Метод_практ_СДВЗ

высотой около 0,3—0,5 мм увеличивают удельное давление на стенку, что способствует быстрейшей приработке колец; особое значение это имеет при азотированных втулках, которые медленно прирабатываются.

Клинообразные кольца (з) имеют боковую составляющую от давления газов, а также более острую выходную кромку, способствующую удалению масла со втулки. Кольца этого типа благодаря переменной величине зазора менее склонны к пригоранию и получили значительное распространение в дизелях форсированного типа.

Скручивающие кольца (в, г), имеющие несимметричное сечение из-за фаски или выточки на внутренней стороне кольца, при сжатии вследствие косого изгиба несколько скручиваются и приобретают конусную форму, аналогичную рисункам д, е. Кольца этой конструкции широко применяются в двигателях автотракторного типа.

Для лучшей приработки колец и уменьшения износа на рабочей поверхности колец иногда делают пояски, в которые ввальцованы ленты из антифрикционных сплавов; мелкие облуженные канавки и др.; чаще всего, однако, применяют пористое хромирование первых двух колец.

Наиболее распространенные формы замков поршневых колец приведены на рис. 24. Чаще всего применяют прямой разрез (а) или косой разрез под 45° (б) как наиболее простые и прочные. Замки «внахлест» (в) имеют несколько повышенную уплотняющую способность (по сравнению с косыми), однако менее прочны и применяются в основном у малооборотных дизелей (при достаточной высоте колец).

Рис. 24. Формы замков уплотнительных колец:

а — прямые; б — косые; в — внахлест; г — замкнутый внахлест (типа Б. и В.).

Наружные кромки у уплотнительных колец должны быть закруглены; у внутренних кромок должны быть сняты фаски для обеспечения зазора в углах канавок.

61

Для повышения уплотняющего действия колец можно применять составные поршневые кольца различного сечения, состоящие, например (рис. 25) из двух колец, соединяемых в одно целое посредством эксцентричнорасточенного кругового выступа и соответствующей канавки (кольца «дуплекс»), или состоящие также из двух полуколец, из которых одно имеет прямоугольное, а другое Г- образное сечение.

Замки полуколец в обоих случаях должны быть смещены друг относительно друга на 180°. Составные кольца чаще всего ставят в

верхних двух канавках. Рис. 25. Составные поршневые кольца.

Опорная часть канавок поршневых колец в эксплуатации постепенно «разбивается» и изнашивается; это приводит к необходимости проточки канавок и, следовательно, к постановке новых колец повышенной высоты. Для устранения этого дефекта рекомендуется устанавливать в канавках «противоизносные» кольца, изготовленные из чугуна повышенной твердости (рис. 26) и позволяющие обойтись без проточки канавок, а при замене использовать стандартные поршневые кольца с нормальной высотой. Противоизносные кольца могут либо «прихватываться» к головке (рис. 26, а) либо плотно устанавливаться в головке поршня благодаря натягу, создаваемому выступающим гребнем канавки (26, б, в).

Рис. 26. Противоизносные кольца:

а - «прихваченные» к головке; б и в - Т-образной формы, установленные в круговой канавке.

Как показывают исследования, вследствие расширения головки поршня при нагреве верхние кольца сильно деформируются, что вызывает появление высоких контактных давлений (до 500 кГ/см2 в первом кольце), а также повышение (в 2-3 раза) изгибающих и скручивающих напряжений в кольце. На рис. 27 показано примерное распределение удельных давлений на поверхности контакта между кольцом и втулкой при: а) идеальных условиях; бив) положении изношенного кольца у в. м. т. и у н. м. т.

62

Рис. 27. Примерное распределение удельных давлений на поверхности контакта между поршневым кольцом и втулкой:

а — при идеальных условиях; б и в — при положении кольца у в. м. т. и у н. м. т. (у изношенного кольца).

В связи с этим рекомендуется: конструировать головку таким образом, чтобы по возможности не было деформации канавок по отношению к оси цилиндра (см. рис. 16); осевые зазоры верхних двух колец должны быть увеличены по сравнению с нижними, например для мощных дизелей с 0,2—0,22 до 0,25—0,38 мм, т. е. в 1,5—1,8 раза; тщательно следить за износостойкостью опорных поверхностей канавок и др.

Конструкции маслосъемных колец, как и уплотнительных, весьма разнообразны (рис. 28). Для удаления излишков масла с зеркала цилиндра кольца имеют «скосы» на поверхности прилегания (а, б) либо ординарные (в) или двойные (г) режущие кромки. Масло, скопляющееся под кольцом, удаляется через сверление в самом кольце (д), либо через «башмаки» (прорези) под кольцом (в, г) либо, наконец, через сверление под кольцом (а, б).

Рис. 28. Схемы конструкций маслосъемных колец.

Для улучшения прилегания колец к зеркалу цилиндра иногда применяют «расширители», т. е. круговые пружины плоского сечения, прижимающие кольца изнутри к зеркалу цилиндра (рис. 29). Применение расширителей удлиняет срок службы колец при износе цилиндра и снижает расходы масла.

63

Рис. 29.

Конструкции

расширителей (пружины плоского сечения).

Шатунный механизм служит для передачи усилия от давления газов на поршень Р на шейку коленчатого вала. Шатунная группа тронковых дизелей состоит из следующих основных элементов: поршневой (верхней) головки, стержня шатуна, кривошипной (нижней) головки, вкладышей головок и шатунных болтов (рис. 1).

Основными техническими требованиями ко всей шатунной группе является обеспечение:

а) необходимых прочности и надежности элементов шатуна при надлежащем качестве выбранных материалов;

б) высокой износостойкости и работоспособности подшипников. Выбор конструктивных форм шатунов

тронковых дизелей зависит от типа двигателя, его быстроходности, тактности, удельного веса, применяемых материалов и ряда

других факторов.

У шатунов тронковых двигателей поршневая головка составляет одно целое со стержнем; кривошипная головка делается разъемной из двух половин (см. рис. 1) либо верхняя половина отковывается заодно со стержнем, тогда как нижняя является отъемной. Поршневые головки, как правило, снабжаются втулками, а кривошипная головка может иметь непосредственную заливку рабочей поверхности антифрикционным сплавом либо разрезные вкладыши.

В V-образных двигателях применяют три основных типа конструкции шатунов: а) с центральным расположением шатунов; б) с прицепным шатуном; в) с двумя одинаковыми кривошипными головками, расположенными рядом на одной и той же шейке.

Стержень шатуна. Длину стержня шатуна L определяют исходя из отношения λ=R/L радиуса кривошипа R к длине L шатуна (между осями верхней и нижней головок). Это отношение составляет у судовых дизелей:

Уменьшение λ снижает величину нормального давления поршня рн на стенку цилиндра, однако увеличивает L и, следовательно, высоту двигателя. С увеличением λ растут силы инерции II порядка и возрастает угол размаха шатуна, что требует сокращения длины цилиндровой втулки.Укрейцкопфных дизелей, в связи с разгрузкой поршня от нормальных давлений, значения λ выбирают в пределах от 1/4,5 до 1/3,5.

Выбор сечения стержня шатуна зависит в основном от назначения дизеля и технологии изготовления шатуна (рис. 2). У малооборотных дизелей стержни выполняют круглого сечения сплошного или с отверстием для облегчения веса или подвода смазки. У многооборотных — применяют сечения двутавровые, трубчатые и Н-образные. Основное преимущество круглого сечения — простота и дешевизна изготовления. Во избежание возникновения концентрациии напряжений переходы от стержня к головкам должны быть возможно плавными. В крупных дизелях для удешевления обработки диаметр стержня делается одинаковым по всей длине (например, на рис. 1). Диаметр внутреннего сверления в стержне зависит от назначения канала (смазка головного подшипника или охлаждение поршня); по технологическим соображениям d0 не должно быть меньше 15—20 мм. Ориентировочные размеры шатуна круглого сечения составляют у дизелей:

меньшем весе и дают возможность получить плавные переходы от стержня к головкам.

В дизелях с D <300 мм шатуны с двутавровым сечением изготовляют горячей штамповкой; в более крупных - фрезеровкой, что увеличивает стоимость их изготовления. Целесообразно полки двутаврового сечения постепенно увеличивать от верхней к нижней головке, чтобы обеспечить плавные переходы к головкам.

Шатуны форсированных легких двигателей полностью обрабатывают, полируют и упрочняют. У многооборотных дизелей иногда вместо двутаврового применяются Н-образное и трубчатое сечения; в последнем

65

случае внутренний диаметр стержня трубчатого типа

d0 = (0,70÷0,75) dcт.

Поршневая головка дизелей тронкового типа отковывается заодно со стержнем и, следовательно, является неразъемной. Внешние размеры головки определяются в основном размерами поршневого пальца и возможностью

части головки (в, г). Все указанные конструкции имеют целью получить по возможности прочную и жесткую форму головки, обеспечивающую надежную работу подшипника и равномерное распределение напряжений в головке,

Рис. 4. Конструктивные выполнения верхней головки шатуна.

66

Вкладыши, запресованные в головку, изготовляют цельными или разрезными. Должна быть предусмотрена фиксация вкладыша от проворачивания и продольного смещения; фиксирующий штифт не следует устанавливать в месте пики напряжений (например у перехода головки в стержень); между торцовыми поверхностями вкладыша и торцами гнезд поршня должен быть предусмотрен необходимый зазор на осевое расширение вкладыша от нагрева. Смазочное масло подводится к кольцевому каналу во вкладыше, откуда распределяется: по длине вкладыша через холодильники (4-тактные дизели); по дополнительным канавкам на нижней половине вкладыша (у 2-тактных дизелей, не имеющих перекладывания нагрузки в в. м. т.); наконец, по спиральным канавкам, расположенным по всей поверхности вкладыша.

С целью снижения удельных давлений на головной подшипник применяют ряд специальных конструкций (рис. 5), имеющих увеличенные опорные поверхности у вкладышей.

Вкладыши по мере их износа перезаливают или заменяют новыми.

Рис. 5. Головки шатунов с развитой опорной поверхностью.

При конструировании кривошипной головки следует учитывать следующие основные требования, а именно, головка должна иметь: а) возможно большую жесткость, чтобы обеспечить надежную работу шатунных подшипников;б) минимальные габаритные размеры, позволяющие удобный в судовых условиях демонтаж поршня вместе с шатуном через цилиндр двигателя; в) плавные переходы к стержню и в других сечениях во избежание возникновения повышенной концентрации напряжений; г) надежное болтовое соединение нижней крышки головки с верхней (см. шатунные болты).

Конфигурация кривошипных головок весьма разнообразна и зависит в основном от типа двигателя. В малооборотных судовых двигателях чаще всего применяют отъемную головку (см., например, рис. 1), состоящую из двух половин — верхней

67

Рис. 6. Конструкция нижней отъемной головки шатуна.

и нижней (крышки). Для регулировки степени сжатия между подошвой стержня и верхней половиной головки помещают так называемую

компрессионную прокладку толщиной 5-20 мм.

В стыке между обеими половинками головки помещают набор латунных калиброванных прокладок, либо одну прокладку, позволяющих регулировать зазор в подшипнике (рис. 6).

Для обеспечения соосности стержня шатуна и кривошипной головки последнюю снабжают центрирующей вставкой. Шатунные болты (в крупных дизелях) снабжают гайками с нониусными делениями, позволяющими при монтаже устанавливать одинаковый затяг болтов. Корпус головки заливают непосредственно баббитом (см. рис. 1), либо вставляют особые вкладыши (рис. 6). Для смазки подшипника ограничиваются холодильниками и кольцевым (или наклонным) каналом для подвода масла. Крышка головки для ужесточения должна быть снабжена ребрами или выступами.

У многооборотных двигателей в целях снижения веса и габаритов головки верхнюю часть последней отковывают заодно со стержнем (рис. 7). В этом случае необходимая высота камеры сгорания должна быть обеспечена соответствующими допусками на изготовление деталей «движения». В указанной конструкции антифрикционный сплав заливают либо в корпус головки, либо во вкладыши; иногда ограничиваются установкой одного (верхнего) полувкладыша. Помимо указанных, в рядных дизелях иногда применяют головки с косым разъемом (рис. 8, а), плоскость которого

68

располагается под углом ф = 30, 45 и 60° к оси стержня. При этой конструкции уменьшается усилие на шатунные болты, а также становится возможным выем поршневой группы вместе с шатуном через цилиндр при увеличенном диаметре шатунной шейки (до 0,8D и более). Последняя цель достигается и у дизеля Д70 за счет выполнения стержня шатуна отъемным, причем крепление его к головке осуществляется шпильками

(рис. 8, б).

Рис.7. Шатун многооборотного дизеля

Рис. 8. Специальные конструкции нижней головки шатуна:

а - косой разъем головки; б - разъемная верхняя половина головки

69

Ниже приведены конструкции кривошипных головок для V-образных

(рис. 9) и звездообразных (рис. 10) дизелей.

Рис. 9. Шатун V-образного дизеля М601:

1 — главный шатун; 2 — прицепной шатун; 3 — палец; 4 — проушины (две); 5

— крышка; 6 — конический штифт.

Рис. 10. Нижняя головка звездообразного дизеля.

70