2.Температурные напряжения и деформации

 

 

Температурные напряжения и деформации. Нагрев деталей д. в. с. является следствием осуществления в нем рабочих процессов. Если деталь д. в. с. при изменениях температуры лишена возможности свободно расширяться или сжиматься, то в ней возникают тепловые напряжения. Тепловую прочность материала характеризуют отношением предела текучести материала к фактору Јcr/[/l(l-m)], где а - коэффициент линейного расширения материала; т - коэффициент поперечной деформации или отношение величины поперечного сжатия к продольному удлинению; X - коэффициент теплопроводности.

При переходе в область температур, при которых начинают меняться показатели прочности, упругости, линейного расширения, теплопроводность обычных материалов, применяемых для изготовления деталей д. в. с, следует пользоваться понятиями жаропрочности и жаростойкости. Первое характеризует способность длительно выдерживать напряжение в условиях высоких температур, второе -способность сопротивляться коррозии при этих температурах.

Тепловые деформации меняют взаимное расположение деталей в узлах, имеющих различную рабочую температуру или изготовленных, из различных материалов. Часто это приводит к возникновению термических зазоров или натягов в сочленениях, что учитывают при холодной сборке механизмов в основном или ремонтном производстве. Обычно термические напряжения сочетаются с напряжениями от внешних силовых нагрузок. Тепловую деформацию элемента детали оценивают по зависимостям вида , учитывающим ее конструкцию, коэффициент линейного расширения материала и ее температуры в рабочем и нерабочем состоянии.

 

3. Температурное состояние деталей цилиндропоршневой группы

 

Для обеспечения достаточной долговечности и надежности работы деталей необходимо, чтобы абсолютные значения их температур не превосходили допустимых   величин, а распределение температуры по телу детали не вызывало возникновения   больших температурных напряжений и нарушения геометрии сопрягаемых поверхностей.

Высокая температура детали может привести к значительному ухудшению физико-механических свойств материала, изменению его структуры (например, рост чугуна). С ростом температуры обычно наблюдается уменьшение предела прочности металла о_в

модуля упругости Е, значительно изменяется коэффициент линейного удлинения S, коэффициент теплопроводности Л и другие параметры. Высокий нагрев приводит к изменению твердости материала.

На ряд свойств материала оказывает влияние цикличность тепловых и механических нагрузок. Таким образом, оценка предельных температур для деталей должна осуществляться на основании многостороннего анализа условий работы детали и свойств ее материала.

Опыт двигателестроения показывает, что предельной температурой головки поршня, выполненной из чугуна, следует считать 400-450 °С, из стали 400-475(500)

°С, из легких сплавов 200-250 °С (для сплавов типа АЛ-1) и 300-350 °С (для сплавов типа АК-4).

Характерной температурой, по которой оценивают надежность работы уплотнительных колец, принято считать максимальную температуру поршня в зоне их расположения t_m (практически — температура верхней кромки канавки под первое уплотнительное кольцо). При высокой температуре в этой зоне либо ухудшаются условия смазки колец, возрастает износ, либо наблюдается интенсификация отложений в канавках под кольца. Это приводит к быстрой потере подвижности колец, к нарушению уплотнения и отвода теплоты от поршня. Предельно допустимая величина температуры t_m, при которой еще возможна надежная работа колец зависит от ряда факторов (свойств масла, конструктивных особенностей колец, требований к двигателю и т. п.). Обычно для двигателей, от которых требуются повышенные надежность и долговечность, температура t_m    редко превышает 200 °С. Для двигателей многооборотных форсированных с

ограниченным моторесурсом  t_m = 220-^245 °С.

Предельная температура зеркала цилиндра в области работы поршневых колец определяется с учетом необходимости обеспечения хороших условий смазки, снижения механического и коррозионного износов. Практика доводки и эксплуатации двигателей, исследования на моделях показывают, что превышение 200°С на поверхности трения приводит к резкому нарастанию скорости механического износа. Считается нежелательным превышение температуры зеркала цилиндра этой величины. Необходимо отметить, что с увеличением содержания серы в топливе увеличивается количество отложений и их твердость, что приводит к повышению износа.

При значительном количестве серы в топливе в определенных условиях возможно преобладание «химических износов». Сера и сернистые соединения, входящие в состав

топлива, при его сгорании в цилиндре двигателя преобразуются в SO₂ и SO₃, которые в

присутствии паров воды образуют кислоты, вызывающие коррозию деталей цилиндропоршневой группы. В областях пониженной температуры, где возможна конденсация паров воды, наблюдается быстрое нарастание износа.