Втулка цилиндра двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением

 

Сущность изобретения: втулка цилиндров двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением содержит опорный бурт 1, поверхность охлаждения 3 и центрирующие пояски 2. Образующая поверхности охлаждения 3 выполнена в виде внешней ветви конхоиды Никомеда с вершиной, лежащей по середине поверхности охлаждения, и двумя точками, симметричными относительно вершины, ограничивающими поверхность охлаждения по высоте втулки. Точки перегиба конхоиды расположены за пределами образующей поверхности охлаждения втулки. На работающем двигателе предложенный профиль стенки втулки по высоте цилиндра предупреждает возникновение кавитации за счет того, что при контактном взаимодействии поршня с втулкой за время действия возбуждающего ускорения динамическая деформация протекает без изменения знака кривизны ее стенки как в окружном, так и в продольном направлениях. Изобретение обеспечивает защиту втулок от повреждений со стороны охлаждающей жидкости и повышает срок службы втулок цилиндров. 3 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано для повышения срока службы втулок цилиндров дизелей различного народно-хозяйственного назначения.

Кавитационные повреждения втулок цилиндров существенно снижают ресурс ряда дизелей, например, Ч15/15, Ч15/18, Ч18/20 и др. Детали с глубиной повреждения более 1/3 толщины их стенок заменяют новыми раньше срока, определяемого износом.

Известны втулки цилиндров с охлаждаемой поверхностью, выполненной в форме кругового прямого цилиндра, с хромовым гальванопокрытием, наносимым на эту поверхность, с целью устранения или уменьшения вероятности кавитационных повреждений этих деталей, причем введение в производственную практику защитного хромового гальванопокрытия сопровождалось одновременным увеличением толщины стенок втулок цилиндров (Иванченко Н.Н. Скуридин А.А. Никитин М.Д. "Кавитационные разрушения в дизелях". Л. Машиностроение, 1970, с.150.) Известна также принятая за прототип втулка цилиндров, имеющая кольцевое утолщение стенки в средней части по высоте охлаждаемой поверхности, а сама охлаждаемая поверхность выше кольцевого уплотнения и ниже его выполнена в форме кругового прямого цилиндра, но толщина стенки в верхней части втулки меньше толщины стенки в нижней ее части. При этом вся охлаждаемая поверхность обкатывается роликом с целью улучшения физико-механических характеристик поверхностного слоя материала, после чего на эту поверхность наносится хромовое гальванопокрытие.

Недостатком известных конструктивных исполнений втулок цилиндров является то, что они подвержены кавитационным повреждениям и меры по устранению этих повреждений, применяемые до сих пор, не устраняют самой причины возникновения кавитации, поскольку не изменяют деформативных свойств конструкции и вследствие этого не влияют на форму ее деформаций, с которой связано возникновение кавитации.

Задачей настоящего изобретения является повышение срока службы втулок цилиндров за счет устранения причины возникновения кавитационных повреждений в них путем изменения деформативных свойств втулки таким образом, чтобы обеспечить пребывание ее в желательной предусмотренной конструктором форме деформированного состояния, при которой исключается сама возможность возникновения кавитации.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что во втулке цилиндра двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, содержащей опорный бурт, поверхность охлаждения с образующей и центрирующие пояски, образующая поверхности охлаждения выполнена в виде внешней ветки конхоиды Никомеда с вершиной, лежащей посередине поверхности охлаждения и двумя точками, симметричными относительно вершины, ограничивающими поверхность охлаждения по высоте втулки, при этом точки перегиба конхоиды расположены за пределами образующей поверхности охлаждения.

Совокупность существенных признаков заявляемого изобретения достаточна и необходима для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата поставленной задачи.

На фиг. 1 показана втулка цилиндров, продольный разрез; на фиг. 2 - условия равновесия элемента балки полоски единичной ширины на упругом винклеровском основании в известных аналогах; фиг. 3 условия равновесия элемента балки полоски единичной ширины на упругом винклеровском основании в предлагаемом изобретении.

Втулка цилиндров (фиг. 1) содержит опорный бурт 1, центрирующие пояски 2 и поверхность охлаждения 3. Поверхность охлаждения 3 образована вращением вокруг оси втулки кривой, которая представляет собой внешнюю ветвь конхоиды Никомеда с центром 0, базисной прямой и отрезком Н постоянной длины (Н=АВ). Конструирование образующей проводится по наперед заданным условиям точкам: A, E, F, числовые отметки которых Н, как и всех других точек на конхоиде, связаны зависимостью где r полярная координата; а=ОВ; Н=ВА=СД= v меняется от какого-либо значения vo до o+ Практически точки конхоиды, внешней ее ветви, строятся на лучах пучка 0 откладыванием от базисной прямой hH отрезка постоянной длины H в разные стороны.

В соответствии с внешним проявлением кавитационных повреждений решается задача построения физической картины поведения полей деформации стенки втулки в продольном направлении.

Известно, что элемент оболочки, выделенный в меридиональном направлении, испытывает при деформации радиальный отпор, пропорциональный величине окружного усилия, которое в свою очередь пропорционально радиальному смещению. Исходя из этих соображений, моделью втулки отражающей ее поведение в продольном направлении, служит пластинка единичной ширины на сплошном упругом винклеровском основании (роль упругого основания здесь играет реакция кольцевых слоев втулки на радиальное перемещение), фиг. 2.

При расчете деталей, опирающихся на упругое основание, по гипотезе распределения давлений, пропорциональных прогибам W(x) (балка постоянного сечения на упругом основании) однородное уравнение удобно записать в виде WIV+k4W=0 где W(x) зависит от распределения нагрузки во всех других сечениях; k коэффициент пропорциональности.

Решение этого уравнения сложно даже при самом простом нагружении балки силой, приложенной внутри пролета.

Поэтому анализ его проводится в сочетании с графическим решением. Таким решением, учитывающим эффекты возникновения точек перегиба на упругой линии стенки детали, является конхоида Никомеда, внешняя ее ветвь. Сущность выражается в следующем.

Так как Wx есть прогиб балки полоски на упругом основании, то со стороны упругого основания возникает распределенная нагрузка.

gk(x)=-kW(x) Знак минус в этой формуле имеет принципиальное значение: возникающее усилие направлено в сторону, противоположную прогибу.

Вследствие этого реакция основания gk(x) укорачивает амплитуду поперечных смещений, вызываемых действием распределенной нагрузки со стороны поршня gn(x), и это приводит к четко выраженной точке на дне кривой, упругой линии, огибающей последовательные значения (см. фиг. 2).

Эффекты весьма существенны: с ними связано возникновение кавитации и кавитационных повреждений ("Двигателестроение", 1987, N7, с.56-57).

В связи с этим, требуя отсутствия точек перегиба на упругой линии стенки втулки как причины возникновения кавитации, представляется возможным охарактеризовать условия, обеспечивающие пребывание втулки в желательной предусмотренной конструктором форме деформированного состояния: каждая грамотно сконструированная втулка должна быть геометрически неизгибаемой.

Этим условиям в определенной степени соответствует конструкция, показанная на фиг. 1. Сравним деформативные свойства этой конструкции с деформативными свойствами штатной втулки.

Деформация растяжения, сопровождающая изгиб стенки втулки на фиг.2, является эффектом второго порядка малости по сравнению с величиной самого прогиба.

Совершенно иное положение имеет место при деформации стенки втулки, показанной на фиг. 3; здесь растяжение есть эффект первого порядка и поэтому играет существенную роль даже при слабом изгибе. При этом энергия упругой деформации растяжения и изгиба соотносятся следующим образом.

Пусть R есть порядок величины радиуса кривизны стенки втулки на фиг.1 (или, что то же, на фиг.3), который совпадает с порядком величины размеров втулки. Тогда тензор информации растяжения, сопровождающего изгиб, порядка W/R, соответствующий тензор напряжений EW/R, а энергия деформации растяжения (отнесенная к единице длины балки полоски) Eh(W/R)2. Энергия же чистого изгиба по прежнему Eh3W2/R4 (здесь Е модуль Юнга; h толщина стенки втулки).

Легко видеть, что величина отношения энергии растяжения к энергии изгиба (для конструкции на фиг.1) (R/h)2, т.е. очень большая. Важно подчеркнуть, что это имеет место независимо от соотношения между величиной W изгиба и толщиной стенки h, в то время как при изгибе стенки втулки на фиг.2 растяжение начинает играть роль только при W h (Ландау Л.Д. Лифшиц Е.М. Теория упругости. М. Наука, т.7, с.244).

Таким образом, срок службы предлагаемой втулки цилиндров повышается за счет изменения ее деформативных свойств, которые обеспечивают пребывание этой конструкции в желательной предусмотренной конструктором форме деформированного состояния без точек перегиба на упругой линии стенки втулки в продольном направлении.

В результате этого исключается сама возможность возникновения кавитации и кавитационных повреждений и, следовательно, отпадает необходимость в разработке эффективных мер защиты втулок от повреждений со стороны охлаждающей жидкости.

Вместе с тем деформативные свойства втулки предлагаемого конструктивного исполнения способствуют формированию качественной поверхности трения поршневых колец и тронка поршня о стенку втулки.

Применение предлагаемого изобретения в народном хозяйстве позволит получить значительный экономический эффект.


Формула изобретения

Втулка цилиндра двигателя внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, содержащая опорный бурт, поверхность охлаждения с образующей и центрирующие пояски, отличающаяся тем, что образующая поверхности охлаждения выполнена в виде внешней ветви конхоиды Никомеда с вершиной, лежащей посередине поверхности охлаждения, и двумя точками, симметричными относительно вершины, ограничивающими поверхность охлаждения по высоте втулки, при этом точки перегиба конхоиды расположены за пределами образующей поверхности охлаждения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению, преимущественно к способам ремонта корпусных элементов двигателей внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двухтактным двигателям внутреннего сгорания, и позволяет упростить конструкцию и снизить брак при изготовлении

Изобретение относится к машиностроению , в частности к двигателестроению, и предназначено для Солее эффективного охлаждения гильз цилиндров двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к дизелестроению и позволяет обеспечить равномерное распределение температуры по высоте и периметру втулки цилиндра, снизить ее теплонапряженность и повысить надежность

Изобретение относится к моторостроению и позволяет повысить топливную экономичность и упростить конструкцию двигателя путем оптимизации теплового состояния гильзы цилиндра

Изобретение относится к области транспортного двигателестроения и позволяет повысить надежность и долговечность втулки цилиндра за счет выравнивания деформации зеркала втулки в рабочем состоянии в зоне камеры сгорания

Изобретение относится к двигателестроению и позволяет снизить трудоемкость и стоимость ремонта двигателя путем вывода изношенного участка втулки из зоны контакта поршневых колец с втулкой ципиндра

Изобретение относится к двигателестроению и позволяет повысить надежность

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к поршневым двухцилиндровым четырехтактным карбюраторным двигателям жидкостного охлаждения с оппозитным расположением цилиндров в горизонтальной плоскости, например мотоциклов "Урал", "Днепр"

Изобретение относится к двигателестроению, преимущественно к двухтактным дизельным двигателям с водяным охлаждением

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания (ДВС) жидкостного охлаждения

Изобретение относится к двигателестроению и направлено на повышение эффективности охлаждения головки блока цилиндров, преимущественно, форсированного двигателя внутреннего сгорания

Изобретение относится к системам жидкостного охлаждения двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано в карбюраторных и дизельных двигателях
Наверх