Остов двигуна - студопедія

Елементи остова при роботі двигуна навантажені силами тиску газів і силами інерції рухомих частин. Внаслідок цього елементи кістяка повинні бути пов'язані між собою в загальну жорстку систему, щоб уникнути неприпустимих деформацій окремих ланок.

Конструктивне оформлення остова залежить від загального компонування двигуна і його призначення. Розміри внутрішніх порожнин визначаються в основному розмірами і траєкторією руху деталей кривошипно-шатунного механізму. Зовнішнє обрис і число нерухомих елементів кістяка залежать від числа циліндрів і їх розташування, від схеми механізму газорозподілу, положення розподільного вала, умов монтажу, обслуговування і т. П.

Конструкція остова, крім забезпечення необхідної поздовжньої і поперечної жорсткості при раціональній силовій схемі і зовнішньої архітектурній формі, повинна бути досить простою, зручною у виготовленні і мати малу масу (маса металу, що витрачається на виготовлення остова, становить до 70% загальної маси тихохідного двигуна і до 30% швидкохідного).

Остов сучасних двигунів будують з різних силових схем. Під силовою схемою розуміється схема передачі основних сил окремими елементами двигуна, а також двигуном і його опорами під час роботи.

На рис. 1.3 зображений розріз V-образного дизеля, виконаного за схемою з несучими (силовими) шпильками. Така силова схема застосовується в двигунах різних класів, наприклад, автомобільних, тепловозних і суднових. При цьому число площин роз'єму між деталями корпусу може бути різним.

Мал. 1.3. Остов V-образного дизеля з несучими шпильками

Наявність великої кількості горизонтальних площин роз'єму спрощує виготовлення великих елементів корпусу, полегшує монтаж і обслуговування, але знижує його загальну жорсткість. Тому в двигунах роз'єм між циліндрами і картером зазвичай не роблять. Циліндри і картер в цьому випадку виготовляють у вигляді загальної відливки, званої блок-картером. Двигун при такій компоновці може мати роз'ємний або нероз'ємний блок-картер.

У двигунах без горизонтальних площин роз'єму в картері колінчастий вал часто встановлюють на підшипниках кочення і монтують в осьовому напрямку через отвори, розточують в стінках картера. Нероз'ємний картер з торцевими отворами називають картером тунельного типу (рис. 1.4).

В автомобільних і тракторних двигунах, а також частково в швидкохідних суднових і стаціонарних двигунах зазвичай застосовують блок-картер з підвішуванням колінчастого вала до картера. На рис. 1.5 показаний блок-картер швидкохідного транспортного двигуна, в якому циліндри і картер відлиті у вигляді загального блоку з підвішуванням колінчастого вала.

Горизонтальну площину роз'єму розташовують по осі колінчастого вала або нижче її. У поперечних перегородках картера є гнізда для підшипників. Колінчастий вал підвішується знизу і підтримується масивними кришками підшипників, (підвісками). Окремою фундаментної рами в таких конструкціях немає; замість неї знизу встановлюється легкий піддон, що не сприймає навантажень від сил, що діють при роботі двигуна.

За конструкцією корінні підшипники діляться на підшипники ковзання і кочення. У поршневих двигунах внутрішнього згоряння, за винятком мотоциклетних, деяких автомобільних, а також ряду двигунів спеціального призначення, застосовуються підшипники ковзання.

Конструкції підшипників ковзання двигунів є циліндричний вкладиш, що складається з двох половин.

Мал. 1.4. Картер тунельного типу

Мал. 1.5. Картер з підвішуванням колінчастого вала

Вкладиші виготовляють з чавуну, сталі або бронзи, робочу поверхню, дотичну з шийками вала, покривають шаром антифрикційного сплаву. Залежно від співвідношення довжини вкладиша і його товщини розрізняють товсто- і тонкостінні вкладиші. Останні роблять тільки зі сталі і заливають шаром свинцювата бронзи товщиною 0.3-0.7 мм, що допускає високі питомі навантаження на підшипники і високу температуру поверхонь. Широке поширення отримали також сталеалюмініевие вкладиші (рис. 1.6). Від осьового і поздовжнього переміщень вкладиші фіксуються штифтами або виступами, відбортований на вкладишах і входять до відповідних пази, вифрезерувана в гнізді рами і кришці підшипника.

Мал. 1.6. сталеалюмініевие вкладиші

Підшипник закривається кришкою. У підвісних підшипниках кришки (підвіски) роблять більш масивними. Підвіски виготовляють литими або кованими і кріплять їх до картера за допомогою шпильок або болтів. Один з корінних підшипників, зазвичай розташований ближче до маховика, роблять наполегливою. Він обмежує осьові переміщення колінчастого вала. Для сприйняття осьових сил вкладиш упорного підшипника постачають заплечиками, залитими антифрикційним сплавом, або встановлюють наполегливі шайби в гніздах перегородки картера і в підвісці підшипника.

До числа найбільш відповідальних елементів кістяка відносяться циліндри. Внутрішня частина циліндра, обмежена з одного боку головкою (кришкою) циліндра, а з іншого - днищем поршня, утворює камеру згоряння. Стінки циліндра служать напрямними для поршня при його зворотно-поступальному русі, тому внутрішня поверхня циліндра, так зване дзеркало циліндра, ретельно обробляється.

Під час роботи двигуна стінки циліндра знаходяться під впливом тиску газів, а також бічних сил тертя, що виникають при русі поршня. Внаслідок цього циліндри повинні бути досить міцними і жорсткими, щоб протистояти діючим силам, а внутрішня поверхня повинна мати гарну зносостійкість.

Циліндри нагріваються гарячими газами, а також в результаті тертя поршня і поршневих кілець об стінки. Щоб температура стінок циліндра і температурне напруження в них були в допустимих межах, застосовується охолодження циліндрів, яке може бути повітряним або рідинним. Особливо інтенсивне охолодження потрібно для найбільш нагрівається частини циліндра - камери згоряння.

Повітряне охолодження застосовується переважно на авіаційних і мотоциклетних двигунах, а іноді також на двигунах для легкових автомобілів і тракторів. Циліндри з повітряним охолодженням виготовляються окремо один від іншого і відокремленими від картера. Для збільшення поверхні охолодження стінки циліндра забезпечуються ребрами. Циліндри можуть бути виготовлені: суцільносталевого з механічно обробленими ребрами, чавунними з відлитими ребрами, складовими - зі сталевої гільзи з напрессованной алюмінієвої оребренной муфтою або з розвальцьованої біля основи алюмінієвими напівкільцевих ребрами. У верхній найбільш нагрітої частини циліндра ребра роблять великої висоти. Ребра на поверхні циліндра розташовують відповідно до напряму повітряного потоку, що омиває циліндр. Слід зазначити, що, крім охолодження, ребра служать також для підвищення жорсткості циліндра.

Циліндри двигунів з повітряним охолодженням можуть являти собою моноблок або бути складовими. Циліндр, зображений на рис. 1.7, виготовлений у вигляді загальної відливки, що складається з власне циліндра 1. головки 2, впускного і випускного патрубків і охолоджувальних ребер. У нижній частині циліндр має фланець з отворами для кріплення болтами до картера.

Мал. 1.7. Циліндр двигуна з повітряним охолодженням

При рідинному охолодженні, що застосовується в більшості двигунів різного призначення, навколо циліндрів створюється порожнину охолодження. У багатоциліндрових двигунах циліндри зазвичай виконують у вигляді загальної відливки, т. Е. У вигляді блоку циліндрів, що підвищує жорсткість корпусу і зменшує його розміри і масу. Блоки циліндрів відливають з сірого чавуну або алюмінієвого сплаву. Чавунні блоки мають високу міцність і мають порівняно низьку ціну. Блоки з алюмінієвого сплаву легко обробляються, мають невелику масу, але вартість їх перевищує номінальну вартість чавунних.

Робочою поверхнею циліндра в чавунних блоках може служити оброблена поверхня самого блоку або поверхню спеціальної вставною гільзи. Застосування вставних гільз дозволяє збільшити термін служби блоку циліндрів шляхом заміни зношених гільз, а також виготовленням гільз з високоякісного зносостійкого чавуну або сталі. Якщо вставлена ​​в циліндр гільза не стикається з охолоджувальною рідиною, то її називають сухий гільзою (рис. 1.8.а). Сухі гільзи встановлюються переважно в двигунах з діаметром циліндра до 200 мм.

Мал. 1.8. Установка гільз циліндрів

Крім сухих гільз, в циліндрах двигунів з рідинним охолодженням застосовуються мокрі гільзи. У цьому випадку зовнішня поверхня гільзи омивається охолоджувальною рідиною. Мокрі гільзи (рис. 1.8б) встановлюють зверху в блок циліндрів.

Центрування гільзи в отворі блоку досягається за допомогою верхнього та нижнього циліндричних поясів. Опори гільзи можуть бути на різній висоті, необхідно лише забезпечити можливість її вільного подовження при нагріванні. У середній частині циліндра між гільзою і блоком утворюється простір - порожнина охолодження. по якому циркулює охолоджуюча рідина. Для запобігання витоку води в картер нижній пояс гільзи ущільнюють гумовими кільцями.

Мокрі гільзи частіше застосовуються в двигунах, ніж сухі, завдяки кращій тепловіддачі охолоджуючої рідини. До недоліків мокрих гільз слід віднести зменшення загальної жорсткості та міцності блоку циліндрів і необхідність установки ущільнень.

Головку (кришку) циліндрів у вигляді загальної деталі на кілька циліндрів виконують, як правило, в автомобільних, тракторних та деяких інших двигунах. У тепловозних і суднових двигунах на кожен циліндр встановлюють окрему кришку; такі головки застосовуються і в автомобільних двигунах, а також в тракторних з повітряним охолодженням.

Під час роботи двигуна головка навантажується силами тиску газу і попереднього затягування кріпильних шпильок або болтів. У стінках головки виникають також температурні напруги. Конструкція і форма головки багато в чому залежать від способу охолодження, розташування клапанів, форми камери згоряння, форсунок і свічок запалювання.

Головки циліндрів здебільшого роблять відокремленими, що полегшує їх виготовлення і обслуговування двигунів. На рис. 1.9 показана головка циліндрів чотиритактного дизеля. Охолоджуюча вода підводиться в порожнину головки з порожнини охолодження циліндра через перепускні вікна, а відводиться з найбільш високою точки головки, щоб уникнути утворення пароповітряних пробок.

Мал. 1.9. Головка циліндрів чотиритактного дизеля

Головки циліндрів відливають із чавуну або алюмінієвого сплаву, рідше - зі сталі. У суднових і стаціонарних двигунах для виготовлення кришок циліндрів застосовується сірий чавун, в двигунах підвищеної потужності - легований чавун, іноді їх роблять литими зі сталі або складовими: сталева кована нижня стінка (днище) і лита чавунна верхня частина.

До циліндру головки кріпляться шпильками, болтами або анкерними зв'язками, що проходять через остов двигуна. Стик між головкою і циліндрами щоб уникнути прориву газу ущільнюється прокладками, виготовленими з червоної міді, сталевого листа, мідно-азбестового матеріалу або алюмінієвого сплаву. Іноді ущільнення стику досягається не за допомогою прокладок, а за рахунок того, що зім'яло виступає паска.