Выводы для конструктора

Препятствует же деформации кожух всасывающего клапана 2, охлаждаемый всасываемым воздухом. В результате плита - нижняя стенка головки деформируется так, как показано пунктирной линией на Рис. 20, а. Наибольшие растягивающие напряжения возникают в месте сочленения нижней стенки головки с кожухом всасывающего клапана.

Далее следует рассмотреть литейные напряжения в головке. Несомненно, что во внутренних стенках, медленнее остывающих, преобладают растягивающие напряжения. Они стремятся деформировать нижнюю стенку головки так, как показано на Рис. 20, б. При этом часть нижней стенки головки около всасывающего и топливного клапанов деформируется так, как если бы она находилась под действием эксплуатационных напряжений. Из этого следует что в данном случае эксплуатационные и литейные напряжения суммируются.

В результате вблизи центра нижней стенки могут возникнуть трещины. В качестве дополнительного фактора может проявиться рост чугуна. Чтобы предотвратить образование трещин в головке, принимают следующие меры предосторожности:

1) толщина наружных и внутренних стенок устанавливается такой, чтобы остывание отдельных частей отливки происходило равномерно (уменьшение литейных напряжений);

2) между отдельными частями отливки применяются плавные переходы (уменьшение концентрации напряжений);

3) нижняя плоская стенка головки заменяется сводчатой стенкой.

В крупных головках внутренние стенки 1-7, 2-2, 3-3 не применяются; обычно их заменяют отдельно изготовленными гнездами клапанов.

Далее рассматриваются напряжения, возникающие в стенках поршня крупного двигателя внутреннего сгорания двустороннего действия (Рис. 21). Из-за неравномерности остывания отливки поршня в его наружных стенках возникают сжимающие напряжения, а во внутренней втулке 7 - растягивающие. Во время работы наружные стенки разогреваются сильнее, чем внутренняя втулка, что вызывает тепловые рабочие напряжения, суммирующиеся с литейными напряжеш ями.

Рис. 21. Поршень крупного двигателя внутреннего сгорания двустороннего действия: а - первоначальная, б-улучшенная конструкция

(1 - внутренняя втулка поршня; 2- нажимное -кольцо; 3 - опорная поверхность кольца; 4 - трещины; 5 - зазор).

Растягивающие напряжения во внутренней втулке 7 являются наиболее опасными: они могут вызвать трещины 4 (Рис. 21, а) во время работы двигателя. Чтобы предотвратить возникновение трещин, следует: 1) переходы делать плавными, без надрезов, с равномерным сечением внутренней втулки 7 (Рис. 21, б), 2) во время монтажа сильным нажимом кольца 2, укрепляющего поршень, вызвать во втулке 7 предварительные сжимающие напряжения. Сила нажима кольца 2 действует на поверхность 3, а между поверхностью втулки 7 и кольцом 2 предусматривается значительный зазор 5, благодаря чему устраняются радиальные растягивающие напряжения во втулке, которые возникли бы при отсутствии зазора 5.

На Рис. 22, а показаны изотермы и тепловые потоки в дне чугунного поршня двигателя внутреннего сгорания одностороннего действия. На Рис. 22, б представлены графики напряжений и деформации поршня из алюминиевого сплава под действием давления газов на дно поршня (7), расширения дна поршня из-за разогрева (II) и разницы температур в верхней и нижней частях поршня Δt (III). На графике IV приведена равнодействующая рабочих напряжений и деформаций без учета литейных напряжений.

Рис. 22. Поршень двигателя внутреннего сгорания: а - изотермы и тепловые потоки; б-графики напряжений и деформации поршня:

1 - под действием давлениягазов на дно поршня: II - в результате расширения дна поршня: III - вод действием разницы температуры между верхней и нижней частями поршня Δt; IV - равнодействующая напряжений и деформаций (а - радиальные напряжения, с - касательные напряжения).

Литейные напряжения, вызванные неравномерным остыванием толстого дна и тонких стенок юбки поршня, а также механическим торможением усадки стержнем, стремятся изогнуть нижнюю часть поршня, придавая ему вид усеченного конуса, сужающегося кверху. Литейные напряжения до некоторой степени противодействуют рабочим термическим напряжениям.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _