Методы крепления пружин к стержням клапанов механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания
Пружины крепятся к стержню клапана посредством опорной тарелки (8) [рис. 1, в)] и конических (9) либо цилиндрических (10) сухариков или конуса (11), расположенного на хвостовике стержня.
Рис. 1. Конструктивные формы клапанов и способы их крепления.
а) – Выпускной клапан форсированного двигателя;
б) – Формы тарелок клапанов:
I – Плоская тарелка клапана;
II – Тюльпанообразная тарелка клапана;
III – Выпуклая тарелка клапана;
в) – Способы крепления пружин на клапанах;
1) – Стержень клапана;
2) – Тарелка клапана;
4) – Жаропрочная наплавка тарелки клапана;
5) – Металлический натрий;
6) – Выточка для предохранительного кольца;
7) – Кольцевая проточка под сухарики;
8) – Опорная шайба пружины;
9) – Конические сухарики;
10) – Цилиндрические сухарики;
11) – Конус на хвостовике;
12) – Коническая втулка.
Широкое распространение получил первый способ. На основной массе двигателей (ЗМЗ, КамАЗ, ЯМЗ, СМД) в соединение клапана с пружинами посредством сухарей и тарелки вводится коническая (12) [рис. 1, в)] либо цилиндрическая втулка (3) [рис. 2]. Данный тип крепления позволяет уменьшить не только опорную поверхность, но и силы трения между втулкой и тарелкой, что даёт возможность клапану проворачиваться в процессе работы двигателя. Этим создаётся эффект самопритирания фасок тарелки (головки) клапана и седла, а также предотвращается формирование нагара на них. Помимо этого, снижается односторонний износ направляющей втулки и стержня клапана.
2.1.2. Привод к распределительному валу
Нижний распределительный вал чаще всего своей шестерней соединяется непосредственно с шестерней коленчатого вала. Только при большом удалении распределительного вала от коленчатого вала вводится промежуточная шестерня или цепная передача.
Верхние распределительные валы могут приводиться в движение при помощи системы промежуточных валов с коническими или винтовыми шестернями, а также с помощью цилиндрических шестерен, зубчатого ремня или цепи.
Винтовые шестерни обеспечивают компактность привода, но применяются редко из-за низкого КПД и большого износа зубьев.
Передача цилиндрическими шестернями состоит обычно из большого числа промежуточных шестерен. Для размещения их осей впереди или сзади блока выполняется жесткая коробка. Из-за сложности и громоздкости эта передача применяется редко.
Цепная передача удобна тем, что расстояния между осями соединяемых шестерен можно выбирать произвольно, вследствие чего отпадает необходимость в промежуточных шестернях. По сравнению с передачей цилиндрическими шестернями цепная передача проще и легче, но условия работы цепи неблагоприятны из-за резко переменных нагрузок, вызывающих вибрацию цепи. Для обеспечения постоянного натяжения цепи устанавливается натяжной механизм.
2.2. Элементы механизма газораспределения
Клапаны, головки которых являются частью поверхности камеры сгорания, подвергаются действию больших динамических нагрузок и высоких температур. Максимальная сила газов, действующих на клапан, в зависимости от величины давления и диаметра клапана может достигать 10–20 кН, а в форсированных наддувом двигателях 30 кН.
Температура выпускного клапана в бензиновых двигателях достигает 800–850 °С, в дизелях 500–600 °С. В такте выпуска головка и часть стержня клапана омываются газами со средней температурой 1100–1200 °С в бензиновом двигателе и 700–900 °С – в дизелях. Скорость газов в начале выпуска достигает 400–600 м/сек. Все это, а также наличие в топливе свинца и серы создает благоприятные условия для коррозии клапана, особенно выступающих кромок фаски. Одновременно с коррозией происходит эрозия клапанов потоком газа. В связи с этим материал выпускных клапанов должен быть жаростойким, т. е. не терять высоких механических качеств и не поддаваться коррозии при высокой температуре.
Форма головки клапана должна соответствовать его назначению. Для впускных клапанов переход от стержня к головке выполняется радиусом большого размера. Со стороны цилиндра головка делается или плоской (рис. 2.21а) – для небольших клапанов, или в целях облегчения клапана вогнутой или тюльпанообразной (рис. 2.21б). Головка выпускного клапана для придания ей большей жесткости и улучшения обтекаемости со стороны цилиндра выполняется, как правило, выпуклой (рис. 2.21в).
Для того чтобы понизить температуру выпускных клапанов, увеличивают диаметр стержня и удлиняют направляющую втулку, приближая ее к головке клапана. Чтобы избежать заедания стержня клапана во втулке при его нагревании, уменьшают диаметр стержня у головки или увеличивают внутренний диаметр втулки. Направляющая втулка впускного клапана не должна значительно выступать в канале, чтобы не уменьшать его проходного сечения.
Рис. 2.21. Клапаны ДВС
В сильно форсированных двигателях выпускные клапаны делаются пустотелыми (рис. 2.21г) и на 50–60% заполняются натрием, температура плавления которого 97 °С. При рабочей температуре клапана натрий находится в жидкой фазе и, взбалтываясь при его движении, способствует более интенсивному переносу тепла от головки к стержню клапана.
Угол фаски у выпускных клапанов в большинстве двигателей делается равным 45°, у впускных клапанов 45° и 30°. Со стороны стержня головке придается коническая форма. Угол при основании конуса (у фаски) должен составлять 12–15°, что соответствует наилучшим условиям обтекания.
Диаметр стержня клапана зависит от того, нагружается или не нагружается стержень боковыми усилиями при открывании клапана.
Длина стержня зависит от расположения клапана и может изменяться в широких пределах. При верхнем расположении клапана длина его должна быть возможно меньшей. При боковом расположении длина клапана выбирается из условий компоновки.
На конце стержня клапана крепится тарелка пружины. Наиболее распространена конструкция крепления, когда тарелка пружины соединяется с клапаном с помощью конических сухариков. Сухарики охватывают выточку на стержне клапана и сами зажимаются в коническом отверстии тарелки (рис. 2.22). Наиболее простая форма выточки – цилиндрическая с галтелями. Применяются и более сложные выточки – конические, с одним или двумя поясками. Диаметр выточки делается равным 0.65–0.75 от диаметра стержня, угол конуса 10–15°. Высота сухариков принимается примерно равной диаметру стержня.
Иногда при непосредственном приводе тарелка ввертывается в стержень клапана и фиксируется с помощью замка, на верхней поверхности которого, так же как и на нижней поверхности тарелки, имеются треугольные зубчики. В некоторых двигателях тарелка клапана контрится дополнительной тарелкой, хвостовик которой навинчивается на наружную резьбу стержня клапана. В некоторых конструкциях вместо конических сухариков тарелка крепится чекой, проходящей через отверстие в стержне клапана.
Торец стержня, по которому ударяет толкатель или коромысло, закаливается. Иногда на конец стержня надевается колпачок из более твердого материала (при верхнем расположении клапанов), предохраняющий его от разбивания (рис. 2.23).
Седло клапана, к которому прижимается головка клапана, растачивается непосредственно в головке или блоке двигателя или представляет собой отдельную деталь в виде кольца, запрессованного в головку или в блок. При чугунной головке блока цилиндров вставное седло обычно делается только под выпускные клапаны, при алюминиевой – обязательно под оба клапана.
Направляющие втулки клапанов изготовляются из чугуна или из алюминиевой бронзы. Бронзовые втулки обеспечивают более интенсивный отвод тепла от стержня клапана и лучше работают в условиях недостаточной смазки.
Рис. 2.22. Крепление тарелки пружины с помощью сухариков
Рис. 2.23. Установка твердосплавного колпачка на стержень клапана
Их обычно устанавливают в форсированных двигателях, в которых условия смазки стержней выпускных клапанов весьма неблагоприятны из-за высокой температуры последних, а стержней впускных клапанов – вследствие выдувания масла воздухом, постоянно находящимся во впускном трубопроводе под избыточным давлением.
Смазка стержней боковых клапанов осуществляется за счет оседающего на них масляного тумана. Для смазки стержней верхних клапанов во втулке делают коническую или цилиндрическую выточку, служащую воронкой для сбора разбрызгиваемого масла, и иногда сверлят отверстия для прохода масла к стержню клапана. Однако в двигателях без наддува наличие таких выточек и отверстий в направляющих втулках клапанов может привести к повышенному расходу масла, которое засасывается в цилиндр во время такта впуска; в таких случаях втулки делаются гладкими, а клапан смазывается только путем разбрызгивания. Для защиты клапана от излишнего количества масла устанавливают специальные манжеты или отражатели.
Пружины клапанов работают в условиях резко меняющихся динамических нагрузок. Широкое распространение получили винтовые пружины, работающие на кручение (рис. 2.24). Концевые витки пружины сближают до соприкосновения и шлифуют, чтобы образовать кольцевую опорную поверхность. Со стороны центрующего буртика опорной тарелки на концевых витках пружины иногда делается фаска, что устраняет давление на галтель тарелки. Шаг витка чаще всего делается постоянным по всей длине пружины (рис. 2.24а), однако при опасности возникновения резонанса пружины выполняются с переменным шагом. Уменьшение шага делается или по направлению к одному концу пружины (рис. 2.24б), обычно в сторону ее неподвижного конца, или от середины к обоим концам (рис. 2.24в). При открытии клапана витки, расположенные ближе один к другому, периодически соприкасаются; число рабочих витков при этом уменьшается, а жесткость и частота собственных колебаний пружины соответственно возрастают. Вследствие этого устраняются условия для возникновения резонанса и возможность чрезмерного увеличения амплитуды колебаний пружины. Для этой же цели пружины иногда делают коническими (рис. 2.24г).Жесткость и частота собственных колебаний такой пружины изменяются по ее длине, и возможность возникновения резонанса исключается. Широким основанием коническая пружина должна опираться на неподвижную поверхность головки или блока.
Рис. 2.24. Винтовые пружины
На нижние клапаны устанавливается одна пружина, на верхние, чтобы уменьшить размеры пружины и обеспечить большую надежность, чаще две, а иногда даже три. При двух пружинах направление витков внутренней и наружной пружин должно быть разным, чтобы при поломке одной из них витки ее не могли попасть между витками другой пружины и вызвать аварию. При нижнем расположении распределительного вала в толкателе можно устанавливать дополнительную пружину, разгружающую пружины клапана от сил инерции штанги и толкателя.
Иногда применяются пружины, работающие на изгиб, и торсионные пружины, позволяющие уменьшить длину стержня клапана.
Распределительный вал предназначен для передачи движения клапанам от коленчатого вала. Он выполняется обычно за одно целое с кулачками и некоторыми элементами привода. Распределительные валы изготовляют из цементуемой или из углеродистой стали (рис. 2.25). Кулачки и шейки подвергают цементации или поверхностной закалке. Диаметр вала выбирают в соответствии с радиусом начальной окружности кулачка. Подшипниками нижних валов служат стальные залитые баббитом или алюминиевые втулки, запрессованные в картер или блок. Шейки вала в этом случае делают увеличенного диаметра с таким расчетом, чтобы через отверстия втулок прошли кулачки вала. Для облегчения монтажа диаметр шеек уменьшают от переднего конца вала к заднему.
Рис. 2.25. Распределительный вал, ведущая шестерня и подшипники
При верхнем расположении распределительные валы вращаются в отверстиях алюминиевых или реже чугунных кронштейнов. В последние устанавливаются вкладыши с заливкой из антифрикционного сплава.
Зазоры в подшипниках распределительных валов находятся в пределах 0.03–0.1 мм.
Фиксация нижнего распределительного вала в осевом направлении осуществляется при помощи стального или бронзового упорного фланца, крепящегося болтами к стенке блока со стороны ведущей шестерни (рис. 2.26а). С одной стороны на этот фланец опирается ступица шестерни, с другой – торец шейки вала. Необходимый осевой зазор обеспечивается дистанционной шайбой, устанавливаемой между ступицей шестерни и шейкой вала. Толщина ее должна быть больше толщины фланца на величину зазора. Иногда фиксация вала осуществляется с одной стороны буртиком вала или ступицей шестерни, а с другой – регулировочным болтом, ввинченным в крышку коробки распределительных шестерен (рис. 2.26б). Конец болта опирается на каленую головку штифта, запрессованного в торец вала. Вместо регулировочного болта может быть установлен поршенек с пружинкой, обеспечивающий постоянное положение распределительного вала в осевом направлении. При съемных крышках подшипников верхних распределительных валов фиксация последних может осуществляться буртиками, опирающимися на торцы упорного подшипника (рис. 2.26в).
Смазка к подшипникам при нижнем расположении распределительных валов подводится по каналам в перегородках картера, при верхнем – через внутреннюю полость вала и отверстия в его опорных шейках. В последнем случае через отверстия в кулачках масло может подводиться и к кулачкам.
Расположение кулачков, управляющих одноименными клапанами, определяется числом и порядком работы цилиндров. Расположение кулачков, управляющих разноименными клапанами одного цилиндра, зависит от фаз газораспределения и от схемы привода.
Рис. 2.26. Осевая фиксация распределительного вала
В современных двигателях применяют следующие виды профилей кулачков распределительных валов: с выпуклым, с вогнутым, с тангенциальным, с профилем, обеспечивающим безударную работу механизма газораспределения.
Толкатели предназначены для непосредственной передачи движения клапанам или штангам механизма газораспределения. Кулачок, в разных конструкциях, соприкасается или непосредственно с головкой толкателя, имеющей цилиндрическую или плоскую поверхность, или с роликом, установленным на оси в нижней части толкателя. При цилиндрической головке и при наличии ролика толкатель не должен поворачиваться вокруг своей оси. При плоской головке поворот толкателя желателен, так как при этом головка и стержень его изнашиваются более равномерно, и в транспортных двигателях широкое распространение получали толкатели с плоской головкой, более простые по конструкции и дешевые в производстве, чем роликовые.
Направляющей толкателя служит отверстие в блоке (при чугунных блоках) или втулка (при алюминиевом блоке). Иногда и при чугунном блоке направляющие толкателей изготовляют в виде отдельных втулок, запрессованных в отверстия блока.
При нижних клапанах в верхнюю часть толкателя ввертывается регулировочный болт, с помощью которого устанавливается необходимый зазор между клапаном и толкателем.
В некоторых автомобильных двигателях иногда применяются гидравлические толкатели, работающие без зазора. В этом случае устраняются удары толкателя о стержень клапана при открытии последнего, а главное – удары клапана о седло в момент зак- рытия.
Смазка толкателей при нижнем расположении клапанов осуществляется преимущественно разбрызгиванием масла. При верхнем расположении клапанов в толкателе делается сферическое гнездо, на которое опирается сферическая головка наконечника штанги. Смазка толкателя в этом случае осуществляется маслом, стекающим по штанге.
Толкатель и штанга как детали, движущиеся с большими ускорениями, должны иметь меньший вес. Толкатели делаются пустотелыми, штанги – в большинстве случаев трубчатого сечения. В верхнюю часть штанги также вставляется наконечник со сферической головкой или гнездом, который соединяет ее с коромыслом.
При большом расстоянии между толкателем и коромыслом штанга получается длинной и недостаточно устойчивой от продольного изгиба, особенно в том случае, когда через нее передаются большие усилия. Для повышения запаса устойчивости штангу в этом случае делят на две части, а между ними располагают короткий цилиндрический ползун, перемещающийся в направляющем отверстии блока. Обе штанги получаются короткими и могут быть выполнены более легкими, чем одна длинная.
Материалом для штанг служит сталь или алюминиевый сплав.
Коромысло предназначено для передачи усилий от штанги к стержню клапана (рис. 2.27) и представляет собой двуплечий рычаг, один конец которого сочленяется со штангой, другой опирается на стержень клапана.
Рис. 2.27. Коромысло
Ось коромысел обычно делается неподвижной, а коромысла вращаются на ней на втулках. В конец коромысла, обращенный к штанге, ввертывается регулировочный винт, который контрится контргайкой или зажимается посредством винта в разрезном плече коромысла. Со стороны клапана плечо коромысла чаще всего имеет цилиндрическую поверхность, опирающуюся на стержень клапана. При повороте коромысла эта поверхность перекатывается по стержню клапана со скольжением. Плечи коромысла делаются, как правило, неодинаковыми. Отношение длины плеча, обращенного к клапану, к длине плеча, обращенного к толкателю, лежит в пределах 1.2–1.8. При этом уменьшается высота подъема толкателя и штанги и, соответственно, уменьшаются их ускорения и силы инерции.
Чтобы обеспечить плотное закрытие клапана, между клапаном и тыльной частью кулачка или между клапаном и коромыслом должен оставаться зазор. С изменением температуры деталей двигателя этот зазор может изменяться по-разному, в зависимости от взаимного расположения клапанов и распределительных валов, материалов и конструкций клапанов и связанных с ними деталей.
Для боковых клапанов зазор в холодном двигателе больше, чем при рабочей температуре, т. к. клапан удлиняется значительно больше, чем блок.
Для верхних клапанов при верхнем распределительном вале зазор в холодном двигателе также больше, чем в горячем, так как клапан удлиняется значительно больше, чем головка блока и кронштейны вала.
При верхнем расположении клапанов и нижнем расположении распределительных валов, наоборот, зазор в холодном двигателе меньше, чем в горячем. Это объясняется тем, что удлинение стержня клапана не может при наличии коромысла компенсировать удлинения головки и блока.
Как крепится тарелка пружины клапана к стержню клапана
Клапаны газораспределительного механизма двигателя
Клапаны подвергаются воздействию высоких температур и давлений, их изготавливают из жаростойких сталей. Клапан состоит из стержня и головки с фаской А, обычно наклоненной под углом 45°. Для улучшения наполнение цилиндра воздухом или горючей смесью диаметр головки впускных клапанов больше, чем у выпускных. По этой же причине в некоторых двигателях ( СМД -62) делают уменьшенный угол наклона фаски (до 30°) к плоскости головки.
Клапаны должны плотно прилегать к седлу. Для этого их фаски взаимно притирают. Для большей жаростойкости на фасках выпускных клапанов имеется специальная наплавка.
Плавный переход от головки к стержню придает клапану большую прочность, способствует лучшему отводу теплоты и уменьшает сопротивление движению газов. Стержни клапанов точно обработаны по всей длине, а иногда еще покрыты графитом. Торец стержня закален или к нему приварен встык наконечник (Д-240 и КамАЗ-740) из специальной стали. Это уменьшает изнашивание торца под действием бойка коромысла.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
На верхней части стержня выполнена кольцевая выточка под два сухаря, с помощью которых клапан удерживается в тарелке пружин. В нее снизу упираются одна (в карбюраторных автомобильных двигателях) или две (в дизелях) клапанные пружины, прижимающие тарелку клапана к седлу.
Фаски головки и седла изнашиваются дольше, если клапан поворачивается во втулке. Для этого сухари зажимаются не в тарелке пружин, а в закаленной втулке, которая опирается на тарелку узким торцом (на всех двигателях кроме Д-240 и Д-144). При такой опоре трение между деталями мало, и под действием коромысла, а также вибрации пружин, клапан, опускаясь и поднимаясь, поворачивается вместе с втулкой относительно тарелки. В дизеле СМД -18Н втулка удлинена и слегка охватывается верхним витком внутренней пружины. При возвратно-поступательяом движении клапана эта пружина поворачивает втулку, а с ней и клапан относительно тарелки. Механизм принудительного поворота выпускного клапана двигателя ЗИЛ -130 состоит из неподвижного корпуса (рис. 28, в), пяти шариков с возвратными пружинами, тарельчатой пружины, упорной шайбы и замочного кольца. Корпус надет на втулку клапана и входит в углубление головки цилиндров. Шайба и пружина установлены на ступицу корпуса с зазором.
Когда клапан закрыт и давление его пружины невелико, тарельчатая пружина выгнута наружной кромкой вверх, а внутренней кромкой опирается в заплечик неподвижного корпуса. При этом шарики отжаты пружинами в крайнее положение. Когда клапан открывается, давление его пружины возрастает. Под повышенным давлением тарельчатая пружина выпрямляется (выпуклость ее уменьшается) и опирается на шарики, как двуплечий рычаг. Поэтому, когда ее наружная кромка опускается, внутренняя отходит от заплечика корпуса. С этого момента давление клапанной пружины воспринимается только шариками, они перекатываются по наклонным канавкам и поворачивают (силой трения) тарельчатую пружину, а с ней — шайбу, пружину и клапан.
Когда клапан закрывается, сила давления его пружины уменьшается, пружина принимает первоначальную форму (выпуклую вниз), опирается в заплечик корпуса и перестает давить на шарики. Освобожденные от давления шарики возвращаются пружинами по наклонным канавкам вверх, занимая исходное положение. За один ход клапан поворачивается на небольшой угол, но за 1 мин работы двигателя успевает совершить до 30 оборотов.
В стержнях выпускных клапанов двигателей 3M3-53 и ЗИЛ -130 сверлят глухие каналы, наполняют их на 50…60% легкоплавким металлом (натрием), а затем приваривают заглушку. Во время работы двигателя натрий плавится и, взбалтываясь, отводит часть теплоты от головки к стержню и его втулке.
Стержни клапанов с небольшим зазором перемещаются в направляющих втулках, запрессованных в головку цилиндров. Эти втулки бывают чугунные, биметаллические с бронзой на рабочей поверхности или металлокерамические. Пористая поверхность последних и графитовое покрытие стержней ( СМД -62, ЯМЗ -240Б, КамАЗ-740) способствуют лучшей приработке сопрягаемых деталей. На верхней части втулок впускных клапанов ( ЯМЗ -240Б, Д-245 и автомобильные двигатели) установлены резиновые втулки, предотвращающие подсос масла в камеру сгорания через зазор между трущейся парой.
Клапанные пружины прижимают головку клапана к седлу. Чтобы витки одной пружины не западали между витками другой, направление навивки у них различное. В некоторых двигателях применяют пружины с различным шагом витков и ставят их так, чтобы витки с большим шагом были обращены вверх. Такие пружины меньше вибрируют.
Распределительный вал необходим для управления клапанами. На нем имеются кулачки, опорные шейки и посадочные места для крепления шестерен. Шейки и кулачки цементованы, закалены на небольшую глубину и отшлифованы. В рядных двигателях вал расположен сбоку цилиндров, а V-образных — в развале между рядами.
Валы разных двигателей отличаются размерами, расположением, числом и профилем кулачков, числом опорных шеек. На каждый цилиндр приходится два кулачка: для управления впускным и выпускным клапанами. Форма и взаимное расположение их зависят от порядка работы цилиндров и фаз газораспределения, а высота кулачка определяет продолжительность открытия клапана. При разных (по времени) фазах носок выпускных кулачков делают шире носка впускных.
На распределительном валу имеются от двух до семи опорных шеек. Они опираются на расточки в блоке или на бронзовые, стальные с баббитовой заливкой или чугунные втулки, закрепленные в нем.
В двигателях 3M3-53 и ЗИЛ -130 на распределительный вал установлена косозубая шестерня привода масляного насоса и прерывателя-распределителя зажигания, а также выполнен заодно с валом или закреплен на нем эксцентрик привода топливного насоса.
Осевое перемещение вала ограничивается фланцем 7, привинченным к блоку (в СМД -18Н — упорным винтом). На переднем или заднем конце вала, как правило, крепят одну (иногда две) шестерню.
Распределительные шестерни бывают стальные, чугунные или текстолитовые (3M3-53). Для плавности передачи вращения и уменьшения шума применяют косозубые шестерни, а для уменьшения изнашивания сопрягаемые шестерни иногда изготавливают из разных материалов.
Шестерни коленчатого и распределительного валов рядных дизелей, а также КамАЗ-740 и ЯМЗ -240Б соединены через промежуточную шестерню, а СМД -62 и карбюраторных двигателях — непосредственно, т. е. без промежуточной шестерни.
К распределительным условно относят и шестерни привода насосов: масляного, водяного, гидросистемы. Точное взаимное расположение шестерен достигается соединением их по меткам, как показано на рисунке. Только при выполнении этого условия клапаны будут открываться и закрываться в соответствии с диаграммой фаз газораспределения.
Передаточные детали (толкатели, штанги и коромысла) нужны для преобразования вращения кулачков распределительного вала в возвратно-поступательное движение клапанов.
Цилиндрические и грибовидные толкатели перемещаются в чугунных втулках. Трущиеся поверхности толкателей шлифуют.
Чтобы изнашивание торца и цилиндрической поверхности было равномерным, толкатель, перемещаясь вверх и вниз, одновременно поворачивается вокруг своей оси. Это достигается смещением середины кулачка относительно центра плоского толкателя или изготовлением торцевой поверхности толкателя с небольшой выпуклостью, а кулачка — с небольшим скосом.
Роликовый толкатель (А-41, ЯМЗ -240Б) — качающийся рычажный. На нем имеются ролик, вращающийся в игольчатых подшипниках, и закаленная пята, в которую упирается штанга.
Рычаг шарнирно надет на трубчатую ось.
Штанги изготавливают из трубок, в которых запрессованы стальные наконечники сферической формы, или из стального прутка, но тоже со сферическими концами. Наконечники и концы штанг закаливают и шлифуют.
Коромысло представляет собой неравноплечий рычаг, с помощью которого можно увеличить ход клапана по сравнению с подъемом штанги. Коромысло отштамповано из стали и в нем обычно имеется бронзовая втулка. На коротком плече расположен регулировочный винт 9, в который упирается штанга, а длинное плечо заканчивается закаленным полированным бойком, прилегающим к торцу клапана. Винтом с контргайкой регулируют зазор между бойком и торцом клапана.
Коромысла поворачиваются на осях, закрепленных в чугунных стойках. Оси — стальные и, как правило, трубчатые. Если канал оси используется для подачи масла к коромыслам, то в торцах имеются пробки, а в оси — радиальные отверстия, расположенные против втулок коромысел.
Стойки коромысел прикреплены к головке цилиндров. Распорные пружины, надетые на ось между коромыслами, удерживают их от продольного перемещения. Коромысла и клапанные механизмы закрыты крышками или колпаками головки цилиндров и уплотнены на ней прокладками.
Как крепится тарелка пружины клапана к стержню клапана
Завершающим звеном механизма газораспределения является клапанная группа, которая включает в себя клапан, пружину, детали крепления клапана и пружины, направляющую втулку и седло клапана.
Клапанная группа работает при больших механических и тепловых нагрузках. Наиболее нагруженным является сопряжение «клапан-седло». Эти детали подвергаются наибольшим ударным воздействиям при посадке клапана в седло, и работают в условиях высоких температур.
Сопряжение «клапан-седло-направляющая втулка» работает при недостаточном смазывании и высокой скорости перемещения клапана, что вызывает их интенсивное изнашивание.
Исходя из условий, в которых работают детали этой группы ГРМ, к клапанной группе предъявляются следующие требования:
- герметичное закрытие клапанов;
- малое сопротивление рабочей смеси и отработавшим газам при впуске и выпуске (хорошая обтекаемость);
- минимальная масса деталей;
- высокая прочность и жесткость;
- высокая тепловая стойкость;
- эффективный отвод тепла от клапана (особенно для выпускного);
- высокая износостойкость (особенно в сопряжении «втулка-клапан»);
- высокая коррозийная стойкость в сопряжении «седло-клапан».
Клапаны
Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные отверстия в головке блока цилиндров. Основные элементы клапана: головка 12 и стержень 9 (рис. 1). Головку клапана иногда называют тарелкой клапана.
Плавный переход от головки к стержню снижает сопротивление потоку газов при их истечении через газообменные отверстия. Поскольку отработавшие газы удаляются через выпускной клапан при значительном давлении, головку этого клапана обычно выполняют меньшего диаметра, чему головку впускного клапана.
Температура головки выпускного клапана бензиновых двигателей достигает 800…900 ˚С, а в дизельных двигателях – 500…700 ˚С.
Температурная нагрузка на головки впускных клапанов значительно ниже, тем не менее она приводит к нагреву тарелки клапана до 300 ˚С.
Поэтому для изготовления выпускных клапанов применяются жаропрочные сплавы и материалы, в качестве которых обычно используют жаропрочные стали с большим содержанием легирующих присадок. В целях экономии дорогостоящих жаростойких материалов выпускные клапаны изготовляют из двух частей. При этом для головки используется жаростойкий материал, а для стержня – углеродистые стали.
Головка и стержень в данном случае соединяются между собой стыковой сваркой.
Для повышения коррозийной стойкости и уменьшения изнашивания в выпускных клапанах рабочие поверхности фаски, а в некоторых случаях и поверхность головки со стороны цилиндра наплавляют слоем твердого сплава толщиной 1,5…2,5 мм (рис. 1).
Так как впускные клапаны омываются свежим зарядом и находятся в более легких температурных условиях, к материалу впускных клапанов предъявляются менее жесткие требования и для их изготовления используются хромистые и хромоникелевые среднеуглеродистые стали.
Обтекаемость клапана, работоспособность его фасок во многом зависит от формы головки. Для впускных клапанов чаще используют головки плоской формы (см. рис. 1 и 2), отличающиеся простотой конструкции и достаточной жесткостью. В форсированных двигателях иногда применяют впускные клапаны с вогнутыми головками (см. рис. 1, в). Такие клапаны имеют меньшую массу, чем клапаны с плоской головкой и их движение вызывает меньшие инерционные нагрузки.
Головки выпускных клапанов выполняются или плоскими (рис. 1, 2 и 3, г), или выпуклыми (рис. 3, б). Выпуклая форма головки способствует улучшению обтекаемости клапана со стороны цилиндра и повышению его жесткости, но вместе с тем увеличивается и масса клапана, что отрицательно сказывается на его инерционности.
Сопряжение между тарелкой (головкой) клапана и седлом осуществляется по фаске – специальному пояску на боковой поверхности головки. Угол наклона фаски у впускных клапанов для большинства двигателей составляет 45˚, а у выпускных – 45 и 30˚.
В процессе изготовления клапанов фаски головок шлифуют, а при установке на двигатель притирают к седлу. Ширина притертого пояска фаски для выпускных клапанов должна быть не менее 0,8 мм; для впускных клапанов допускается более узкий поясок, который, тем не менее, не должен прерываться по периметру окружности фаски.
Для обеспечения надежного контакта между клапаном и седлом по наружной кромке фаски клапана угол фаски клапана делают на 0,5…1˚ меньше угла фаски седла.
Коррозийный и механический износ фасок на клапане и седле резко снижает эффективность работы двигателя. На фасках выпускных клапанов в процессе работы постепенно откладывается нагар, который тоже препятствует герметичному закрыванию выпускного отверстия. Для предотвращения образования нагара на фасках выпускных клапанов и повышения их долговечности, в некоторых двигателях выпускной клапан в процессе работы принудительно проворачивается с помощью специального механизма (см. рис. 1, поз. 5).
Механизм принудительного вращения клапана (рис. 4) состоит из неподвижного корпуса 3, расположенных в углублениях этого корпуса пяти шариков 2 с возвратными пружинами 1, конической дисковой пружины 4, опорной тарелки 5 и пружины клапана 7.
Все детали в собранном состоянии скрепляются пружинным кольцом 6.
При открытии клапана от усилия пружины дисковая пружина 4, опирающаяся при закрытом клапане на буртик корпуса 3, деформируется и ложится на шарики 2, которые в это время располагаются в мелкой части углубления корпуса.
Под давлением пружины шарики перекатываются по углублению корпуса в более глубокую часть, поворачивая при этом коническую пружину 4, опорную тарелку 5, пружину клапана и сам клапан вокруг его оси.
После закрытия клапана, когда усилие пружины клапана уменьшается, коническая дисковая пружина 4 возвращается в исходное положение, при этом шарики освобождаются и возвратными пружинами 1 перемещаются в более мелкую часть углубления в корпусе 3, подготавливая механизм к следующему циклу работы.
В двигателях марок «ЗМЗ», «ЯМЗ» возможность проворачивания в процессе работы впускных и выпускных клапанов обеспечивается установкой между опорной тарелкой и сухарями промежуточной втулки (см. рис. 1, поз. 13; рис. 2, поз. 11; рис. 3, поз. 4).
Промежуточные втулки имеют небольшую контактную поверхность с подвижными опорными тарелками пружин, следовательно, трение между этими деталями невелико. Поэтому при открытии клапана вследствие вибрации всех деталей механизма клапан периодически поворачивается.
Ниже фаски головка клапана имеет цилиндрический поясок, который предохраняет ее от обгорания, сохраняет диаметр тарелки клапана при перешлифовке и обеспечивает жесткость головки.
Для предотвращения падения клапана в цилиндр при поломке хвостовика стержня или клапанной пружины, на его стержне может устанавливаться пружинное стопорное кольцо (см. рис. 3, д, поз. 1).
Торцы стержней (пятки клапанов), находящиеся в контакте с коромыслом или кулачком, подвергаются закаливанию. В некоторых двигателях вместо закаливания на концы стержней надеваются колпачки (см. рис. 1, поз. 21) из износостойких материалов и сплавов.
На стержень впускных клапанов надевают резиновый колпачок (см. рис. 3, е, поз. 5), который во время такта впуска препятствует проходу масла в камеру сгорания через зазор между стержнем и направляющей втулкой клапана.
Для предотвращения заклинивания выпускных клапанов в отверстии направляющей втулки при температурном расширении, их стержни вблизи головки выполняют несколько меньшего диаметра, чем по остальной длине.
Для крепления клапанных пружин на конце стержня выполняются одна или две выточки, в которые при сборке входят выступы сухарей 2 (рис. 3, д, е).
Для понижения температуры выпускных клапанов диаметр их головок уменьшают, а диаметр стержня увеличивают. Такое техническое решение позволяет повысить тепловую стойкость клапана, но увеличивает сопротивление потоку выпускаемых газов. Впрочем, поскольку выброс отработавших газов из цилиндра осуществляется под значительным давлением (по сравнению с давлением впуска), то этим недостатком пренебрегают.
Более эффективным является способ принудительного охлаждения выпускных клапанов. Для этого стержень выпускного клапана делают пустотелым (см. рис. 1, а, в) и заполняют металлическим натрием, который имеет низкую температуру плавления (97 ˚С). При работе жидкий натрий, нагреваясь от головки клапана, испаряется, поглощая большое количество теплоты. Поднявшись в верхнюю часть стержня, пары натрия конденсируются и передают теплоту верхней части стержня, которая работает в менее теплонапряженных условиях.
Клапанные пружины
Клапанная пружина должна обеспечивать плотную посадку клапана в седло. Она работает в условиях резко меняющихся динамических нагрузок, способных вызвать резонанс и последующую поломку пружины.
Чаще всего применяют цилиндрические винтовые пружины с постоянным шагом витков.
Для предотвращения резонансных явлений могут применяться пружины с переменным шагом, конические пружины и двойные пружины. При использовании двойных пружин возрастает надежность работы ГРМ и уменьшается общий размер пружин.
Направление витков внутренней и внешней пружин выполняют разным, чтобы исключить резонанс и, в случае поломки одной из пружин, предотвратить попадание обломков между витками второй пружины.
Клапанные пружины изготавливают навивкой проволоки из пружинной стали. После навивки пружины подвергаются термической обработке (закалка и отпуск), а для повышения усталостной прочности обдуваются стальной дробью.
Концевые витки пружин шлифуются для получения плоской кольцевой опорной поверхности. Для повышения коррозионной стойкости пружины оксидируют, оцинковывают и кадмируют.
Пружины опираются на головку блока цилиндров через специальные неподвижные тарелки (см. рис. 2, поз. 4), которые штампуются, как и верхние подвижные тарелки из малоуглеродистой стали. Верхняя тарелка пружины фиксируется на клапане с помощью сухарей.
Направляющие втулки клапанов
Направляющая втулка обеспечивает перемещение клапана и отвод теплоты от его стрежня во время работы. При этом нижний конец самой втулки (особенно выпускного клапана) омывается горячими газами. При недостаточном поступлении смазочного материала в зазоры между стержнем клапана и внутренней поверхностью втулки трение между этими деталями приближается к полусухому.
По этой причине к материалу направляющих втулок предъявляются требования высокой износостойкости, достаточной жаростойкости и хорошей теплопроводности. Кроме того, он должен обладать высокими антифрикционными качествами. Этим требованиям удовлетворяют перлитные серые чугуны, алюминиевые бронзы, спекаемая хромистая или хромоникелевая керамика. Пористая структура данных материалов хорошо удерживает смазочный материал.
Для фиксации в головке блока цилиндров втулки выполняются с выточкой под пружинное кольцо (см. рис. 3, а, поз. 1) или с наружными заплечиками.
Зазор между направляющей втулкой и стержнем клапана для впускных клапанов устанавливается меньше, чем для выпускных, из-за разной температуры нагрева. Для предотвращения заклинивания клапана во втулке при высокой температуре и перекоса (в приводе клапана непосредственно от распределительного вала) нижнюю внутреннюю поверхность втулки выполняют конусной (см. рис. 3, г) или уменьшают диаметр стержня клапана у головки (см. рис. 1, б).
Седла клапанов
Седло клапана обеспечивает долговечность контактной зоны клапана с головкой блока цилиндров. В головках из алюминиевого сплава используют стальные седла, а в чугунных головках они растачиваются непосредственно в теле (см. рис. 2, а). Для изготовления вставных седел используют специальные легированные чугуны или жаростойкие стали. Для повышения износостойкости фаски седел выпускных клапанов наплавляются слоем твердого сплава (см. рис. 1, поз. 18).
Седло представляет собой кольцо с цилиндрической или конической наружной поверхностью. Крепится седло в головке с натягом при запрессовке или путем расчеканивания головки (см. рис. 3, к). Стальные седла могут крепиться развальцовкой верхней части седла (см. рис. 3, л). При креплении седел запрессовкой на их наружной поверхности часто выполняются кольцевые проточки (см. рис. 3, з, и), которые в процессе запрессовки заполняются металлом головки.
Цилиндрические седла вставляются до упора, а конические – с небольшим торцевым зазором.
Для получения надежного уплотнения поясок седла шириной около 2 мм выполняют с переменным углом (см. рис. 3, ж).
Детали клапанного механизма газораспределения
Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные каналы в головке цилиндров. При работе двигателя клапаны подвергаются сильному нагреву, ударной нагрузке, износу, а также коррозийному действию горячих газов. Выпускной клапан нагревается до 873. 1073 К (600. 800 °С), а впускной — до 573. 673 К (300. 400 °С). Поэтому впускной клапан изготавливают из хромистой стали, а выпускной — из жаростойкой (сильхромо- вой). На двигателях Д-240, ЯМЗ-238НБ и ЯМЗ-240Б оба клапана изготовлены из жаростойкой стали.
Клапан состоит из тарелки 1 (рис. 153) и стержня 2. Диаметр впускных клапанов больше диаметра выпускных. В результате достигается лучшее наполнение цилиндров воздухом.
Переход от тарелки к стержню сделан плавным.
Фаска 11 тарелки служит для плотного закрывания седла в головке цилиндров. Фаска и седло выполнены обычно под углом 45°. Плотность прилегания фасок и седла достигается путём шлифовки притирки их друг к другу.
Рис. 153. Клапанный механизм двигателей:
I — тарелка клапана; 2 -стержень; 3 — внутренняя пружина; 4 — наружная пружина: 5 — предохранительное пружинное кольцо; 6 — сухарики; 7 — тарелка пружины; 8, 9 — выточки;
10 — направляющая втулка;
II — фаска тарелки клапана
Стержень клапана точно обработан по всей длине и отшлифован. В его верхней части сделана цилиндрическая выточка 8, в которую входят выступы сухариков 6.
Сухарики представляют собой кольцо, разрезанное на две половины; они удерживают тарелку 7 пружин. На двигателях А-01МЛ, СМД-60, СМД-62, ЯМЗ- 238НБ и ЯМЗ-240Б, 3M3-53-11 между сухариками и тарелкой пружин установлена закаленная втулка. Она зажимает сухарики и нижним торцом опирается на тарелку. На двигателях СМД-14БН, СМД-18БН,
3M3-53-11, под выточкой 8 имеется вторая цилиндрическая выточка 9, в которую вставлено пружинное кольцо 5, предотвращающее падение клапана в цилиндр в случае его обрыва.
Сёдла впускных и выпускных клапанов двигателей СМД-14БН, СМД-18БН и Д-240, 3M3-53-11 находятся в головке цилиндров. У двигателей А-41, А-01МЛ,
ЯМЗ, ГАЗ-52 вставные кольца из жаропрочного чугуна предусмотрены только для выпускных клапанов, которые запрессованы в головку. Вставные кольца увеличивают срок службы головки и облегчают её ремонт.
Направляющая втулка 10 обеспечивает направленное движение клапана и посадку его в седло без перекоса. Она запрессована в головку цилиндров. Направляющие втулки изготовляют из чугуна, стали с покрытием внутри фосфористой бронзой или из металлокерамики.
Пружина 4 (см. рис. 151) создаёт усилие, необходимое для закрывания клапана 2 и его плотной посадки в седло. Она препятствует отрыву клапана и толкателя 12 от кулачка распределительного вала 13, и таким образом сохраняется установленная продолжительность открывания клапана.
Каждый клапан двигателя удерживается в закрытом состоянии двумя пружинами — наружной 4 и внутренней 3 (см. рис. 153). Чтобы витки пружин не заклинивались, навивка делается в разные стороны. Наличие двух пружин позволяет уменьшить их размер и облегчает условия их работы, предотвращая явление резонанса.
Передаточные детали механизма газораспределения передают движение от распределительного вала к клапанам. К ним относятся толкатель 12 (см. рис. 151), штанга 11, коромысло 6 с регулировочным винтом 8 и контргайкой 9, ось 7 коромысел со стойкой 10 и распорными пружинами.
Толкатель (рис. 154) служит для передачи движения от кулачков распределительного вала к клапанам. Изготовляют его из чугуна или стали, рабочие поверхности шлифуют и термически обрабатывают. Для уменьшения массы толкатели делают пустотелыми.
Рис. 154. Толкатели:
а — цилиндрический с плоским днищем; б — цилиндрический с выпуклым днищем; в -качающийся; 1 — распределительный вал; 2 -толкатель; 3 — штанга; 4 — ось; 5 — втулка; 6 — распорная втулка; 7 — пята; 8 — игольчатый подшипник ролика; 9 — ось ролика; 10 — ролик
Цилиндрической частью толкатель перемещается в отверстиях блок- картера (СМД-14БН, СМД-18БН, Д-240, СМД-60, СМД-62, 3M3-53-11, ЗИЛ-130). Толкатели бывают: цилиндрические (рис. 154, а, б) с плоским (СМД-14БН, СМД-18БН, СМД-60, СМД-62 и выпуклым (Д-240, 3M3-53- 11, ЗИЛ-130) днищем и качающиеся роликовые (рис. 154, в), применяемые в двигателях А-01МЛ, ЯМЗ-238НБ и ЯМЗ-240Б. Для более равномерного износа толкатель, кроме возвратно-поступательного движения, совершает ращательное — вокруг своей оси. При плоском днище вращательное движение достигается смещением оси толкателя относительно оси кулачка распределительного вала (рис. 154, а), а при выпуклом — применением кулачков распределительного вала, имеющего небольшую конусность. Вследствие этого точка касания толкателя с кулачком смещается относительно его оси.
Толкатель двигателей А-01МЛ, ЯМЗ-238НБ и ЯМЗ-240Б (рис. 154, в) представляет собой ролик 10, сидящий на игольчатом подшипнике 8, ось 9 которого закреплена на качающемся рычаге. При вращении кулачка распределительного вала толкатель поднимается и поворачивает рычаг. Рычаги шарнирно надеты на трубчатую ось 4 толкателей, которая закреплена в блоке двигателя. Чтобы уменьшить трение, в отверстие рычага вставлены бронзовые втулки 5. Для предотвращения осевого смещения между толкателями установлены распорные втулки 6. С целью повышения срока службы толкателя в месте его контакта со штангой в него запрессована термически обработанная стальная пята 7 со сферической поверхностью.
Штанга 11 (см. рис. 151) служит для передачи усилия от толкателя к коромыслу. Штанги двигателей могут быть изготовлены из цельного стального прутка или из пустотелого стального стержня. На концах пустотелых штанг имеются стальные шлифованные, термически обработанные наконечники. Нижний наконечник имеет форму шара. Он опирается на сферическую поверхность толкателя. Верхний наконечник может иметь форму либо шара, либо на нём может быть углубление сферической формы. На него опирается головка регулировочного винта коромысла. Концы штанг, выполненных из цельного стального прутка, имеют такую же шаровую форму или углубление, они также термически обработаны и отшлифованы.
Коромысло 6 представляет собой двуплечий рычаг с плечами различной длины. На коротком плече имеется резьбовое отверстие, в которое ввернут регулировочный винт 8 с контргайкой 9. В нижний конец винта упирается штанга 11. С помощью винта 8 регулируют зазор между бойком длинного плеча коромысла и стержнем клапана 2. Рабочая поверхность бойка отшлифована и подвергнута термической обработке. В средней части коромысла имеется отверстие с бронзовой втулкой, которое служит для установки коромысла на оси.
Поверхности трения (коромысло — ось и винт — штанга) смазываются маслом, которое подводится по трубчатой оси 7 к втулкам и по сверлениям в коромысле — к винту 8, а через него — к штанге 11.
Оси 7 коромысел двигателей закреплены в стойках 10, расположенных на верхней плоскости головки цилиндров, и крепятся на ней шпильками. От осевого смещения коромысла удерживаются распорными пружинами. Оси пустотелые, их полость используется как канал для подвода масла к втулкам коромысел, наконечников штанг, головок регулировочных винтов, направляющих втулок. С торцов оси закрыты заглушками.
Распределительный eai 13 изготовлен из стали или модифицированного чугуна. На нём имеются кулачки, опорные шейки и опорное место для крепления шестерни 14. Каждый кулачок воздействует на один клапан — впускной или выпускной. Кулачки и шейки выполнены заодно с валом и располагаются на нём в определенном порядке под разными углами в соответствии с порядком работы цилиндров. Они отшлифованы и подвергнуты термической обработке.
Распределительные валы двигателей СМД-14БН, СМД-18БН и Д-240 имеют три опорные шейки, двигателя А-01МЛ — семь, СМД-60, СМД-62, ЯМЗ-238НБ и ЯМЗ-240Б — пять. Шейки опираются на бронзовые, стальные или чугунные втулки, закреплённые в блоке двигателя. Масло к ним подаётся под давлением из канала блока. В одной из шеек имеется сверление для подвода масла в канал, откуда оно подаётся к коромыслам. Масло в канал поступает в момент совмещения сверления в шейке с каналом в остове двигателя. В большинстве двигателей на переднем конце распределительного вала установлена приводная шестерня 14, а в двигателях СМД-60 и СМД-62 она расположена на заднем конце.
Распределительные шестерни передают вращение распределительному валу, топливному и масляному насосам и другим механизмам. Шестерни распределительного 14 и коленчатого 15 валов однорядных двигателей (СМД-14БН, СМД-18БН, Д-240, А-01МЛ) соединены промежуточной шестерней 16, а V-образных (СМД-60, СМД-62, ЯМЗ-238НБ, ЯМЗ-240Б) — непосредственно.
Шестерни крепят на валах шпонками или болтами в строго определённых положениях. Зубья при сборке двигателя соединяют по сделанным на шестернях меткам. Такая установка обеспечивает согласованное вращение коленчатого и распределительного валов.
Клапанный механизм
Клапанный механизм включает в себя следующие детали: клапаны, направляющие втулки, седла клапанов, возвратные пружины, опорные тарелки, сухари, механизм вращения клапана (двигатель ЗИЛ-508.10).
Клапаны предназначены для герметизации цилиндра при тактах сжатия и рабочего хода и соединения их с трубопроводами впускной или выпускной системы при тактах впуска или выпуска в процессе газообмена.
Условия работы клапанов:
• большие динамические нагрузки;
• высокие скорости перемещения;
• неравномерный нагрев отдельных участков;
• повышенная коррозионно-активная среда.
Материал изготовления клапанов
Клапаны изготовляются из легированных сталей с высоким содержанием хрома и никеля.
Устройство клапана
Притирка клапанов обеспечивают
лучшую герметичность.
Как проводится притирка клапанов
и какие приспособления используются
для притирки клапанов
Клапан состоит из головки (или тарелки) и стержня. Различают клапаны с плоской, выпуклой и тюльпанообразной головками. Головки обычно имеют небольшой (около 2 мм) цилиндрический поясок и уплотнительную фаску, снятую под углом 45 и 30 градусов. Уплотнительные фаски клапанов шлифуют и притирают к седлам (притирка клапанов), а стержни подвергают термообработке, шлифовке, полировке и покрывают хромом. Торцы стержней (3—5 мм) закаливают. На концах стержней имеются цилиндрические, конусные или фасонные проточки для крепления клапанных пружин.
Чтобы уменьшить напряженность выпускных клапанов, возникающую вследствие высоких температур, в ряде двигателей применяют натриевое охлаждение. С этой целью клапан выполняют полым с утолщенным стержнем и примерно на 1/3 полости заполняют металлическим натрием, температура плавления которого составляет около 97 К. В рабочем состоянии расплавленный натрий, перемещаясь внутри полости при возвратно-поступательном движении клапана, увеличивает интенсивность отвода теплоты от горячей головки к более холодному стержню и далее к направляющей втулке.
Направляяющие втулки
Рассухариватели клапанов
используются для сжатия
и рассухаривания пружин клапанов
Клапанные пружины
Клапанные пружины обеспечивают плотное прилегание клапанов к седлам и своевременное их закрытие после завершения действия кулачков распределительного вала. Характеристику (жесткость) клапанных пружин подбирают из условий сохранения кинематической связи между деталями механизма газораспределения. Клапанные пружины изготовляются из стальной проволоки диаметром 4-6 мм, легированной марганцем и хромом.
Нижним концом пружина опирается на головку блока цилиндров через специальную опорную тарелку, а верхним концом соединяется двумя сухарями с клапаном через верхнюю тарелку. Для этой цели сухари на внутренней поверхности имеют выступы, которые входят в проточку клапана, а гладкая наружная поверхность сухарей выполнена в виде усеченного конуса.
Два сухаря установленные на клапан, образуют опорную коническую поверхность, которая сопрягается с опорной поверхностью проточки в верхней тарелке, и это соединение удерживается в замкнутом состоянии за счет предварительного сжатия пружины. Чтобы устранить возможность возникновения опасного для прочности пружин резонанса, на клапаны ставят по две пружины с навивкой витков в противоположные стороны или делают пружины с переменным шагом навивки.
Седла клапанов
Седла клапанов. Наиболее важным сопряжением, определяющим долговечность механизма газораспределения, является сопряжение седло — клапан, так как оно подвержено ударным нагрузкам при посадке клапана и значительным термическим перегрузкам. Седло клапана, с которым соприкасается уплотнительная фаска клапана, обрабатывают инструментом с углами заточки 15, 45 и 75 градусов таким образом, чтобы уплотнительный поясок седла имел угол 45 градусов и ширину около 2 мм. По своим размерам поясок должен подходить ближе к меньшему основанию конусной фаски клапана. Фаска клапана имеет меньший угол и соприкасается с седлом только узким пояском у своего большого основания, что обеспечивает хорошее уплотнение клапанного отверстия. Вставные седла изготовляются в виде отдельных колец из специального чугуна, легированной стали или металлокерамики.
Механизм вращения клапана
Для поддержания в рабочем состоянии контактных поверхностей уплотнительных фасок выпускных клапанов иногда применяют специальные устройства, позволяющие принудительно поворачивать клапаны в процессе работы.
Механизм вращения клапана состоит из неподвижного корпуса, в наклонных канавках которого расположены пять шариков с возвратными пружинами, дисковой пружины и опорной шайбы с замочным кольцом. Механизм вращения клапана устанавливается в расточке, сделанной в головке блока цилиндров иол опорной шайбой клапанной пружины. При закрытом клапане давление на дисковую пружину невелико, и она вогнута наружным краем вверх, а внутренним краем опирается в заплечик корпуса. Шарики отжаты пружинами в исходное положение. В момент открытия клапана усилие со стороны клапанной пружины возрастает, под действием чего дисковая пружина, выпрямляясь, перелает усилие на шарики и вызывает их перемещение в углубление. Когда клапан закрывается, сила, действующая на дисковую пружину, уменьшается, и она, выгибаясь, освобождает шарики. Шарики под действием возвратных пружин перемешаются в исходное положение, что приводит к повороту клапана на некоторый угол (клапаны совершают 20—40 оборотов в минуту).
В некоторых двигателях применяют менее эффективное, но более простое устройство, основанное на использовании способа крепления клапанной пружины на стержне клапана. Крепление пружины на клапане состоит из опорной тарелки, втулки и двух сухарей.