Кривошипно-шатунный механизм

Коленчатый вал. Распределительные валы. Отстойник.

Назначение коленчатого вала — преобразовать работу сил давления газов, действующих на поршни в тактах рабочего хода, в крутящий момент и передать его на воздушный винт. Кроме того, коленчатый вал обеспечивает перемещение поршней в течение их нерабочих ходов и приводит в действие нагнетатель, механизм газораспределения и агрегаты, установленные на двигателе.

Элементами коленчатого вала являются:

- носок вала;

- кривошипы;

- противовесы;

- демпферы крутильных колебаний;

Носок вала, а в случае редукторных моторов — носок редук­тора служит для правильной центровки и крепления воздуш­ного винта и для передачи ему вращающего момента мотора.

Кривошип состоит из двух коренных шеек, одной шатунной шейки и двух щек. Число кривошипов на коленчатых валах рядных двигателей равно числу цилиндров в одном ряду. Кривошипы располагают под углом, обеспечивающий равномерность чередования вспы­шек в цилиндрах (Рис. 3.6).

Рис.3.6.Коленчатый валV-образного рядного двигателя

Коленчатые валы — наиболее ответственные и напряженные детали двигателя. Они работают на срез, истирание, изгиб и кру­чение от знакопеременных нагрузок, изменяющихся с большой частотой. Поэтому коленчатые валы изготовляются из высоко­сортных сталей, механические и физические свойства которых улучшены присадкой различных элементов: никеля, хрома, воль­фрама, молибдена и др.

Для уменьшения веса коленчатого вала все его коренные и шатунные шейки. Полости шеек закрываются заглушками или специальными втулками, способствующими центрифугированной очистке масла, подаваемого на смазку вала.

Хвостовик вала служит для привода вспомогательных агре­гатов, механизму газораспределения, нагнетателя и пр.Соединение между валиком приводя и хвостовиком обычно производится при помощи шлиц. Коленчатый же вал, работающий на изгиб икручение, не может быть изготовлен из материала, большой твердости, поэтому хвостовик выполняется как отдельная деталь, которая впрессовывается в последнюю коренную шейку (считай от винта). Кроме того, это устранят необходимость замены коленчатого вала в случае износа хвостовики.

Коленчатые валы звездообразных двигателей имеют следую­щие особенности:

1.Учитывая, что главные шатуны звездообразных двигате­лей имеют неразъемную нижнюю готовку, коленчатые валы при­ходится делать с разъемным кривошипом.

Наиболее распространенный способ соединения отдельных; частей коленчатого вала звездообразного двигателя показан на рис. 3.7. Задняя щека вала имеет разрезную проушину, в кото­рой зажимается шатунная шейка.

Рис. 3.7.Коленчатый вал однорядного звездообразного двигателя

Шатунную шейку всегда де­лают заодно с передней щекой, чтобы крутящий момент мотора передавался навинт через целое место. В двухрядных звездообразных двигателях обе шатунные шейки скрепляются одной промежуточной щекой. Прочность и жесткость соединения обеспечиваются только силой затяжки болтов. Величина вытяжки зависит от длины болта и выбирается с таким расчетом, чтобы напряжение в материале болта после его затяжки не превышало 4000 — 5000 кг/см².

2. Кривошип коленчатого вала звездообразного двигателя значительно более нагружен по сравнению с кривошипом ряд­ного двигателя. Это объясняется большими значениями сил инерции вращающихся масс и результирующей сил инерции поступательно-движущихся масс, а также тем, что газовые силы многих цилиндров передаются на один кривошип.

Поэтому в звездообразных двигателях кривошипы должны быть более массивными. Как правило, у таких кривошипов значительны длина шатунной шейки и толщина щек. Коренные шейки вала работают на роликовых или шариковых подшипниках.

3. Для уравновешивания сил инерции вращающихся и посту­пательно-движущихся масс коленчатые валы звездообразных двигателей снабжаются массивными противовесами. С целью уменьшения веса противовесы разминают насколько возможно дальше от оси коленчатого вала, придавая им формы сегментов.

Для разгрузки от срезывающих усилий, возникающих под действием сил инерции противовесов, болтов или заклепок, кре­пящих к щекам противовесы, последние обычно устанавливают в специальных пазах или выступах, выполненных на щеках.

На некоторых звездообразных двигателях противовесы одно­временно работают как демпферы крутильных колебаний. В этом случае они подвешиваются к щеке вала на двух роли­ках, допускающих свободное перемещение противовесов в на­правлении вращения на некоторую расчетную величину 6—8 мм. Конструктивное выполнение коленчатого вала двухрядного звездообразного двигателя показано на Рис. 3.8.

Рис. 3.8. Основные части коленчатого вала двухрядного звездообразного двигателя: 1 — передняя часть коленчатого вала; 2- средняя часть коленчатого вала, 3 — задняя часть коленчатого вала;4 –противовесы; 5-стяжной болт; 6-детали крепления противовеса;7-детали разъемного подшипника;

Скользящие подшипники коленчатых валов

В авиационном двигателе подшипники являются самой рас­пространенной деталью, имеющей десятки разновидностей, отличающихся как по своему назначению, так и по материалу,

конструкции и условиям работы. Во всех случаях назначение подшипников — воспринимать радиальные и осевые нагрузки, передающиеся от вращающихся деталей на опоры, и уменьшать трение между вращающимися деталями и их опорами.

В зависимости от того, какого направления нагрузки подшипники воспринимают, они делятся на следующие группы:

— радиальные или опорные подшипники, восприни­мающие нагрузки, направленные перпендикулярно к оси вала;

— упорные, воспринимающие нагрузки, направленные вдоль оси вала;

— радиально-упорные, воспринимающие нагрузки, на­правленные как вдоль, так и перпендикулярно оси вала.

В зависимости от характера трения между валом и подшип­ником последние делятся на подшипники скольжения и подшипники качения.

В подшипниках скольжения поверхность вала непосред­ственно касается поверхности подшипника или его вкладыша. При вращении вала его шейка, опирающаяся на подшипник, скользит по поверхности вкладыша.

В подшипниках качения поверхность вала отделена от по­верхности подшипника роликами или шариками, которые при вращении вала перекатываются по обоймам.

В авиационных двигателях наиболее употребительны сколь­зящие подшипники, которые по сравнению с подшипниками качении имеют следующие преимущества:

— простота в изготовлении и удобство монтажа;

— незначительные габариты по диаметру вала;

— эластичность в работе, вследствие чего смягчаются удары и толчки, передающиеся на опоры;

Последнее объясняется тем, что, как уже указывалось, вал при своем вращении увлекает за собой концентричные слои масла, образующие как бы масляную подушку, отделяющую поверхность вала от поверхности вкладыша (жидкостное трение). Эти слои масла амортизируют удары и толчки, передаю­щиеся от вала на его опоры.

Непременным условием надежной работы скользящего под­шипника является достаточная смазка, поэтому, как правило, в авиационном двигателе к скользящим подшипникам масло подводится под давлением. При небольших значениях удель­ного давления на подшипник и небольшой относительной ско­рости между валом и подшипником хорошо работают подшип­ники, изготовленные из алюминиевых и медных сплавов.

В наиболее тяжелых условиях работают подшипники сколь­жения коленчатых валов, нагруженные значительными усилиями, переменными по величине и направлению.

Как указывалось, в нормальных условиях работы трение скользящего подшип­ника имеет жидкостный характер, однако в случае недостаточ­ной жесткости вала или его опор, плохой механической обра­ботки трущихся поверхностей, неправильного монтажа, а также при попадании механических частиц неизбежно возникает полужидкостное, а иногда и сухое трение. При этом температура подшипника возрастает, что приводит к выплавлению антифрик­ционного слоя и наволакиванию его на шейку вала, к заклиниванию вала в подшипнике и к другим серьезным дефектам.

Рис. 3.9 Форма вкладышей: Рис. 3.10. Схема деформации коленвала

а) с конической расточкой; под действием нагрузки

б) с параболической расточкой;

Вкладыши подшипников коленчатого вала заливаются анти­фрикционный сплавом, что обеспечивает хорошую приработку подшипника к валу, дает возможность путем шабровки точно подогнать поверхность вкладыша к шейке вала и, кроме того, уменьшает износ шеек,

Наилучшим материалом для наливки вкладышей являются сплавы на оловянной основе, известные под названием баб­битов.

Подшипники качения

Достоинствами подшипников качения являются:

1) незначительная величина трения;

2) способность воспринимать большие нагрузки и работать надежно при больших числах оборотов;

3) отсутствие необходимости подводить смазку к подшип­нику под давлением.

К недостатком подшипников качения относятся:

1) большой вес (по сравнению с подшипниками скольжения);

2) значительные размеры по диаметру;

3) отсутствие разъема, что в ряде случаев затрудняет мон­таж;

4) большая жест­кость работы и чувст­вительность к неточ­ности изготовления и
монтажа вала.

Подшипники каче­ния состоят из следу­ющих деталей: наружного кольца а (рис. 3.11), внутрен­него кольца б, комплекта роликов или шариков в и сепаратора г, закрепляющего ролики или шарики между наружным и внутренним кольцами и предохраняющего их от выпадения.

Рис. 3.11. Детали подшипника качения

В зависимости от направления воспринимаемых нагрузок подшипники качения делятся на радиальные, упорные и радиально-упорные. Каждая из этих разновидностей имеет свои конструктивные особенности и делится на серии, различающиеся по габаритным размерам и по величине допускаемых | нагрузок.

Различные виды подшипников качения, применяемых в авиа­ционных моторах, приведены в схеме и на рис. 3.12.

Рис.3.12. Виды подшипников качения: а- шариковые; б- роликовые; в- игольчатые;

В авиационных двигателях упорные подшипники обычно устанавливаются для восприятия тяги винта. При этой кон­струкция подшипников должна обеспечивать возможность ра­боты мотора как с тянущим, так и с толкающим винтом, чтобы он мог воспринимать осевую нагрузку любого напра­вления. Детали такого подшипника показаны на Рис. 3.13.

Рис. 3.13

В звездообразных двигателях коренные шейки коленчатого вала монтируются на подшипниках качении, чаще всего роли­ковых. При этом одни из подшипников (обычно передний) радиально-упорный.

Подшипники качения находят также применение в агрегатах мотора: магнето, нагнетателе, приводах и в ряде других дета­лей, к которым подвод масла под давлением затруднен.

Рис.3.14

Роликовые подшипники способны выдерживать большие нагрузки по сравнению с шариковыми подшипниками такого же размера, но осевую нагрузку они выдерживают плохо. Этот недостаток устраняют путем применения конических или сферических роликов. Подшипники с такими роликами не уступают однорядным шариковым подшипникам по способности воспринимать осевую нагрузку, но при этом они мо­гут выдерживать гораздо большую радиальную нагрузку.

При сочетании большей радиаль­ной нагрузки с осевой, действующей то в одном, то в другом направлении, прекрасно работают подшипники с двумя рядами конусных роликов, вер­шины которых расположены в противо­положные стороны (Рис. 3.14). Такие подшипники применяются в коромыслах клапанов некоторых звездообразных двигателей.

Игольчатые подшипники

Конструкция игольчатых подшипников относится к проме­жуточной между подшипниками скольжения и подшипниками качения.

Иглы диаметром от 2.5 до 5 мм и длиной от 10 до 50 мм представляют собой как бы плавающую гильзу, заложенную в пространство между палом и его опорой.

Преимущества игольчатых подшипников заключаются в сле­дующем:

- малые размеры по длине и незначительное увеличение по диаметру;

- хорошая сопротивляемость нагрузкам большой величины и ударного характера;

- надежная работа при больших числах оборотов.

В отличие от роликовых и шариковых подшипников, у иголь­чатых подшипников вместо наружного и внутреннего колец могут быть использованы поверхности валика и сопряженной с ним опоры, если твердость этих поверхностей не менее 650 по Бринеллю.

Соответственно этому игольчатые подшипники могут быть либо с одним наружным или с внутренним кольцом, либо со­вершенно без колец.

Несмотря на большие преимущества, игольчатые подшип­ники сравнительно редко применяются в авиационных двигате­лях, что объясняется большой сложностью их монтажа.

Иглы монтируются в корпус подшипника обычно при по­мощи монтажного (ложного) валика, имеющего меньший диа­метр по сравнению с действительным валиком.

В отдельных случаях монтаж легко осуществляется при помощи тавота. Для этой цели иглы собираются на смазанной тавотом рабочей поверхности и благодаря прилипанию не рас­сыпаются при дальнейшем монтаже.

Игольчатые подшипники применяются только как радиаль­ные, так как осевую нагрузку они не воспринимают.

Шатун, впускной и выпускной коллекторы

Назначение шатунов — передавать усилия давления газов от поршня на коленчатый вал.

Основной нагрузкой для шатуна является усилие от давле­ния газов в цилиндре в момент наибольшего его значения. Эти усилия вызывают продольный изгиб шатуна; кроме того, шатун работает на растяжение от сил инерции поступательно-движу­щихся масс и на изгиб от сил инерции шатуна, возникаю­щих вследствие переменного, колебательного его движения (Рис. 3.14).

В конструкциях с прицепными шатунами главный шатун до­полнительно нагружен изгибающими усилиями, передаваемыми от прицепных шатунов.

Рис.3.14. Силы, Рис. 3.15. Разрыв верхней головки

действующие на шатуна силами инерции

шатун поступательно-движущихся масс

В результате перечисленных нагрузок напряжения в шатунах достигают значитель­ных величин, поэтому шатуны выполняются из высокосортной ста­ли, часто такого же со­става, как и коленча­тые валы. Чтобы из­бежать царапин, явля­ющихся источником появления третий, ша­туны подвергаются по­лировке.

Конструктивно в шатуне рассматривают три основные части: верхняя или поршне­вая головка; стержень шатуна; нижняя, или кривошипная, головка.

Верхняя голов­ка шатуна рабо­тает на разрыв от сил инерции поступательно-движущихся масс (Рис. 3.15) и на износ от трения о поршневой палец.

Для уменьшения трения в верхнюю головку стального ша­туна запрессовывают втулку, изготовленную из фосфористой или свинцовистой бронзы. От проворачивания втулка контрится стопорными штифтами. Смазка верхней головки, как правило, осуществляется маслом, обильно стекающим внутрь поршня через отверстия в канавках маслосборных колец. Для этой цели а верхней головке предусматриваются смазочные отверстия или канавки. В некоторых двигателях смазка верхней головки осу­ществляется маслом, подводимым под давлением по специальным трубочкам, укрепленным на шатунах, или по внутреннему сверлению шатуна.

Длина верхней головки подбирается так, чтобы удельное давление на поршневой палец было в пределах 400—500 кг/см², а толщина ее обеспечивала напряжение на разрыв не более 600-700 кг/см².

Стержень шатуна работает на продольный изгиб от силы давления газов и на изгиб от сил инерции шатуна и от усилий, передаваемых от прицепных шатунов. Поэтому стержни шатуна обычно делают двутаврового сечения, обеспечивающего наилучшее сопротивление изгибу.

При небольшой длине шатуна в целях облегчения его изго­товления стержню придается круглое сечение.

У главных шатунов звездообразных двигателей стержень делают более массивным по сравнению с стержнями прицепных шатунов, хотя силы давления газов на шатуны одинаковы в пер­вом и втором случаях. Это объясняется следующим:

1) длина главного шатуна на 30—35% больше длины при­цепных шатунов, следовательно, напряжения от продольного изгиба в главных шатунах больше, чем в прицепных;

2) вес главного шатуна во много раз превосходит вес при­цепного шатуна, следовательно, инерционные силы, изгибающие стержень главного шатуна, имеют несравненно большее значение;

3) стержень главного шатуна дополнительно нагружен уси­лиями изгиба, передаваемыми от прицепных шатунов.

Нижняя головка шатунов

По способу крепления шатуна на коленчатый вал различают два основных типа нижних головок:

—разъемные, применяются для рядных двигателей;

—неразъемные, применяются преимущественно для звездообразных двигателей.

Отъемная часть нижней головки называется крышкой. Для увеличения жесткости нижние головки шатунов делаются массивными и снабжаются ребрами. Крепление крышки возможно болтами или шпильками, располагаемыми в горизонтальной плоскости (Рис. 3.16).

При работе двух шатунов на одном кривошипе (V-образные двигатели) возможно два вида их сочленения:

1) Центральное сочленение (Рис. 3.17)— нижние голов­ки обоих шатунов вращаются вокруг центра шатунной шейки;

2) Прицепное сочленение - главный шатун крепится не­посредственно к шатунной шейке, а прицепной - к проушине главного шатуна (Рис. 3.16).

Эксцентричное сочленение, конструктивно наиболее простое и надежное, является преобладающим в рядных двигателях и единственно возможным в звездообразных.

Рис. 3.16. Способы крепления крышки нижней головки шатуна:

а - болтами; б - шпильками;

Нижняя головка главного шатуна звездообразного двигателя делается, как правило, неразъемной, и для возможности мон­тажа необходимо сделать разъемным коленчатый вал.

Рис. 3.17. Шатуны с центральным сочленением

При числе цилиндров, равном семи и меньше, на некоторых моторах применяют разъемные головки при неразъемном вале (Рис. 3.18). Это обусловлено желанием иметь более жестким коленчатый вал теряя несколько вжесткости нижней головки шатуна.

Нижняя головка главного шатуна звездообразного двигателя имеет две щеки, между которыми помещаются нижние головки прицепных шатунов (Рис. 3.19).

Соединение прицепных шатунов с главным осуществляется при помощи пальцев, которые запрессовываются в отверстия щек в специальными пласт инками контрится от проворачивания.

На главных шатунах звездообразных двигателей антифрикцион­ный слой заливается не на нижнюю головку, а на специальную втулку, которая одновременно используется для подвода масла под давлением к пальцам прицепных шатунов.

Нижние головки прицепных шатунов конструктивно мало отличаются от верхних головок.

Рис.3.18 Разъемный шатун двигателя с семью цилиндрами

Сборка цилиндра и поршня

Цилиндр вместе с поршнем образуют камеру, в которой происходит сгорание топливо-воздушной смеси и преобразова­ние тепловой энергии в механическую работу.

При работе двигателя на цилиндр действуют следующие

силы:

1. Сила давления газов. Действуя на днище цилиндра, сила Р_г (Рис. 3.20) стремится оторвать цилиндр от картера. Эта сила растягивает стенки цилиндра и крепящие его болты.

Рис.3.19 Детали главного и прицепных шатунов

1- передняя шайба втулки главного шатуна; 2 – кольцо; 3 - пружина; 4 – замок втулки главного шатуна;5 – втулка главного шатуна;6- главный шатун;7- задняя шайба втулки главного шатуна;8- винт для крепления замка пальца;9- замок; 10-палец прицепного шатуна; 11-втулка кривошипной головки прицепного шатуна;12-прицепной шатун;13-втулка верхней головки шатуна;

Рис.3.20 Действие сил на цилиндр

2. Сила бокового давления N. Эта сила действует в плоскости вращении
кривошипе и, будучи переменной по вели­чине и направлению, приводит к неравно-
черному износу стенок цилиндра,

Кроме того цилиндр находится под дей­ствием термических нагрузок. Температуры отдельных участков цилиндра, в особенности головни, могут резко отличаться (на 150—200°С).

Часть головки цилиндра, на которой рас­положен всасывающий клапан, охлаждается при наступлении свежей смеси; часть же головки с выхлопным клапаном дополни­тельно нагревается при выпуске сгоревших газов. По этим причинам температуры раз­личных участков головки могут резко раз­личаться, вызывая неравномерное расшире­ние их. В результате этого возникают боль­шие внутренние тепловые напряжения, но многих случаях превосходящие но своему значению напряжения от давления газов. Термические нагрузки являются причиной коробления головок цилиндров.

По своему назначению и условиям работы выделяют следующие элементы:

- головку цилиндра;

- гильзу цилиндра;

- охлаждающее устройство цилиндра.

Головка цилиндра

В головке цилиндра расположены впускные и выпускные клапаны, гнезда для свечей, воздушных клапанов и форсунок впрыска топлива (у двигателей с непосредственным впрыском). Вместе с поршнем головка цилиндра образует камеру сгорания.

По форме камеры сгорания делятся на полусфериче­ские, плоские и шатровые.

Полусферическая камера (Рис. 3.21, а) обеспечивает наимень­шие потери тепла, уменьшает склонность к детонации, дает возможности устанавливать клапаны, диаметр которых превосходит 0,5D и облегчает размещение охлаждающих ребер воздушного охлаждении.

Недостаток этой камеры сгорания состоит в том, что она допускает установку лишь двух клапанов, так как при­вел большего числа клапанов, а также размещение клапан­ных коробок и их охлажде­ние представляют большие трудности.

Наиболее простыми и удобными для расположения клапанов являются цилиндри­ческие камеры с шатровыми (Рис. 3.21, б) или плоскими (Рис. 3.21, с) днищами. Эти ка­меры несколько уступают полусферическим по своим тепловым качествам, но более удобны при расположении не­скольких клапанов, свечных и других гнезд. Увеличение числа клапа­нов в камере сгорания дает возможность увеличить про­ходное сечение для газов и, следовательно, уменьшить гидравлическое сопротивле­ние на всасывании и выпуске. Так, например, при располо­жении в плоскодонной камере двух клапанов равного диа­метра отношение суммарной площади клапанов к площади днища цилиндра находится в пределах 0,32—0,35, в то время как при расположении четырех клапанов это отноше­ние составляет примерно 0,5. В рядных двигателях обычно применяют плоскодонные и шатровые камеры сгорания с четырьмя клапанами. В звездообразных двигателях с целью лучшего охлаждения головки наиболее часто применяют полусферические камеры, более удобные для размещения на них охлаждающих ребер.

С целью предохранения головки от ударов и наклепа при закрывании клапанов в головку запрессовывают клапанные седла, изготовленные из алюминиевой бронзы или хромоникелевой стали. Последние предпочтительнее, так как при работе стеллитированных клапанов наблюдаются случаи наволакивания бронзы на фаску клапана, что нарушает плотность прилегания клапана к седлу и способствует их выгоранию.

Свечи в головке располагают так, чтобы струя входящей смеси по возможности охлаждала электроды. Одну из свечей устанавливают вблизи выпускного клапана, с тем чтобы воз­можно быстрее воспламенить смесь в этом месте камеры и тем самым предотвратить детонацию вследствие высокой темпера­туры смеси возле клапана.

Конструкция головки должна обеспечить хороший отвод тепла от наиболее нагретых мест, расположенных у выпускного клапана, и обладать достаточной жесткостью, чтобы противо­стоять короблению и растрескиванию. Наиболее полно этим требованиям отвечают головки из алюминиевых сплавов.

Рис.3.21 Формы камер сгорания

Гильза цилиндра

Термические условия работы гильзы более благоприятны по сравнению с условиями работы головки. Это объясняется как меньшим значением температур газов, действующих на стенки гильзы, так и возможностью более интенсивного охла­ждения стенок.

Гильза служит направляющей при движении поршня. Ее внутренняя поверхность подвержена износу от действия порш­невых колец и поршня.

Особенно большой износ стенок гильзы происходит вслед­ствие попадания в цилиндр пыли через всасывающую систему. Наблюдается также коррозия гильзы вследствие конденсации продуктов сгорания после остановки двигателя и образования из них сернистой, азотной и других кислот.

Наибольший износ гильзы наблюдается в верхней ее части (Рис.. 3.22) что объясняется повышенным давлением верхнего поршневого кольца, неблагоприятными условиями смазки, а также газовой коррозией, возникающей пол действием горячих газов, особенно при работе из бензинах с примесью этиловой жид­кости.

Для увеличения стойкости против износа и коррозии вну­тренняя поверхность гильзы актируется или хромируется. С целью уменьшения трения гильза внутри обрабатывайся до получения зеркальной поверхности.

Рис.3.22 Распределение Рис. 3.23 Гильза Рис. 3.24 Нижнее уплотнение в

износа по высоте цилиндра цилиндра головке блока: а- без пружинных

стальных колец; б- с пружинными

стальными кольцами;

По условиям прочности гильза может быть выполнена срав­нительно малой толщины (2—3 мм), но такая гильза не обла­дает достаточной жесткостью и, деформируясь под действием силы бокового давления на поршень, принимает овальную форму вместо круглой, что нарушает плотность прилегания поршневых колец. Увеличение жесткости гильзы достигается либо утолщением ее стенок, либо устройством круговых ребер но наружной поверхности гильзы (Рис. 3.23).

В нижней части гильзы имеется толстый фланец для крепле­ния цилиндра к картеру шпильками. Последние должны обеспечить не только прочность и жесткость соединения, но и плот­ность стыка между фланцами цилиндра и картером, поэтому число шпилек берется достаточно большим (12—16).

В гильзах моторов блочной конструкции в нижней части сделаны специальные проточки или буртики для расположения резиновых колец, уплотняющих соединение гильзы с рубашкой блока и предотвращающих вытекание охлаждающей жидкости.

При завертывании манжетной гайки 3 резиновые кольца 1 (Рис.3.24, а) деформируются и плотно прилегают к стенкам гильзы и блока. Чтобы уплотнение находилось под действием постоянной упругой силы, достаточной для деформации рези­новых колец в радиальном направлении, на некоторых моторах между стальными кольцами уплотнения прокладывают пружи­нящие (волнистые) кольца 4 (Рис. 3.24, б), изготовленные из пальмой проволоки. Одновременно этим устраняется опасность перезатяжки стыка.

Уплотнение между гильзой и головкой цилиндра

Соединение стальной гильзы с алюминиевой головкой должно обеспечить герметичность при рабочих температурах цилиндра. Вследствие значительно большего расширения материала головки по сравнению с материалом гильзы возможно образование зазора, достаточного для проникания газов в полость между гильзой и голов­кой. В результате этого образуется нагар, ухуд­шающий отвод тепла, что обычно приводит к мест­ному перегреву и коро­блению головки у двига­телей воздушного охла­ждения и к попаданию волы в цилиндр или вы­теснению ее из блока га­зами в моторах жидкост­ного охлаждения.

Герметичность соединения обеспечивается следующими способами:

1. Нагревом головки до температуры более высокой по срав­нению с рабочей температурой ее перед завертыванием головки на гильзу. Вследствие этого при работе двигателя всегда имеется некоторый натяг между головкой и гильзой.

2. Применением резьбы специального профиля (Рис. 3.25, а) — уплотнительной резьбы. По сравнению с нарезкой нормального профиля такая резьба уменьшает радиальные силы Р_рад, возни­кающие в соединении при вспышке, и поэтому допускает завер­тывание головки на гильзу с большим натягом, достигающим 0,4-0,45 мм.

Рис.3.25 Разложение силы Р_г в резьбе головки цилиндра

3. Выполнением на гильзе острой кромки, которая при завер­тывании врезается в материал головки (Рис. 3.26, б).

4. Применением специальных у плотни тельных приспособлений в виде прокладок из мягкого металла, стальных упругих колец, которые вследствие предварительной их деформации при завер­тывании гильзы плотно прилегают к точно обработанным по­верхностям головки и гильзы, контргайки с коническим срезом и других.

Рис. 3.26 Виды уплотнения между стальной гильзой и алюминиевой головкой

Обычно надежное уплотнение достигается комбинированием нескольких из перечисленных способов, например, завертывание гильзы с острой кромкой и уплотнительной резьбой в предва­рительно нагретую головку или завертывание гильзы с уплотнительной резьбой в предварительно нагретую головку и, кроме того, постановка упругого кольца (для гильзы блока).

Отдельные цилиндры

Отдельно стоящие цилиндры применяются на звездообразных двигателях и на маломощных рядных двигателях жидкостного и воздушного охлаждения.

Цилиндры воздушного охлаждения, как правило, состоят из навертной головки, отлитой из алюминиевого сплава, и стальной гильзы (Рис. 3.27).

В головке цилиндра, обычно сферической, располагают две коротки для клапанов впуска и выпуске с развалом 50—70°. Развал позволяет применять клапаны увеличенного диаметра и обеспечивает удобное расположение охлаждающих ребер как на головке, так и на коробке выпускного клапана.

До 70° охлаждающей поверхности цилиндра отводится для охлаждения головки, а пятая часть от охлаждающей поверхности головки используется для охлаждения выпускного клапана.

Гильза цилиндра также оребрена и в нижней части снабжена пассивным фланцем для крепления цилиндра к картеру. Уплот­нение между гильзой и головкой осуществляется способами, указанными выше.

Рис.3.28 Цилиндр с наварной стальной рубашкой

В рядных двигателях жидкостного охлаждения с отдельно стоящими цилиндрами каждый из цилиндров охватывается на­варной рубашкой из тонкой листовой стали (Рис. 3.28). Рубашки соседних цилиндров соединяются между собой патрубками. Охлаждающая жидкость поступает в рубашку цилиндра через патрубок, расположенный в нижней части цилиндра. Нагреваясь, жидкость поднимается вверх и через верхний патрубок отво­дится в радиатор.

Большим недостатком двигателей с отдельно стоящими ци­линдрами является недостаточная жесткость цилиндрового ряда, что вызывает вибрацию цилиндров, трещины в сварном шве рубашки, трещины в картере и ряд других неисправностей.

К достоинствам таких двигателей относится:

— хорошая циркуляция охлаждающей жидкости;

— легкая смена цилиндра;

— меньшая емкость системы охлаждения.

Сложность изготовления стальных цилиндров, недостаточная приспособленность к массовому производству и неудовлетвори­тельный отвод тепла от стальных камер сгорания послужили серьезным препятствием для развития двигателей с отдельно стоящими цилиндрами.

Эти недостатки устранены в моторах блочной конструкции. где все цилиндры одного ряда заключены в общий блок из алюминиевого сплава.

Цилиндровые блоки

Блочная конструкции цилиндров обладает следующими до­стоинствами:

— хорошей жесткостью цилиндрового ряда;

— меньшим весом конструкции благодаря применению алю­миниевого литья и сближению цилиндров;

— простотой механической обработки, так как сложные очертания получаются литьем.

Существенный недостаток блочной конструкции — сложность замены клапанов, поршней, гильз и других деталей, так как в случае замены одной из этих деталей приходится снимать весь блок.

По способу передачи давления газов от цилиндра на картер блочные конструкции бывают двух типов:

1) блоки с передачей давления посредством рубашки блока;

2) блоки с передачей давления посредством силовых шпилек.

В блоках первого типа (Рис. 3.29) весь блок изготовлен в одной отливке, в которую на резьбе ввертываются стальные гильзы. К картеру блок крепится при помощи большого числа шпилек, обеспечивающих жесткое крепление и равномерную затяжку стыка между блоком и картером. При такой конструк­ции рубашка блока воспринимает усилия от давления газов на головку и поэтому выполняется достаточно жесткой и прочной. К недостаткам таких блоков относится сложность отливки и трудность замены отдельных гильз.

Блоки второго типа состоят из двух частей (Рис. 3.30): общей для всех цилиндров водяной рубашки, в которую вставляются гильзы, и головки с отлитыми в ней камерами сгорания по числу цилиндров в блоке,

Головка блока и рубашка соединяются при помощи силовых шпилек, ввернутых в картер. При такой конструкции рубашка блока разгружена от усилия давления газов, передающихся на картер через силовые шпильки. Крепление гильз в рубашке такого блока осуществляется весьма просто, отливка рубашки и головки блока сравнительно несложна.

Однако наличие большого числа массивных шпилек, гаек и других дополнительных элементов увеличивает вес кон­струкции.

К недостаткам блоков второго типа следует также отнести сложность монтажа блока на двигатель. Наличие стыка между рубашкой и головкой блока, через который возможен прорыв газов и течь воды, может явиться причиной ряда неисправ­ностей.

Существенным вопросом в конструкциях блоков является система подвода и отвода охлаждающей жидкости. Темпера­тура в различных точках внутренней поверхности блока, осо­бенно головки, меняется в значительных пределах, что может вызвать коробление и трещины в стенках блока. Для пре­дотвращения этого предусматриваются меры к более интен­сивному охлаждению клапанных коробок выхлопа.

Рис. 3.29 Блок, в котором давление вспышек воспринимается рубашкой

Во избежание образования воздушных и паровых мешков отвод жидкости осуществляется в наивысшей точке блока. Системой каналов и отверстий обеспечивается хорошая цирку­ляция жидкости и устранение карманов, препятствующих уда­лению жидкости из всей системы при сливе.

Блоки отливаются из алюминиевых сплавов, обладающих хорошими литейными качествами и большой механической прочностью. К таким сплавам относится силумин, из которого преимущественно изготовляются блок.

Рис.3.30 Блок, рубашка которого не воспринимает давление вспышек