К-28 Конструирование цилиндров двигателей с воздушным охлаждением, оребрение цилиндров.

Особенностью конструкции цилиндров двигателей воздушного охлаждения является наличие ребер, увеличивающих охлаждаемую воздухом наружную поверхность.

Удельные массы и габаритные размеры двиг. воздушного охлаждения будут тем меньше, чем больше будет теплоотдача с единицы массы ребра.

Главная задача при создании конструкции цилиндра двигателя воздушного охлаждения заключается в обеспечении эффективного охлаждения с приемлемым уровнем температуры рабочей поверхности при допустимых затратах мощности на охлаждение.

Ребра выполняют треугольного, трапециевидного сечений и реже прямоугольного. Основными параметрами оребрения являются: число ребер, средняя высота ребра (15-35мм), шаг оребрения(S) (3,5 – 8 мм), средняя толщина ребра(d) (1,5 – 2,5 мм), средняя ширина межреберного канала(е) (2-6 мм), длинна ребра(h), диаметр цилиндра у основания ребер(D₀) (размерности приведены для алюминиевого сплава).

Протяженность оребренной части цилиндра составляет 45-55% его длины. Величина охлаждающей поверхности пропорциональна размерам и числу ребер. Длина ребер ограничена межцилиндровым расстоянием и обычно не превышает 15-20 мм. Толщина и шаговое расстояние зависят от технологии изготовления цилиндра. В литых конструкциях шаговое расстояние определяется прочностью стержней.

 

 

Рис. Цилиндр с закатанными ребрами:

а-общий вид; б-последо-вательность операций подго­товки винтовой канавки и закатки ленты; 1 -цилиндр; 2 - охлаждающее ребро

По конструкции и способу изготовления цилиндры воздушного охлаждения бывают монометаллическими и биметаллическими.

Разновидностью биметаллического цилиндра является показанная конструкция, в которой чугунная втулка залита в выполненный из алюминиевого сплава сребренный цилиндр. Такая конструкция отличается более интенсивным теплоотводом от рабочей поверхности втулки по сравнению с конструкцией, в которой стальная или чугунная втулка за­прессована в сребренный цилиндр.

Для увеличения равномерности и интенсивности охлаждения вокруг головки и гильзы цилиндров уст-ся дефлекторы, направляющие воздух в пространство между гильзами.

Для увеличения коэф. теплоотдачи, рёбра наклоняют к потоку на угол до 30⁰. Если 45⁰, то эффективность теплоотдачи увел-ся на 50%, однако резко возростает гидравлическое сопротивление.

На 1 кВт—390-780мм²

ОК-29 Конструирование головок блоков цил двиг с возд охлаждением.

К конструкции ГБЦ с возд охл предъявляют дополнительные требования: соответствие поверхности ребер количеству отводимой теплоты при заданном расходе охлаждающего воздуха, обеспечение высоких аэродинамических качеств оребренных поверхностей. Неравномерное распределение температуры в отдельных элементах головки является причиной возникновения больших температурных напряжений и деформаций.

В двигателях с возд. охл. обычно примен. индивидуальные головки на каждый цилиндр. На долю головок приходится 60-75% всей оребреной поверхности двигателя, охлаждаемой воздухом. Материал головки должен обладать высокой теплопроводностью. Расположение охлаждающих ребер может быть горизонтальным, вертикальным и комбинированным.

Высота ребер в наиболее нагретых местах головки может достигать 50-60мм. Дальнейшее увеличение высоты существенно не улучшает теплоотвод. Величина шага для литых необработанных ребер составляет 6-7мм при толщине ребра 2-2,5мм. С увеличением литровой мощности шаг следует уменьшать. Наиболее целесообразным с учетом технологич. требований являются треугольная и трапециевидная формы ребер.

В зависимости от способа закрепления головки цилиндров бывают накладными(крепятся шпильками к картеру или к специальным приливам цилиндров) или навертываемыми. Навертываемые головки изготовляют из стали и соединяют с цилиндром при помощи резьбы с натягом, предварительно нагревая их до 350-400С. Соединение с натягом является неразьемным.

Высота накладной головки двигателя с воздушным охлаждением составляет (1,25-1,8)D, а навертываемой (1,4-1,5)D. Выста головки дизелей с воздушным охлаждением (1,0-1,7)D.Материалы: СЧ18 и СЧ20,лигированные хромом, никелем, молибденом, медью; высокопрочный чугун; АЛ9, АЛ30.

ОК-23 Методика расчета элементов (болтов, шпилек) крепления головки блока цилиндров; нагрузки воспринимаемые этими элементами.

Сила предварит. затяжки P_пр опред. по приближенной зависимости, получ. экспериментально: , где b – коэф. затяжки шпильки; χ – коэф. осн. нагрузки резьбового соед.; - сила давл. газов, приход. на одну шпильку, МН.

Значения коэф. b для двигателей с относительно большой жесткостью блока изменяются в пределах от 1,5 до 2, а для соед. с прокладками достигают 5 и более.

Коэффициент основной нагрузки резьбового соединения для автомобильных и тракторных двигателей находится в пределах 0,15…0,25.

Сила давл. газов, приходящаяся на одну шпильку: ,

где F_к - площадь проекции поверхности камеры сгор. на плоскость, перпенд. оси цилиндра, м²; z_шп - число шпилек на один цилиндр.

Суммарная сила, растяг. шпильку (момент вспышки): .

Минимальная сила: .

Определяем минимальное и максимальное напряжения, возникающие в шпильке.

где - площадь сечения по внутреннему диаметру резьбы.

ОК-30 Насос в системе жидкостного охлаждения, план скоростей потока жидкости на входе в межлопастной канал и на выходе из него.

-вектор абсолютной скорости; - вектор окружной скорости; - вектор относительной скорости; - угол входа и выхода потока.

При отсутствии направляющих лопаток, обеспечивающим осевой подвод жидкости к входному патрубку, направление вектора абсолютной скорости перед рабочим колесом зависит только от режима работы насоса, определяемого отношением подачи насоса V к её расчётной величине V_р.

Для обеспечения принудительной циркуляции охлаждающей жидкости в систему охлаждения включается водяной насос.

Корпус и крыльчатка насоса отлиты из чугуна или алюминиевых сплавов, крыльчатка иногда – из бронзы или пластмасс. Радиальные зазоры между крыльчаткой и корпусом насоса не должны превышать 1 мм, осевые – 0,2мм.

Валики насосов изг-ся из стали (в некоторых случаях из коррозионно-стойкой), для повышения износостойкости они подвергаются закалке и иногда хромируются.

Вал водяного насоса обычно устанавливается на подшипниках качения и снабжается для уплотнения рабочего пространства саморегулирующимся сальником.

Расчетная подача водяного насоса:

где h_Н-коэффициент подачи, учитывающий возможность утечки жидкости.