниикремния около 1 %.
Крышки цилиндров крупных судовых малооборотных двигателей изготавливают изразличных низколегированных сталей, например, 20ХМл, что обеспечивает работоспособность днища вусловиях высоких температур. Материал крышек цилиндров, кроме высоких прочностных характеристик вусловиях кратковременного статического нагружения, должен обладатьнеобходимым сопротивлением ползучести, а также сопротивлением механической и термической усталости.Поэтому при выборе материала крышек на его прочностные характеристики следует обращать особое внимание.
Зависимость модуля упругости Е чугунов от температуры Т °Споказана на рис. 9.58, а зависимостьсопротивления термической усталоРис. 9.58. Зависимость модуля упругости чугунов от температуры:1–3 – высокопрочных; 4 – серого легированногоРис. 9.59. Зависимость сопротивления термической усталости серого чугуна от циклов нагружения:1 – Тmax = 500 °С; –1 < sc/sp < –7; 2 – Тmax == 500 °С; –0,08 < sc/sp < –1сти чугуна 2sa при повышенной температуре от числа циклов нагруженияNp на рис. 9.59. Кратковременныепрочностные характеристики чугуновначинают резко снижаться при температуре свыше 450 °С, поэтому температура около 400 °С является предельной для крышек цилиндров сдлительным сроком службы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
