Метод_практ_СДВЗ

Материалы для клапанов должны обеспечивать заданные механические качества при высоких температурах, а также устойчивость против износа и газовой коррозии (тарелка и седло).

Впускные клапаны малооборотных двигателей, имеющие сравнительно невысокие температуры, изготовляют из углеродистых сталей 40, 45 и др., а также из легированных 40ХН, 65ХН, Х10СМ, 20ХНФА (X— хром, Н — никель, Ф — ванадий, В — вольфрам, Г — марганец, М — молибден, С — кремний; А — указывает на пониженное содержание серы и фосфора). Выпускные, неохлаждаемые клапаны, требуют применения легированных жаропрочных сталей 2Х18Н9 (ЭЯ2), Х18Н25С (ЭЯЗС) или сильхромовых ЭСХ8М, 30ЭСХ8МА. В высокофорсированных двигателях используют специальные жаростойкие стали, как, например, 4Х14Н14 В2М (ЭИ69), ЭИ72,

ЭИ107.

При изготовлении стержня я тарелки из разных материалов с последующей сваркой применяют для стержня стали 40Х, 40ХН и др., а для тарелки ЭИ107, ЭЯ2 и др.

Опорные седла клапанов делают из чугуна с присадкой хрома и молибдена (по 1% каждого); сверхпрочного чугуна; алюминиевой бронзы или легированной жаростойкой стали.

Клапанные пружины изготовляют из сталей 60Г, 65Г, 60С2, 60С2ХА, 50ХФА и других холодной навивкой с последующими закалкой и отпуском.

Конструктивные соотношения клапанов зависят от типа двигателя, конструкции крышки, количества клапанов, способа их установки в крышке и ряда других факторов.

Рис. 15. Опорные конусы: а — тарелок клапана, 1— выпускного, 2 — впускного; б — соответствие опорных конусов тарелки клапана и седла

121

Диаметры впускного и выпускного клапанов по производственным соображениям целесообразно делать одинаковыми. Однако, как уже указывалось, иногда выполняют диаметр впускного клапана больше выпускного с целью увеличения коэффициента наполнения цилиндра.

Диаметр горловины dr (рис. 15, б—/) обычно близок к внутреннему диаметру клапанной тарелки d; в некоторых случаях по конструктивным соображениям назначают dr в самом узком месте канала исходя из соотношения

15э-^->0,85.

Ход клапана hK должен соответствовать заданному проходному сечению; у выполненных двигателей

большой ход клапана ухудшает динамику клапанного привода*

Диаметр стержня	клапана у двигателей:
тихоходных	dCT = (0,15-^0,25) d
быстроходных	dQT = (0,25^-0,3) d

Исходный угол аг конической поверхности, переходящий в радиус закругления между тарелкой и стержнем, изменяется в пределах от 5 до 30°, где меньшие значения относятся к впускным, а большие к выпускным клапанам.

Опорное седло тарелки клапана (рис. 15, а) выполняется обычно с углом конуса а2 — 45° и, как исключение, с углом в 30°. Основное преимущество большего угла — лучшее самоцентрирование клапана в пределах зазора у стержня как при работе двигателя, так и при притирке клапана. Отношение между наружным и внутренним диаметрами опорного седла тарелки составляет

rf^ (1,05-М, 15) d

При износе опорный конус тарелки должен работать на той же опорной поверхности седла; для этого необходимо, чтобы они в точности соответствовали друг другу (рис. 15, б—2) или чтобы наружный диаметр тарелки был меньше, чем наибольший диаметр опорного конуса (рис. 15,

б—3).

Направляющая втулка стержня у впускных клапанов может частично помещаться в самом впускном канале (см. рис. 2, а), тогда как у выпускных клапанов охлаждение втулки должно доходить до ее конца (см. рис. 2, б). У выполненных двигателей длина направляющей втулки (см. рис. 2, а)

/8Т ^ (6н-8) dQT,

Для двигателей с наддувом условные средние скорости воздуха и газов в впускных и выпускных клапанах не должны превосходить 100 м/сек. Эти скорости могут служить для сравнения с другими двигателями, в которых vm определено таким же образом.

Более точная величина средней скорости воздуха или газа в проходных сечениях клапанов 4-тактных двигателей может быть получена, если исходить из кривой пути клапана и диаграммы «время—сечения» впускного или

122

выпускного клапанов, аналогично тому, как это делается при расчете газораспределительных органов 2-тактных двигателей.

Механизм привода клапанов.

Основное назначение механизма газораспределения это — своевременное открытие и закрытие клапанов и обеспечение их движения по определенному закону. Привод клапанов осуществляется от кулачных шайб распределительного вала, расположенного параллельно коленчатому валу вдоль всего двигателя. Как исключение, применяется привод выхлопных клапанов от шайбы, закрепленной на коленчатом валу (Гетаверкен) или от штока продувочного насоса (Веркспур—Люгт).

Распределительный вал в зависимости от конструкции двигателя и степени его быстроходности может быть расположен (рис. 17, а—г) в верхней части двигателя, у крышки или над крышкой (рис. 17, а, б) или сбоку на блок-цилиндрах ттибо r кепхней чягти кяптепя лиоо в верхней части картера (рис. 17, в, г).

При боковом расположении распределительного вала передача от вала к клапанам осуществляется кулаком 1, толкателем или серьгой 2 с роликом, штангой 3 и рычагом 4 (рис. 18). При верхнем расположении вала клапаны приводятся в действие непосредственно от кулака либо через рычаг. Боковое расположение вала применяется чаще всего у малооборотных и средней оборотности двигателей, тогда как верхнее расположение — у двигателей многооборотного типа с целью уменьшения сил инерции приводного механизма.

Рис. 17. Эскизы расположения распределительного вала.

123

Для судовых реверсивных двигателей целесообразно боковое расположение вала с серьгой (вместо толкателя), которую удобно отводить при реверсировании, осуществляемом осевой передвижкой распределительного вала. При размещении вала в картере он демонтируется иногда с торца двигателя, что должно быть учтено при проектировании установки;

Рис. 18. Привод клапана штангой. Рис. 19. Привод четырех клапанов.

Более удобным является установка вала в особом съемном картере (см. рис. 17, г) или в блок-цилиндре (рис. 17, е). Конструкция привода к четырем клапанам посредством двух штанг с толкателями показана на рис. 19. Из рис. 19 видно, что на каждые два клапана предусмотрено по одной штанге. Для обоих выпускных клапанов имеется расположенный слева вспомогательный валик, приводимый в движение рычажной передачей.

На рис. 20 показан вариант верхнего привода клапанов многооборотных двигателей. Газораспределение осуществляется посредством двух распределительных валов, действующих первый на впускные, а второй

— на выпускные клапаны с плоскими толкателями (М601).

124

Рис. 20. Верхний привод клапанов дизеля М601 посредством двух валов.

Рис. 21. Привод выпускного клапана дизеля типа 550-VTBF-110.

125

Особенностью конструкции привода крупных клапанов является разделение каждой из пружин на две части по высоте и наличие специальной дополнительной тарелки 1 (рис. 21), шарнирно связанной с рычагом и со стойкой рычага. Такое разделение пружин по высоте преследует цель увеличить их устойчивость при работе клапанного привода, а также повысить частоту собственных колебаний пружины.

Распределительный вал (рис. 22) делается цельным или составным, устанавливается на разъемных опорных подшипниках, залитых антифрикционным сплавом, и снабжается упорным подшипником, воспринимающим осевые усилия от механизма привода.

Рис. 22. Общий вид распределительного вала. Привод:

1 — к топливному насосу; 2 — к выпускному клапану; 3 — к пусковому клапану; 4 — к впускному клапану.

Привод распределительного вала имеет различное конструктивное выполнение в зависимости от типа двигателя. При расположении вала над клапанами применяют пере-- дачу с коническими шестернями и вертикальными или наклонными валами

(рис. 23).

Рис. 23. Схемы привода распределительного вала легких

дизелей.

126

На рис. 24 представлена схема привода клапанов посредством валиков. Распределительный вал выпускных клапанов связан с валом впускных клапанов цилиндрическими шестернями.

Рис. 24. Привод клапанов посредством валиков:

1— привод подкачивающего насоса; 2— привод топливного насоса; 3 — распределительные валы; 4 — привод генератора; 5 — шестерня коленчатого вала; 6 — привод нижних агрегатов; 7—привод масляного насоса; 8— паразитная шестерня; 9 — привод водяного насоса.

При нижнем и среднем расположениях вала чаще всего применяют шестеренчатую передачу (рис. 25).

Впередаче на рис. 25 диаметры шестерен 2,4 и 7 — одинаковы. Шестерни 3 и 5 имеют вдвое больший диаметр. Благодаря этому число оборотов распределительного вала 6 в два раза меньше, чем число оборотов коленчатого вала 1.

Внереверсивных двигателях применяются шестерни с косым или шевронным зубом, обеспечивающим плавное зацепление и бесшумную работу передачи. В реверсивных двигателях, имеющих осевую передвижку

127

вала, шестерни должны иметь прямой зуб.

Приводная шестерня, установленная на коленчатом валу, должна иметь минимальные размеры, чтобы получить приемлемые размеры шестерни распределительного вала при передаточном отношении i = 2 (4-тактные двигатели).

Шестерню рекомендуется крепить к особому фланцу, предусмотренному на коленчатом валу. Диаметр шестерни dm^ (1,8-2,2) d, где d — диаметр коленчатого вала.

Рис. 25. Зубчатая передача к распределительному валу:

1 - коленчатый вал; 2 — разъемная шестерня; 3,4,5— промежуточные щестерни; 6 — распределительный вал; 7 — ведомая шестерня.

128

Рис. 26. Цепная передача к распределительному валу и продувочному насосу 2-тактного тронкового дизеля.

Набор передаточных шестерен должен быть заключен в закрытую коробку и обеспечен постоянной смазкой. Модуль зубчатых передаточных колес рекомендуется брать возможно малым для снижения шумового уровня при работе. Для диаметров цилиндров от 150 до 600 мм модули изменяются от 3 до 7 мм.

129

Все большее распространение получает цепной привод, особенно при больших расстояниях между осями распределительного и коленчатого валов (рис. 26); например у 2-тактных двигателей с прямоточно-клапанной продувкой большой мощности цепной привод позволяет легко осуществлять, помимо основного вала, привод дополнительных валов — топливного или вала воздуходувки, а также выравнивать изменение расстояния между валами при холодном и горячем двигателе.

Нормальное натяжение цепи обеспечивается одной или двумя переставными звездочками. Заметной вытяжки цепи (приводящей к нарушению фаз распределения) в эксплуатации не наблюдалось.

На привод распределительного вала затрачивается от 1,5 до 3,0% мощности двигателя.

Материалом распределительного вала служат стали 15, 25, 35 и другие или легированные цементируемые стали 15ХА, 12ХНЗ и др. (многооборотные двигатели).

Для повышения износостойкости опорных шеек последние подвергают цементации и закалке, причем глубина цементации составляет около 0,6ч-1,0 мм.

Диаметр распределительного вала у выполненных двигателей

. dp. в^ (0,2-0,26) D.

Диаметр сверления вала у двигателей легкого типа flfo^(O,5-f-O,7)dp.B Разъемные опорные подшипники распределительного вала устанавливают у каждого цилиндра и заливают антифрикционным сплавом. В

неразъемные подшипники ставят бронзовые втулки. Длина опорных подшипников составляет

/^(1,0 4-1,5)^.3.

Кулачные шайбы двигателей мало- и среднеоборотных устанавливают на распределительном валу с прессовой посадкой и фиксируют шпонками (см. рис. 22, 27, б). В многооборотных двигателях с диаметром цилиндра до 200 мм кулачные шайбы (рис. 27, а, 28) отковывают или штампуют заодно с распределительным валом.

Для облегчения монтажа кулачные шайбы иногда делают разъемными . Половинки шайбы стягивают на валу гайками с коническими проточками; в других случаях шайбы делают неразъемными, но прижимают ко втулке с торцовыми шлицами гайкой. Эти конструкции дают возможность изменять углы заклинки шайб.

Конфигурация кулачных шайб определяется выбранным законом движения клапанов и моментами газораспределения. В реверсивных двигателях устанавливают два комплекта кулачных шайб — один для переднего, а другой для заднего ходов, сдвинутых между собою на угол реверса (см. рис. 27, б).

Съемные кулачные шайбы изготовляют из модифицированного или сверхпрочного чугуна или из стали 45, 40Х, подвергнутой улучшению и поверхностной закалке, а также из легированных сталей 15ХНЗА, 13Н2А.

130