Какие способы усиления блок картера вы знаете
Картер, цилиндры, их головки и другие неподвижные (корпусные) детали, образующие остов двигателя, нагружаются силами давления газов и силами инерции от масс, совершающих возвратно-поступательное и вращательное движения, моментами от этих сил, испытывают упругие и тепловые воздействия. Поэтому корпусные детали и остов двигателя в целом должны обладать высокой прочностью и жесткостью.
Картер является главным из элементов остова (корпуса) двигателя. С внешней стороны к нему крепят цилиндры, а внутреннюю его полость занимает коленчатый вал с его опорами. В картере размещают также основные устройства механизма газораспределения, различные узлы системы смазки с ее сложной сетью каналов и чаще всего с емкостью для смазочного масла и другое вспомогательное оборудование. К одной из торцовых стенок картера в автомобильных двигателях крепят кожух маховика, к боковым – кронштейны или лапы для установки двигателя на подмоторную раму. В двухтактных двигателях с кривошипно-камерной продувкой цилиндров внутреннюю полость картера используют в качестве камеры для продувки цилиндров. Длина картера зависит от размера и числа цилиндров в ряду, а поперечное сечение его внутренней полости определяется в основном радиусом кривошипа и размерами шатуна.
В автомобильных двигателях с жидкостным охлаждением блок цилиндров обычно представляет собой единую отливку с верхней половиной картера и вместе они образуют блок-картер. Подобная монолитная отливка обладает большой жесткостью в плоскостях действия сил инерции, сил давления газов и их моментов. Высокая жесткость блок-картеров обеспечивает минимальные деформации в зонах коренных подшипников, гильз цилиндров и плоскости стыка с головкой цилиндров. Кроме того, в этом случае наружные стенки и внутренние перегородки могут быть сделаны более тонкими, что несколько снижает массу блок-картера и уменьшает расход металла.
В общем случае блок-картер представляет собой сложную пространственную конструкцию коробчатой формы (рис.1), которая воспринимает все силовые нагрузки, возникающие в процессе осуществления рабочего цикла, действующие на остов двигателя.
Блок-картер отливают из легированного чугуна или из алюминиевого сплава с хорошими литейными свойствами. Алюминиевые блоки подвергают искусственному старению для снятия внутренних напряжений в отливке. При переходе от чугунных отливок к алюминиевым значительно (до 60%) может быть снижена масса двигателя. Недостатками применения алюминиевых отливок для блок-картера являются большие температурные деформации, приводящие к изменению геометрической формы опорных поверхностей, и более низкая механическая прочность.
Картеры поршневых двигателей автомобилей делают разъемными и неразъемными. Наибольшее распространение получили разъемные картеры с горизонтальной плоскостью
разъема, параллельной оси коленчатого вала (рис. 2).
Блок-картер горизонтальной перегородкой разделен на две части. В нижней части (рис.3,б) в вертикальных перегородках расположены опоры коленчатого вала, в верхней (рис.3,а) – гильзы цилиндров.
Блок-картер может быть отлит вместе с цилиндрами (рис.4,а) либо иметь вставные сменные гильзы (рис,4,б).
Рисунок 4 – Схемы цилиндров двигателя
При применении сменных гильз упрощается изготовление блок-картера, появляется возможность применения для гильз более износостойких материалов, снижаются трудоемкость и затраты при ремонте двигателя, так как в этом случае при выходе из строя одного цилиндра нет необходимости подвергать ремонту весь блок.
В результате непосредственного контакта внешней поверхности гильзы с охлаждающей жидкостью улучшается теплоотвод, стабилизируется температурный режим поршня и цилиндра, снижается тепловая напряженность и повышается долговечность сопряжения.
В V -образных двигателях, вследствие крепления на одной шатунной шейке двух шатунов, цилиндры правого и левого рядов (по ходу автомобиля) смещены. К примеру, у двигателей ЗМЗ-53-11 левый ряд смещен вперед на 24 мм, у двигателя ЗИЛ-508.10 – на 29 мм, у двигателей КамАЗ-740.10 – на 29,5 мм.
Коренные опоры коленчатого вала являются одними из наиболее нагруженных элементов двигателя. Для обеспечения гарантированного жидкостного трения в подшипниках коленчатого вала важно ограничить деформации элементов данного узла, а также обеспечить соосность опор вдоль двигателя.
При разъемных коренных подшипниках верхняя опорная часть их расположена в перегородке картера, а нижняя выполнена в виде крышки и фиксируется болтами или шпильками. Для уменьшения момента, изгибающего крышку, расстояние от оси шпилек до оси коленчатого вала принимается минимально возможным. Посадка крышки по торцовым плоскостям, выфрезерованным в приливах картера, обеспечивает большую жесткость всему узлу подшипника (рис.5,а). Для повышения прочности и жесткости соединения в некоторых случаях применяют горизонтальные стяжные болты (шпильки), связывающие крышки со стенками картера в единое целое (рис.5,б). От возможных боковых смещений крышки фиксируют в ряде случаев специальными установочным штифтами (рис.5,в) или втулками (рис.5,г).
Рисунок 5 – Крепление крышек коренных подшипников коленчатого вала с использованием фиксирующих элементов:
а – выступов; б – поверхностей и стяжных шпилек; в – штифтов; г – втулок;
1 – основная силовая шпилька; 2 – фиксирующие выступы крышки; 3 – стяжная сквозная шпилька; 4 – фиксирующая поверхность; 5 – стяжной болт; 6 – штифт; 7 — втулка
Болты и гайки крепления крышек коренных подшипников затягивают динамометрическим ключом определенным усилием, а затем крышку совместно с блок-картером протачивают и обрабатывают. Поэтому крышки коренных подшипников не взаимозаменяемы, фиксируются с определенным усилием и только в одном положении. При необходимости их снабжают метками (нумеруют).
Для уменьшения температурных деформаций коренных опор блока из алюминиевого сплава крышки коренных подшипников изготовляют из ковкого чугуна, по обе стороны от гнезда вкладыша имеются шипы, плотно входящие при сборке в соответствующие пазы блока. В результате низкого коэффициента линейного расширения чугунной крышки и жесткой связи ее с блоком температурные изменения диаметра под вкладыши снижаются примерно в 1,5 раза.
Для придания большей жесткости блоку плоскость разъема между блоком и поддоном смещают вниз от оси коленчатого вала (у двигателя КамАЗ-740.10 на 102 мм, у двигателя ЗМЗ-53-11 на 75 мм).
С целью повышения жесткости применяют также неразъемные (цельные) коренные опоры, как например, в двигателе автомобиля ЗАЗ-968М «Запорожец» (рис. 6).
Картеры с неразъемными коренными опорами называют туннельными. Гнезда под коренные опоры в торцовых стенках и поперечных перегородках делают так, чтобы коленчатый вал, предварительно собранный с коренными подшипниками качения, свободно устанавливался в эти гнезда через отверстие в одной из его торцовых стенок.
Рисунок 6 – Туннельный блок-картер
Картеры туннельного типа характерны для автомобильных двигателей воздушного охлаждения. При жидкостном охлаждении туннельные картеры иногда отливают вместе с блоком цилиндра и получают конструкцию повышенной жесткости.
Источник
Уравновешивание двигателей
Повышение жесткость корпуса двигателя
Повысить жесткость корпуса двигателя (без существенного увеличения их металлоемкости) позволяют следующие мероприятия:
выполнение корпуса двигателя в виде блок-картера, что обеспечивает не только высокую жесткость корпуса, но и снижает его массу благодаря уменьшению количества элементов конструкции;
использование полноопорных коленчатых валов, что повышает жесткость конструкции из-за большего количества перегородок (рис. 10.2, а);
оребрение перегородок коренных опор, а также усиление боковых стенок системой ребер (рис. 10.2, б);
выполнение плоскости крепления нижней половины картера ниже плоскости разъема коренных опор, вследствие чего силы и моменты, передаваемые на корпусные элементы, воспринимаются большим объемом металла (рис. 10.2, в);
использование туннельного картера, не имеющего разъема по коренным опорам (рис. 10.2, г);
введение специальной горизонтальной плиты в виде рамы или детали коробчатой формы, связывающей между собой крышки коренных опор (рис. 10.2, д).
Цилиндры двигателя могут быть выполнены совместно с элементами водяной рубашки блока или изготовляться как отдельные детали — гильзы. Применение негильзованного блока цилиндров обеспечивает высокую прочность и жесткость блок-картера. Такая конструкция имеет меньшие габариты и массу, требует относительно небольшой механической обработки. Однако при этом технологически сложно получить качественную отливку со стабильными геометрическими параметрами. Кроме того, при выходе из строя одного из цилиндров требуется замена всего блока.
Блоки цилиндров с мокрыми вставными и сухими гильзами в большей или меньшей степени лишены указанных недостатков. При этом упрощается технология отливки блок-картеров (для них можно использовать менее дорогостоящие материалы и только для гильз — более качественные), уменьшается неравномерность на-
грева, а следовательно, и термическое коробление гильз и блоков, уменьшаются затраты на ремонт.
Сухие гильзы изготовляют двух видов: с верхним опорным буртом и без него (рис. 10.3, б, а). Толщина стенок таких гильз цилиндров составляет 2. 4 мм. Гильзы второго типа запрессовывают в блок с некоторым натягом для фиксации их перед окончательной обработкой после установки в блок и при работе двигателя. Сухие гильзы также могут выполняться в виде вставки в верхней зоне цилиндра, подверженной наибольшему износу. Для повышения износостойкости сухие гильзы изготовляют из кислотоупорного высоколегированного чугуна аустенитной структуры.
Особое внимание при монтаже сухих гильз уделяют обеспечению хорошего контакта с блоком. В противном случае ухудшаются условия отвода теплоты от гильзы в охлаждающую жидкость, что вызывает нежелательную дополнительную деформацию гильзы в цилиндре.
Мокрая вставная гильза имеет фланец в верхней, средней или нижней части гильзы, опирающийся на кольцевой прилив блока (рис. 10.3, в, г, д). Жесткость фланца должна быть достаточной для обеспечения допустимой деформации гильзы при затяжке силовых болтов (шпилек).
Более низкое расположение опорного фланца способствует улучшению охлаждения наиболее термически нагруженных верхней части гильзы и поршневых колец. Это уменьшает термические деформации верхнего пояса гильзы, что позволяет снизить износ и исключить задиры поверхностей трения элементов цилиндро-поршневой группы, а также уменьшить расход масла.
Для сохранения геометрической формы во время работы гильзу фиксируют в двух опорных направляющих поясах, расположенных в верхней и нижней ее частях.
Источник
НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО БЛОК-КАРТЕРА
Картер является главным из элементов остова (корпуса) двигателя. С внешней стороны к нему крепят цилиндры, а внутреннюю его полость занимает коленчатый вал с его опорами. В картере размещают также основные устройства механизма газораспределения, различные узлы системы смазки с ее сложной сетью каналов и чаще всего с емкостью для смазочного масла и другое вспомогательное оборудование. К одной из торцовых стенок картера в автомобильных двигателях крепят кожух маховика, к боковым – кронштейны или лапы для установки двигателя на подмоторную раму.
Блок-картер при работе двигателя воспринимает большие нагрузки от сил давления газов и сил инерции движущихся масс, поэтому он должен обладать повышенной жесткостью и малой массой. Жесткость блок-картера повышают путем постановки перегородок и оребрения внутренней поверхности и понижения плоскости крепления поддона картера относительно оси коленчатого вала.
Блок-картер представляет собой отлитую из серого чугуна жесткую монолитную коробку, к которой крепят и в которой размещены различные механизмы, агрегаты и отдельные детали. Верхняя часть отливки является блоком цилиндров, а нижняя — картером. К верхней обработанной плоскости блок-картера на шпильках крепят головку цилиндров, к обработанной части передней торцовой плоскости блок-картера — крышку распределительных шестерен, а к задней — картер маховика. В стенках блок-картера расположены каналы для подвода масла к трущимся поверхностям деталей и отверстия для установки подшипников распределительного вала. На наружных поверхностях стенок блок-картера имеются обработанные площадки для крепления различных механизмов и агрегатов.
В общем случае блок-картер представляет собой сложную пространственную конструкцию коробчатой формы, которая воспринимает все силовые нагрузки, возникающие в процессе осуществления рабочего цикла, действующие на остов двигателя.
Вид блока-картера зависит от двигателя (число цилиндров и их расположения) (рис.1):
К обработанным плоскостям блок-картера крепят составные детали остова двигателя (рис.2): сверху — головки цилиндров, сзади — картер маховика 13, впереди — картер распределительных шестерен 7, снизу — поддон картера 11:
Рис. 2- Блок-картер с составными деталями остова двигателя
В верхней части блок-картера предусмотрены вертикальные расточки цилиндров, в которые вставляют гильзы цилиндров. Пространство между внутренними стенками блок-картера и наружной поверхностью цилиндра (гильзы) называют водяной рубашкой, оно заполнено охлаждающей жидкостью. Водяная рубашка блок-картера соединена с водяной рубашкой головки цилиндра посредством водопропускных отверстий. Нижняя часть блок-картера имеет поперечные перегородки, количество которых равно числу коренных опор коленчатого вала. В каждой перегородке расположены гнезда коренных подшипников коленчатого вала. К нижней обработанной плоскости крепят поддон картера. Материалом для изготовления блок-картеров служат серый и легированный чугуны и алюминиевые сплавы. Блок-картеры двигателей могут быть гильзованными и негильзованными.
Источник
