UKŁAD TŁOKOWO KORBOWY, Siłownia, Materiały na kurs-II oficer mechanik, SILNIKI, Silniki

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->UKŁAD TŁOKOWO-KORBOWYWiadomości podstawoweZadaniem układu tłokowo-korbowego jest zamiana ruchu posuwisto-zwrotnego (oscylacyjnego) tłoka na ruchobrotowy wału korbowego, wywołany działaniem momentu obrotowego, pochodzącego od sił gazowychdziałających na tłok (tłoki). Zale nie od sposobu równowa enia siły PNrozró nia się dwa rodzaje układówtłokowo-korbowych:•układ tłokowo-korbowy silnika bezwodzikowego,•układ tłokowo-korbowy silnika wodzikowego.Układ tłokowo-korbowy silnika bezwodzikowego składa się ztłoka, korbowodu, wału korbowego, ło ysk:głównych, korbowych i sworzniowych oraz koła zamachowego.W górnej, uszczelniającej części tłoka znajdują się pierścienie uszczelniające 2, osadzone w .rowkach 2a ipierścienie 3, osadzone w rowkach 3a.Pierścienie olejowe mogą być równie zakładane w dolnej partiiczęści prowadzącej tłoka. Sworzeń 4 mocowany w piastach tłoka łączy przegubowo tłok 1 z korbowodem 7.Dolną część korbowodu stanowi ło ysko korbowe 15, za którego pomocą korbowód, a tym samym i tłok, łącząsię z wałem korbowym. Przykład tłoka i korbowód pokazany na rys. 6.1. jest typowym, chocia nie jedynymrozwiązaniem. Istnieje wiele innych rozwiązań zespołu tłok-korbowód silnika bezwodzikowego, które opisanow dalszych partiach rozdziału.Przykład tłoka i korbowodu silnika wodzikowego z wodzikiem jednostronnym a) i z wodzikiem dwustronnymb) pokazano na rys. 6.2. Tłok 1, przez trzon tłokowy 2 i wodzik 3, łączy się z korbowodem 4. Trzon tłokowyjest osadzony na stałe w sworzniu wodzika, natomiast wodzik z korbowodem łączą się ruchowo. Sworzeńwodzika jest podparty w ło yskach wodzikowych 5. Ły wa wodzika 6, przez swe powierzchnieślizgoweprzenosi na prowadnicę wodzika siły PN prostopadłe do osi cylindra. Ło yska wodzikowe 5 i korbowe 7 sąmocowane do górnej i dolnej stopy korbowoduśrubamipasowanymi.Układ ten, podlegający okresowo zmiennym obcią eniom, w istotnym stopniu decyduje o niezawodności itrwałości silnika.Z tych względów, opierając się na szczegółowo rozpoznanych warunkach pracy (obcią eń izagro eń) i wykorzystując najnowsze zdobycze nauki i techniki wszystkie elementy tego układu, a zwłaszczatłoki i ło yska, projektuje się i wykonuje z wielką starannością i uwagą. Zrozumiałe jest, e i podczas-u ytkowania układ ten wymaga fachowej - starannej i poprawnej technicznie - obsługi bieąceji konserwacji.Wszystkie części układu znajdują się w zamkniętej skrzyni korbowej, uniemo liwiającej ich bezpośredniąobserwację podczas ruchu silnika. Z tego powodu nawet pozornie drobna usterka lub uszkodzenie mogą byćprzyczyną powa nych uszkodzeń. Na przykład poluzowanie się nakrętkiśrubyło yska korbowego, niezauwa one i nie usunięte w porę, spowoduje niewątpliwie urwanieśrubło yskowych, odpadnięcie pokrywyło yskowej i w konsekwencji rozbicie skrzyni korbowej.Tłoki silników okrętowychZadania i warunki pracy. Rodzaje tłoków.Główne zadania tłoka toszczelne, suwliwe zamknięcie przestrzeni roboczej cylindra (przy jednoczesnymzapobieganiu przedostawania się oleju z gładzi cylindrowej do komory spalania) oraz przeniesienie zapośrednictwem pozostałych elementów układu tłokowo-korbowego sił gazowych na wał korbowy. Tłokisilników bezwodzikowych przenoszą ponadto siły nacisków bocznych PN naścianytulei cylindrowej. Tłokisilników dwusuwowych mogą współdziałać w procesie wymiany czynnika roboczego, sterując rozrządempowietrza i spalin (odsłanianie i przysłanianie okien do- i wylotu czynnika roboczego). Odpowiedniowyprofilowane denko tłoka współdziała w procesie płukania i powstawania mieszanki palnej. W silnikachdwusuwowych, z zamkniętą przestrzenią podtłokową, dolna część tłoka spełniać mo e zadanie tłoka sprę arkipowietrza ładującego.Warunki pracy.Spośród wszystkich części silnika wysokoprę nego obcią enie tłoka jest największe i najbardziej ró norodne.Tłok obcią ony jestmechanicznie siłami gazowymi i masowymi oraz cieplnie. Decydujące są tu naprę eniapowodowane ró nicą temperatur jegościanek.Najbardziej nara one na te obcią enia są:•denko tłoka; w wyniku okresowo zmiennych temperatur czynnika roboczego, nakładających się na quasi-statyczny przebieg temperatury denka, powstają w jego rejonie zmienne naprę enia cieplne, mogącepowodować pęknięcia, natomiast wskutek wysokich temperatur mogą powstać powierzchniowe ubytkimateriału, tzw. wypalenia;• rowki pierścieni tłokowych zniekształcane (trapezowe wybicia) pierścieniami tłokowymi;•mostki między rowkami; w określonych warunkach obcią enia (du e wartości pmaxi du a szybkość jegonarastania) mogą powstać na dnie rowka pęknięcia zmęczeniowe, a wskutek tego wykruszenia materiału,zwłaszcza między pierwszym a drugim pierścieniem;• piasta sworznia tłokowego; na górnej powierzchni piasty, zwykle od strony krawędzi wewnętrznej, mogąpowstać włoskowate pęknięcia zmęczeniowe.Temperatura i jej rozkład naściankachtłoka, a zatem i w określonym stopniu naprę enia cieplne zaleąodczynników konstrukcyjnych (materiału tłoka, sposobu jego chłodzenia itp.) i stopnia obcią enia silnika. Dlaporównywalnych rozwiązań konstrukcyjnych i warunków obcią enia tłoki chłodzone olejem mają wy szetemperatury w porównaniu z tłokami zale chłodzonymi wodą. Temperatura tłoka zale y tak e odprzewodności cieplnej jego materiału. Najni sze temperatury mają tłoki wykonane ze stopów lekkich. Nale yrównie zauwa yć, e spośród wszystkich elementów komory spalania najwy szą temperaturę ma tłok.Rodzaje tłoków.W zale ności od sposobu prowadzenia tłoka (sposobu kiedy równowa enia siłyPN)rozró nia się:•tłoki silników bezwodzikowych•tłoki silników wodzikowychZe względu na stosowane materiały mo na wyró nić:•tłoki eliwne,jednoczęściowe•tłoki ze stopów aluminium,•tłoki staliwno- eliwne,składane• tłoki stalowo- eliwne.Według kryterium konstrukcyjnego rozró nia się:• tłoki jednoczęściowe•tłoki składane (wieloczęściowe)•tłoki krótkie• tłoki długie•tłoki ze sworzniem cylindrycznym•tłoki ze sworzniem kulistymdotyczy bezwodzikowychPodczas pracy tłoki silników okrętowych nagrzewają się w takim stopniu, e wymagane jest ich chłodzenie. Dotego celu stosuje się olej smarowy lub wodę słodką. Czynniki te doprowadza się na wewnętrzną powierzchniędenka tłoka.Podstawowe informacje o budowie tłokówWybór materiału na tłok, jak te rozwiązanie i kształt konstrukcyjny tłoka zaleąod rodzaju i wielkości silnika,szczególnie zaś od mocy jednostkowej i prędkości obrotowej silnika, sposobu równowa enia siły poprzecznejPNoraz od zadań dodatkowych, jakie spełnia tłok.MateriałyMateriał stosowany na tłoki powinien sprostać wielu ró norodnym, niekiedy sprzecznym wymaganiom.Najwa niejsze z nich, w aspekcie technicznym (pomija się mo liwość zakupu, cenę itp.) to:•du a wytrzymałość - równie w wysokich temperaturach,• du a odporność na powstawanie pęknięć pod wpływem zmiennych obcią eń cieplnych,• dobre własności cierne, co oznacza, między innymi, duąodporność naścieranie,małe skłonności dozacierania się, mały współczynnik tarcia,• mała rozszerzalność cieplna, taka by kształt tłoka nie zmieniał się pod wpływem temperatury, a luz tłoka wtulei w stanie zimnym był mo liwie mały,•du a przewodność cieplna, gwarantująca dobre odprowadzanie ciepła, a w rezultacie utrzymująca niskietemperatury tłoka,• mały cię ar właściwy, warunkujący małe obcią enia mechaniczne układu tłokowego siłami masowymi;własność szczególnie poądanaprzy silnikachśrednio-i szybkoobrotowych,• dobre własności technologiczne, zwłaszcza lejność i obrabialność. Praktycznie nie ma materiału, który byspełniał zadowalająco wszystkie wymagania. Tak więc - z konieczności - wybór materiału na tłok polega nakompromisowym uwzględnieniu wy ej wymienionych cech dla danego silnika i przewidywanych warunkówjego pracy.dotyczy silników wodzikowychStosowanie materiałów wiązanych lub budowa tłoków składanych z ró nych materiałów umo liwia takiedobranie materiałów, aby w ró nych rejonach tłoka ich właściwości były optymalnie dostosowane dowystępujących tam obcią eń.Zasadniczymi materiałami,stosowanymi do budowy tłoków silników okrętowych są: eliwo, staliwo lub stali stopy aluminium.eliwa.eliwa stosuje się do budowy tłoków silnikówśrednio-i wolnoobrotowych - jednoczęściowych lubskładanych. W tym ostatnim wypadku z eliwa wykonuje się część kompresyjną tłoka lub prowadzącą.eliwo ma stosunkowo mały współczynnik rozszerzalności cieplnej, dzięki czemu tłoki mogą być pasowane wcylindrach z małymi luzami. Dodatnimi cechami eliwa są dobre własnościślizgowe,du a odporność naścieranie,wytrzymałość na du e obcią enia cieplne oraz zachowanie w wysokich temperaturach (do 400°C)dostatecznej wytrzymałości i twardości. Głównymi wadami eliwa jako materiału na tłok są du y cię ar i małaprzewodność cieplna, wskutek czego temperatura tłoków eliwnych w czasie pracy jest wysoka (por. rys. 6.5).eliwo przeznaczone na budowę tłoków ma zwykle strukturę perlityczną, z siatką drobnego grafitu oraznastępujący skład: C = 3,2-3,65%, Si = 2,1-2,5%, P + S = 0,3% [23]. eliwo przeznaczone na tłoki zawieraćmo e tak e dodatki stopowe, nadające mu bardziej drobnoziarnistą strukturę i zwiększające jego wytrzymałość.Jako dodatki stopowe stosuje się: Cr, Ni, Mo i Cu.Staliwa i stale.Materiały te stosuje się głównie na głowice (denka) tłoków składanych (por. rys.6.16a).Stal(staliwo) ma duąwytrzymałość. Z tego względu denka tłoków mogą być stosunkowo cienkie i dlatego małoobcią one cieplnie. W starszych konstrukcjach u ywano do tego celu staliwa o przeciętnym składziechemicznym: C = 1,5=1,7%, Mn = 0,8=1%, Cr = 0,1=0,15%, Cu = 1-2%. Obecnie głowice tłoków, zwłaszcza ośrednicyD > 500 mm wykonuje się ze stali. Najczęściej stosowane są obecńie stale 40 Mn 4 znormalizowane,X45 Cr Si 9 ulepszona lub aroodporna, na przykład 24 Cr Mn V 55 0 niskiej zawartości węgla (0,18=0,25%).Stopy aluminium.Stopy aluminium, zwane równie stopami lekkimi, przeznaczone są głównie na tłokisilnikówśrednio-i szybkoobrotowych małej iśredniejmocy, a obecnie równie coraz powszechniej na tłokisilników ośrednicydo 500 mm. Materiał ten stosuje się tak e na część prowadzącą tłoków składanych. Małycię ar właściwy stopów aluminium umo liwia stosowanie zwiększonych prędkości obrotowych silnika, bezobawy nadmiernego wzrostu sił masowych. Stopy aluminium mają mniejszy współczynnik tarcia ni eliwo,natomiast du y współczynnik przewodności cieplnej. Do wad stopów lekkich nale y zaliczyć du ywspółczynnik rozszerzalności cieplnej i spadek wytrzymałości w wy szych temperaturach. Stosunkowo maływspółczynnik rozszerzalności cieplnej mają stopy aluminium ze znacznym dodatkiem krzemu, tzw. stopy Al-Si(Si do 26%), z których wykonuje się obecnie większość tłoków. Przykładowo podaje się skład jednego zestopów Al-Si: Si =11=13%, Cu = 0,8=1,5%, Ni = 1,3%, pozostałe procenty odnoszą się do Al.Materiały wiązane i sposoby ulepszania własności materiałów.Jak ju wspomniano, aden materiał na tłokinie spełnia wymaganychądań,obcią enia bowiem poszczególnych partii tłoka są znacznie zró nicowane. Wceluzwiększenia trwałości tłoka, strefy szczególnie obcią one - krawędzie denka, powierzchnie rowków itp. -wzmacnia się innym materiałem lub ulepsza lokalnie. Opracowano i zastosowano w tym zakresie wieleró nych technologii. Pomijając powszechnie znane technologie, takie jak miejscowe hartowanie, chromowanie,wtapianie wkładek podpierścieniowych itpTłoki silników bezwodzikowychStosownie do spełnianych zadań przez tłok mo na w nim wyró nić część uszczelniającą 1 i prowadzącą 2 (rys.6.8). W części uszczelniającej, lekko sto kowej, zamkniętej od góry denkiem 3, znajdują się rowki pierścieniuszczelniających 4 i rowek pierścienia olejowego 5. Rowki pierścieni olejowych mogą znajdować się tak e wdolnej partii części prowadzącej. Część prowadząca w górnej i dolnej partii jest cylindryczna, natomiast wpartii piast 6 przekroje poprzeczne są owalne, jak pokazano na rys. 6.8b. Długość 1 części prowadzącej 2, wzale ności od siłyPNnacisku tłoka na gładź i nacisków dopuszczalnychpdopjest tak dobierana, abynaciskptłoka na gładźp=PNDl≤pdop(1 i D wg oznaczeń na rys. 6.8) nie przekraczał wartości dopuszczalnych dla danych materiałów i warunkówpracy.Rys. 6.8. Tłok silnika bezwodzikowego1-część uszczelniająca; 2-część prowadząca; 3-denko tłoka; 4-rowki pierścieni uszczelniających; 5- rowkipierścieni olejowych; 6- piasta sworzniaGeometria tłoka. Podczas pracy tłok, a zwłaszcza jego część górna, ulega cieplnym i mechanicznymodkształceniom (rys. 6.9). Odkształcenia te zaleąod pola temperatur tłoka oraz od sił obcią ających tłok.Sto kowatość części uszczelniającej i owalność części prowadzącej są uwarunkowane przyrostem termicznymwymiarów tłoka. Kształt tłoka w stanie zimnym musi być tak dobrany, aby w czasie pracy, po nagrzaniu się iodkształceniu, osiągnął on wymiary regularnego walca. W pierwszym przybli eniu uproszczony rozkładtemperatury wzdłu tworzącej tłoka ilustruje rys. 6.10. Na rozkład temperatury wzdłu tworzącej tłoka wpłaszczyźnie osi sworznia (charakterystykatb)dodatkowy wpływ wywiera ciepło równowa ne stratom tarcia wło ysku sworzniowym.Denka tłoków.Denka tłoków przejmują naciski spalin oraz odprowadzają ciepło do pierścieni tłokowych.Denka tłoków silnikówśrednich,du ych i wielkich mocy są u ebrowane od strony wewnętrznej. ebrazwiększają wytrzymałość denka i polepszają jego chłodzenie, wskutek czego denka te mają mniejszą grubość.Małe grubości denek są korzystne ze względu na naprę enia cieplne, których wartość jest odwrotnieproporcjonalna do grubościściankidenka.Kształt denek zale y odrodzaju silnika (2- lub 4-suwowy), kształtu komory spalania oraz zadań, jakie tłokspełnia w procesie wymiany ładunku i tworzenia mieszanki palnej. Ró norodne kształty mają zwłaszcza denkatłoków silników 2-suwowych ze względu na współudział tłoka w procesie wymiany ładunku. Rowkipierścieniowe. Rowki pierścieniowe, wytoczone w części uszczelniającej tłoka, słuądo osadzenia iprowadzenia pierścieni uszczelniających 1. W tej części tłoka mo e się tak e znajdować rowek pierścienia ole-jowego 2. Jeśli tłok ma dwa pierścienie olejowe to jeden lub oba mogą być zakładane w rowkach wytoczonychw dolnej partii części prowadzącej.Pierwszy rowek pierścienia uszczelniającego znajduje się poza strefą denka, poni ej wewnętrznej powierzchnidenka, odległy o wymiar a. Rozwiązanie to chroni rowek i znajdujący się w nim pierścień przed nadmiernymnagrzewaniem się od denka tłoka. W tłokach szczególnie obcią onych cieplnie stosuje się niekiedy szczelinowerowki 3 stanowiące barierę cieplną dla górnego pierścienia. Utrzymanie podczas pracy temperatury pierwszegopierścienia uszczelniającego poni ej określonej wartości, zwykle < 200-230 °C, zapobiega koksowaniu paliwa ioleju w szczelinie między rowkiem a pierścieniem, a tym samym unieruchomieniu pierścienia w rowku.Rowkipierścieni tłokowych mają zwykle przekrój prostokątny, ale spotyka się równie rowki o przekrojutrapezowym i półokrągłym.Rowki o przekroju trapezowym stosuje się w tłokach o du ym obcią eniucieplnym. Pierścienie trapezowe wykazują mniejszą skłonność do zapiekania się ni pierścienie prostokątne.Zaokrąglenie krawędzi dna rowków łagodzi działanie karbu (zmniejsza spiętrzenie naprę eń). Rowkipółokrągłe stosuje się w silnikach o du ym obcią eniu cieplnym.Chłodzenie.Tłoki współczesnych silników bezwodzikowych wymagają chłodzenia, je eli ichśrednicanominalna D ma wymiar większy od:•200=300 mm dla silników 2-suwowych,•250=350 mm dla silników 4-suwowych.Decydująca w tym względzie jest tak e wielkośćśredniegociśnienia efektywnegope.W miarę wzrostu petrzeba chłodzić tłoki o coraz mniejszejśrednicy.Tłoki silników bezwodzikowych chłodzi siętym samymolejem, jaki znajduje się w obiegu smarowym silnika. Zwykle olej chłodzący doprowadza się do tłokówkanałem wydrą onym w korbowodzie lub rurami teleskopowymi. Olej chłodzący mo e bezpośrednio omywaćwewnętrzną powierzchnię denka lub przepływać przez wę ownicę rurową wtopioną w materiał denka.Tłoki silników wodzikowychTłoki silników wodzikowych (rys. 6.16.) wykonuje się jako składane z części uszczelniającej 1 (kompresyjnej)i prowadzącej 2. Obie części są połączone przez tzw. trzon tłokowy 3. W silnikach, w których tłokwspółuczestniczy w procesie wymiany ładunku, łączna jego długość jest co najmniej równa skokowi, by wpoło eniuGMPzasłaniał okna wymiany ładunku. Część uszczelniająca tłoka, podobnie jak tłoka silnikabezwodzikowego, jest sto kowa, o zbie ności zale nej od wiellcości odkształceń termicznychRys 6.16. Tłoki silników wodzikowych chłodzonych olejem:1- część uszczelniająca; 2 - część prowadząca;3 -trzon tłokowy; 4 - kierownica rozprowadzająca olejchłodzący; 5- ruraściekowaoleju; 6- pierścień uszczelniający; 7- pierścienie prowadzące [ Pobierz całość w formacie PDF ]

  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • emaginacja.xlx.pl

    •