Назовите способы увеличения жесткости блока цилиндров блок картера
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
Назовите способы увеличения жесткости блока цилиндров блок картера
Конструкция БЛОК-КАРТЕРа
Конструкция блок-картера должна быть технологичной, обладать необходимой прочностью и жесткостью, хорошо отводить теплоту, быть удобной для монтажа, осмотра и регулировки расположенных на двигателе и внутри него механизмов. Кроме того, блок-картер должен иметь минимальные габаритные размеры и массу.
В том случае, когда блок цилиндров отливается вместе с верхней частью картера, возрастает жесткость отливки в плоскостях действия суммарных сил и моментов. Такая отливка полностью отвечает изложенным выше требованиям, отличается компактностью и требует значительно меньше механической обработки.
В двигателях с жидкостным охлаждением цилиндры отливаются в виде одного блока вместе с верхней частью картера. При отливке блоков и верхней части картера отдельно, первые крепятся к картеру болтами или шпильками.
Жесткость блок-картера можно увеличить следующими способами: 1) более низким расположением плоскости крепления нижней части картера (поддона) относительно оси коленчатого вала (двигатель ЗИЛ-130); 2) применением полноопорных коленчатых валов (двигатель ГАЗ-21); 3) созданием в отливке перегородок, оребрением наружных стенок, утолщением мест сверления масляных каналов и постановкой дополнительных агрегатов на двигатель и др., 4) применением картера тоннельного типа (двигатель ДБ-67). В последнем случае коленчатые валы делают разъемными, а в качестве коренных подшипников применяют шарико — или роликоподшипники.
Высокая жесткость блок-картера обеспечивает минимальные деформации в зонах коренных подшипников, гильз цилиндров и плоскостей стыков как с головкой цилиндров, так и с поддоном. Однако большая жесткость блок-картера не должна достигаться за счет увеличения его массы. Чтобы уменьшить массу блок-картера, наружные стенки и внутренние перегородки делают более тонкими. Масса блок-картера при отливке его из чугуна составляет 23—37% массы карбюраторного однорядного двигателя и 22—25% массы V-образного короткоходного дизеля.
Цилиндры двигателей с жидкостным охлаждением отливаются с двойными стенками, между которыми циркулирует охлаждающая жидкость.Это пространство называется водяной рубашкой.
Для уменьшения неравномерности нагрева блока цилиндров применяют раздельный подвод охлаждающей жидкости. Так, например, в ряде двигателей охлаждающая вода подается насосом в верхнюю часть блока цилиндров отдельно в водяную рубашку блока цилиндров и отдельно в специальную плоскую трубу, расположенную вдоль блока цилиндров между стенками рубашки. В головку цилиндров охлаждающая жидкость поступает от каждого цилиндра, чем достигается равномерная циркуляция ее в системе охлаждения.
Водяная рубашка цилиндров внизу кончается на уровне днища поршня при положении его в н. м. т., а иногда продолжается до картера. В последнем случае увеличивается масса двигателя, но улучшается его внешний вид, возрастает жесткость блока-картера и улучшается охлаждение масла.
Наиболее эффективной является такая конструкция водяной рубашки, при которой наружная поверхность цилиндра со всех сторон омывается охлаждающей жидкостью. Это не всегда удается выполнить, в особенности для двигателей, имеющих неполноопор-ные коленчатые валы. В этом случае цилиндры делают с общей стенкой.
В двигателях с воздушным охлаждением цилиндры отливают отдельно и крепят к верхней половине картера. По типу крепления различают: 1) цилиндры с несущими шпильками, когда длинные шпильки протягиваются через головку и цилиндр и закрепляются в верхнем картере (сжатые цилиндры); 2) цилиндры с отдельным креплением их к верхней части картера и навернутыми на них головками (несущие цилиндры).
Цилиндры изготовляют: 1) цельностальными с механически обработанными ребрами; 2) чугунными с литыми ребрами; 3) составными (чугунные или стальные гильзы с напрессованной алюминиевой оребренной втулкой или такие же гильзы, залитые в алюминиевую отливку с оребрением); 4) цельноалюминиевыми с внутренней поверхностью, покрытой слоем твердого пористого хрома.
Площадь поверхности охлаждения прямо пропорциональна высоте и числу ребер и составляет примерно 25—40% потребной поверхности охлаждения. Длина оребренной части цилиндра равна 45—55% его длины.
Источник
