автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Повышение долговечности цилиндропоршневой группы автомобильных бензиновых двигателей

;; г, i a

НИГГРАЛЫШ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ АВТОМОБРЫЕЙ И АВТОМОТОРНУЮ ИНСТ1ГГУТ

■H A M И

На правах ру7сописп

СУХАНОВ НИКОЛАЯ ШОТОВШ

УДК 621.434-222/242-19

ПОВЫШЕ® ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЦШ1ИНДР0П0РШНЕВ0Й ГР.УППи А13ТОМОШЫВД БЕНЗИНОВ!« ДВИГАТЕЛЕ/1 •

Японияпьиость: 05.04.02 - топловые двигатели

Автсрч;[«рэт диссертации. ча соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - I2S2

Работа выполнена на Заволжском ордена Трудового Красного ¡Знамени моторном заводе имени 50-лотия СССР

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

М.Л.Григорьев

Официальные оппоненты - доктор технических наук

В.И.Чумак - кандидат технических наук В.В.Воропаев

Ведущее предприятие - Институт машиноведения

Академии наук, Нижегородский филиал

Защита диооертации состоится п13 и 1992 г.

в __часов на заседании специализированного совета

К 161.01.ОТ и Центральном ордена Трудового Красного Знамени научно-иооледовательском -автомобильном и автомоторном институте (НАМИ) по адресу: 125438, Москва, Л-438, Автомоторная ул., дом 2.

£ диссертацией могно ознакомиться в библиотеке НАМИ.

Отзыв на автореферат в 2-х экземплярах, заверенных . гербовой печатью, просим направить по вышеуказанному адресу.

Автореферат разослан «•//« а/д/(угиа, 1992 г.

Ученый секретарь специализированного оовета, кандидат технических н*™

старший научный сотрудник Л.Г.Субакин

ощая работы

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОНЛИЫ. Долговечность ЦПГ существенно зависят ох совсрзшсгвования конструкции и тсжиолопш изготовления порапюИ, порпяеаих колец и гильз цшишдроз двигателей. Работи по дальнвйтецу повышению долгов очное те двигатаяой долянн бить направлена на увеличение равнопрочности и износостойкости поря-кой, компресскоиюа колец и гильз цилиндров. Наполнения вншоука-ваяных задач требует дальнейшего изыскания и совершенствования янкэнерних мотодоз расчета и оценки рациональшгх конструкций сопряженных деталей ЩГ двигателой.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Совораеиствованяе методики расчета выбора зазоров d сопрязшш: гильза цилиндра-поршень-поршневое кольцо с учетом величины и характера деформация exJich поршня, обоснование выбора упругости компрессионных. колец для повалэшхя долговечности ЩГ.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА о Разработали новые. Метода расчета и испытания по определенна деформации юбки поршня и влиянию элементов конзтрунцкл и та связей на аооткость-поршня и работоспособность ЦПГ, шбору рациональный' значений зазоров в сопряжении гильза цз,шл!дра-дорл!31еь-11ор,.шевоо кольцо. Определены рациональные значения аеотглотя пбкя поришх, зазоров- з сопряжениях ЦПГ, упру-госги шгпрвссисшпдс колец, разработки метода ускоренная пепн-тешй на задир и условия смазки 1ЩГ двигателей.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ДОЛЕ&ЧОСТЬ. Разработзшш? мотоди определения п сценки деформации adra -шраявй, аезороэ- в сопрглокьн гсдьза • дзляияра-поршень-цоршезоо польцо, величии упругое»: кодед, боч-ксобрзгнссти прекгдия рабочей • поаэршостп когшреесяоташз: ¡гаяец и устройства для пк осуществления позволяет решать задачи при до-подло тчетрухгщш деталей ЦПГ. Использование разработанных кэ-гсдоз пойеслит ускорять поиска конструктивных; решений, способ-отаутрпдк повнпеигю долговечности ЦПГ.

ШШЩШ в нрсжзиганссти. Разработанные гд'отодц опредоло-иря и оцг-нга дзфэраця!« вб.чя дершзй, рационального табора зазора в сопршзяии ииьза цшшдаа-яоршель-порпяевоо кольцо,ускоренные методы испнт кия на задир и условия смазки ЦПГ, а таю.:е уотройстза и прибору для их осуществления Енэдрэни на Эаэоллсскзд моторном заводе.

ЛПРОЕЩИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертации дсклдаЕались на научно-технической конференции "Исследование в области конструирования и повышения надежности автомобильных бензиновых двигателей", ШН, ШТИ, ГАЗ, ЗМЗ (г.Заволжье-Горький, 1971г.), научно-технической конференции, ЫШ (г.Волгоград, 1974г.), Всесоюзном совещании "Повышение технического уровня качества, надежности и долговечности автомобильных двигателей", НАШ (Млокьа, 1977 г.) и научно-технической конференции Заволжского моторного завода имени 50-летия СССР (г. Заволжье, 1985г.).

ПУБЛИКАЦИИ. Но теме диссертации опубликовано '¿I печатные работы, в том число 2 авторских свидетельства.

ОБЪЕЛ. Диссертация состоит из введения, 6-ти глав, шво-дое, содержит 193 стр. машинописного текста, 37 рис., 35 табл., библиографии из 7Б наименований и приложения на 251 стр.

СОДЕРМНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность работы, научная новизна и практическая полезность, даны сведения о со реализация и шробации.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ обобщен и проанализирован отечественный и зарубежный опыт, по конструкции, расчету и испитая;:» ЩИ' бензиновых двигателей. Поставлены следующие задачи:

■ • - аналитическое исследование дефохыации юбки поршня и ее влияние на работоспособность ЩГГ;

- разработка методов экспериментальных исследований нал-ряжений и деформации юбки поршня;

- экспериментальные исследовшшя напряжений и деформаций юбки поршня и их влияние на технико-экономические показатели двигателя;

- определение рациональных значений зазоров в сопряжении гильза цилиндра - поршень - компрессионное кольцо, а тшохе упругости компрессионных колец;

- влияния нсзого рабочего процоеса двигателя на долговечность ШТ.

ГО ВТОРОЙ ГЛАВЕ дано аналитическое исследование деформации юбки поршня и её влияния на работоспособность ЦПГ.,

Под действием боковой составляющей силы // (рис.1) образующая юбки портя имеет соотвотственно а верхнем и никнем сё поясах величины деформации Т>, и Т^г . При этом Л Т)~•

Зго приводит в отклонению образующей юбки на угол о<. и, как следствие, к повороту оси поршня и горизонтально;! оси канавки под поршневое кольцо относительно оси цилиндра на угол соответственно и ¿(¿. Значоккэ А^В^ = Н является отклонением оси канавки пол поршневое кольцо вследствие деформации юйкя портя, которое определяется выражением Н = &В-1)ц/¿£.

Продольное значение деформации йЪпр Няр* .

Результаты расчетов отклонений, канавки Н в зависимости ■ огл2?дани по 2-3 глаза диссертации.

• Для оценки жесткости юбки пораяой введены показатели:

податливость с = 1/К --'///, . жесткость К = р),

¡4 - коарицеорт, неравномерности деформации юбки по её обра" згдг.0й: /г а ю р

гдп А/ - богсовая нагрузка, дейсувуга.ая на юбку портя; • 7} - деформация юбки под действием нагрузки

- податливости соответственно в верхнем и никнем поясах измерений юбки порзшн; и До - показатели деформации соответственно в герхнем и нижнем поясах измерений юбки,

ДОуОркздия порзня зависит от конструктивной связи отдельщх ого элементов: -

2>*гССл;С\ъ;СеР;Ст)9 Ш

где С2 - свях голезки о юбкой поршня; Сп - связь юбки (ши-руаэмней п кзнагруженной части) тлезду собсЗ и с бсйашс2 погнил; Сд - злпянке нсперэчкых и продольных прср&зей на юбко; Ст - влтинтга термоэставки на юбчд.•

Рггс. / Схеяя рямотжемя порше Яе/ро/мацм его л$Ь/ ¿»л/етж/* ЩкаШ 'нагр^ы /У-

V -пеляясе/шг яфшю д цшшЯр г при ¿¿¿¡ер/чауж м&хи; ■<и~дш тршса оси таршти^а нграЗнсмерлесп ¡¡¿днрпащ/и ш5м.

/¿г. г. Схема нсщшмя /едки перса;х силзЗ // и йзумкнсЬеш реащМ & : г. '

¿- першем; г- гшк/а ф'т&ра; з-тршх&о? кольцо.

При отделен?л гэлозга; цоршш от его юбки ликвидируется роль конструктивной связи калду ними.на деформации последней:

Сг=0, 2,0-£ (Сю).

Следовательно, деформация юбки целого поршхя Л иеныпв деформации 7)м, и А 7)ю « 2)?о 423'

Оценка роли ¿инструктивной связи отдельных элементов поршня на жесткость его вбки произведена коэффициентом I

А - ¿1/2.00% ,

где а Э1 - приращения величин деформаций, полученных при испытании поршня боэ головки ])г или отдельных частей юбки и поряня в целом 3 .

При разделении нагруженной от ненагрукейной части кбки. поршня без его головки Сц>'лО , (Сп/А)?^ Щ® отсутствии

тзрмовстазки на юбке Сг~0', Лю^^(Спр).

Тогда при испытании нагрулешюй часта юбки ео деформация

П,он > 1> » &3)'ю» При испытшши ненагруаенной часта юбки со деформация

Лк» > в'гея >2) , л НАМ -- 2)л>л* •

По результатам испытаний построены характеристика деформация юбки поршня в зависимости от нагрузки (ркс.З). Результаты исследований приведены в 4 глава.

Неравномерность деформации пбки способствует контактирования головки поретя о поверхность гальзн цилиндра, вшивал пов'лшенпуэ щуыность 1ЩГ. Величину смещения гслоэкп порптя гтхо определить: __ ,75' — . .

ГГ. СР, 0)

где сС - угол поворота оси' поршня из-за деформации его юбка;

рР' - «лощение головкк поршня; # - расстояние от оси кольца до Хфомки поршня:

\1е1+п1}

где - нгсота головки порпзш от оси пата да; Р2 ~ Рёдзуо го-

ловки пориия.

Следовательно, при увеличении неравномерности дефорьздиэ юбки поршня всегда проявляется отклонение канавка под поргао- -воо ¿сольдо .и возникает контакт головня о" поверхность гальш штлнпдра,-

а -стандартный; б'-стаздартгай! без вортшсалыгой прорози; в -с термовставкой: Г-Т'-дефориацЕя »бзш целого пораня

соответствзино в верхней и юшюы ее поясах, 2-2^го ге без головки порзля, 3-3-де<£орг.;ацкя некагрукенной части (без головкя % нагрзгеегаюП части) л вергаем и шпикд

ГКО. 4. сГШРА ДБЗОЕШШИ ЮШ ПОВШ ДВИГАТЕЛЕЙ ЗМЗ:

й'-<5ой юрмонотавкз при боковой нагрузке: 0,98, 1,47, 1,03 2,45 кН; б -без термовставки при нагрузке 2,45 рй: I- новый порзень, 2-посдэ наработки 60 3-поало наработки 130 гас.км..

При недостаточном зазоре в сопряжении кольцо-дно канавки поршня под действием нагрузки // возникают реакции на юбке и головке порция Л, (рис.2). 13 общем случае давление поршневого кольца на поверхность гильзы цилиндра с учетсм сил газов В i (Р?~1), упругости кольца Р.< и реакции составляет:

Рх - давление от силы упругости кольца: Н:™ £ГТ)Х ! доля от давления газов в цилиндре в I -й подкольцевой канавке порння: для 1-го кольца Bt =0,8, для 2-го~3¿ =0,2; давление газо^^з камере сгорания -P¿ ; давление от силы'реакции 5 расстояние ме?ду осями середины длины юбки и линией действия нагрузки А/ - ; расстояние медцу осями середины длины юбка и канавки поршня под компрессионные кольца- 2S; высота рабочей части кольца - Si .

Давление значительно превышает величину . Надеж-

ность работы поршней,'колец и гильз цилиндров обеспечивается при установлении необходимой величины монтеяного зазора в данном сопряжении, при котором полностью исключается контактирование кольца с дном канавки поришя.

Рациональней монтажный зазор $р . между кольцом л дном канавки поршня следует установить с учртом основных конструктивных и производствешю-технологичоских факторов:

теплового расширения гильзы цилиндра Ъи^&^Ь ; теплового расширения дна канавки поршня !Dn+ünt- \ отклонения диаметра каназки поринй ; реформации юбки поршня ■ &&& ; диамет-

ральной толщины поршневого кольца я ее отклонения ;

овальности гильзы цилиндра Л0ц ; допуска на зазор для

ходовой посадки кольца по радиальной.толщине в каиавко порешя во время работы двигателя.

Выведена формула для определения монтажного зазора в сопряжении кольцо-дно канавки'поршня: , . ,

Результаты расчета зазоров в вышеуказанном сопряжении приведены в главе 4 диссертации.

При-опредолени" рационального зазора мззду юбкой порашя л гильзой. . цилиндра следует исходить из условия наивыгоднейшей приработки и обеспечения работоспособности без появления задиров и стуков 1ЩГ с учетом конструктивной их особенности и наиболее про-валируюших технологических факторов.

И а гидродинамической теории смазки известно:

•Я»>А»,.,-у?Д* , (с)

гдо4я- минимальный зазор в сопрягшим деталей; /гМ1„ ~ минимальная толщина масляной пленки,' р - коэффициент, учитыватодий отклонения формы деталей; - макрогаометрия поверхности

трения деталей; 2 - добавка на неразрывность масляной пленки.

По данным измерений деталей двигателей ЗМЗ:

= 0,22 + 0,35 мкм; Нп = 0,40 + 0,70 мкм

В общем случае при Л увеличивающих тп уменьшающих размерах в сопряЕояии цилиндр-юбка поршня на основе уравнения размерной цепи выведена фор,угла расчета рационального зазора :

(6)

1де ^ - увеличение зазора за счет монтажной деформации и рас-шарзния диаметра цилиндра при нагрове до сродней рабочей температуры 100-Ю5°Сг - остаточная деформация юбки поршня посла обкатки двигателя; - расширение юбки поршня при.температуре 150-160°С; ¿юв - г увеличение или уконьсенио диамотра абки при запрессовке.пальца в поршень,-Результаты расчета зазоров приведены в главе 4. ' ■

Контактирование головки приводит к повышенному износу самой головки и нарушению приработки поверхностей поршневых колец, поршней и гильз цилиндров. Следовательно, при выбора зазора. следует исходить из условия наивыгоднейшей приработки и обеспечения надежной работы ЦДГ без задаров и стуков, что возможно при отсутствии контактирования головки о поверхность гильзы цилиндра.

Монтажный зазор между головкой поршня и гильзой цилиндра в плоскости качания шатуна зависит от теплового расширения гильзы Лф , головки поршня Апг , деформации юбки поршня при боковой нагрузке й^и» макроотклононий' головки поршня , допуска на минимальный зазор для подвижной посадки головки , начального зазора между юбкой поршня а гильзой цилиндра . На основе теории размерной цзпи выведена формула, опродо- . лякщая зазор в данном сопряяэшш: , . , .

В общем случ'ао основноо условна выбора рационального зазо-ра-^»/-, обеспечивающее надежную работу.ЦПГ, -имеет вид:' .

<"•- пзкталыгыо исследования приведены а 4 главе. :

Радиус поЕорхнсс-ш бочкообразного щюфьм гюиарессропного кольца долгая <!К1Ъ соЕзисрпд с певэрхностьа ггозн цилиндра,, чтоба компенсировать конструктивные д" технологические факторы;

неравномерность деформации юбкн лоргня &Ю> ; отклонение горизонтальной оса канавки относительна вертикальной оси пордь ш И ; ззгор касту канавкой и кольцом по высота .

и учетам вшюуказеншис звдщих. факторов получена формула внбора утла сгоса шайбы при притирке рабочей поверхности бочкообразного профиля етомирозачного компрессионного кольца:

„ « .2>.Ц САМ» 1)щ *

гдо б - гасота кольца; - диаметр щншндра*

Тангенс угла с(. , олредолеикнй по предложенной формула, позволяет обеспечить комфоссиокнни хромированным кольцам но-обходцкий бочкообразный профиль, ксхшгеашнй 1фо?лочннй его дон-тзкт с поверхностью гильза цюсшдрас

В ТРЕТЬЕЙ Ш.ЗК разработана'мзтодзка доводки ЦПГ. Оценка яостхюсти нглргшлящэй тесгк юбги поршей двигателей ЗАЗ произведена аз вгдаипв оо дгфориащпз, одрзямяоией хгря двйствш бо-г:с*юй нагрузга.с есмйзыэ специального-разработанного устройсгаа п гадргзлпчвехого агэида'сню Ш1-10. Исследованию лояаергшшсь сгэтдартаыэ и ошжше поряаш двзгагадеВ ШЗг

- зерзяв б гбг.\'оз5с?авз»й з готувпобразпям црейваом в&а; ~ яррчвп а таркозезяашгой п бз^ксойрззнш: профзлш в<й0$

- яоргнз без тзр^огзтазкз я ирздохьлой ярорззн га еЗк-з,.

а <2.« гссло гаргвеж?: 30 таз.®, в - поакэ «=• Х£0 ж«.пл.

Дпа »гягяеиа аагзедуктакгоЗ заезя оядаташх шшшя ка кодзужеофть г4зя гепн-ганша! ¡хойяергяугн порггнз з едздух^-вй есо-лввонаияшкотг гюрповь в щмш, вбкв Есрпад без «го тоясшя, сгаеяьныв С энной н нвяахрузвяйой) юбки без головки поршня. _

По рввдшепгзд гаслздовжжй етроятей хар&ктеркежзз дефор-ийсз з эагяшгоокв ог нагрузка (ргш.З}.

Ра^рабохасо уотрейи?» ецэеделкяя дс&дозцвз зк&к пс-р^эй яря б&чевгЗ кагрузкя; ОЁр^алешо епярн дефорт^гн дч иорзя гфячзззЕягс з?» вхсэде* с яоталь» разработанного усг-роёогза. Зэ оязизколгл знз'гззяям зеяяетк- дафефиедш строягся ыпвза ^Ъшаашг козр^лш^зй чаз'гЯ1'£Х5:р.з да хшздохо значеняя негрузк (ржз. 4).

Характер изменения деформации и напряшшй ко образующей1 юбки исследованы с покоцьа тзнгодатчиков типа ШШ-15-100-Ш, наклеенных т юбку в опасных ее сеченилх. Запись величины деформации велась самопишущим прибором Н-338-4 и с помощью усилителя УТЧ-1.

Разработаны приборы для визуальной оценки состояния приработки деталей ЦПГ и для определения величины и направленности овальности гильз цилиндров и просвета колец.

Разработана методика оценки условий смазки ЦПГ, основанная на использовании реального двигателя с незначительным изменением поршня. Окончательная оценка условия смазки ЦПГ производится по качеству приработки поверхностей доталой после стендовых форсиро-вашшх испытаний двигателей по специальному режиму на задир.

Оценка задиростойкости производится с помощью разработанного прибора без разборки двигателя или после ого разборки визуально путем срг внешш о эталоном приработки деталей. Методика испытаний двигателей на задир ЦПГ внедрена на Заволжском моторном заводе.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ по результатам исследований определено влияние деформации юбки поршня на технико-экономические показатели двигателя. С целью- выявления концентрации напряжений в опасных сечениях в зоне перехода юбки в бобышки портя проведены испытания портной двигателей модели ЗМЗ по мотодико, изложенной-в глава 2. Экспериментальные зависимости абсолютной и относительной величин деформаций от изменения нагрузки - )■ (Р) для всех образцов поршней приведены йа графиках в приложении к диссертации. Результаты испытаний показывают: появление трещин и разрушение юбки поршня наблюдаются у всех образцов в местах перехода юбки в бобышки под поршневой палец; уменьшение толщины юбки поршня на 0,5-0,6 мм вызывает.снижение усилия ее разруаюния на 150-280 кГс (1,42-2,72 кН), что составляет 9-1 отделение головки поршня от юбки вызывает снижение усилия разрушения на 3,85-4,7 кН, что составляет 20,8-22,5$; поршни без термовставкп сникают усилия разрушения юбки на 5,4-5,85 кН по сравнению с поршнями с термовставкой, что составляет 30,8-32,5$.

С помощью тензорезисторов определены величины напряжений, по данным которых определены запасы прочности в наибо.^эе нагру-

прц £ «150°С:Кр=21146, К3=.2,38. Таким образом, запас прочности юбки поршня приближается к низшему предельному значению.

Определены н&лбшюз опасные зоны концзнтрасщи напряявн/й а юбке пораня, ьадущкх к её разрушению. Основной причиной рааруио-;гия напг№;жщой части юбки являются: недостаточная аосткость направлякцой части юбки, наличие различных прорезай в юбке, грубая механическая обработка при подгонке кассы поршня, концентрация напряжений з галтелях бобнагэк поршневого пальца вследствие их малого радиуса, острые кромки стопки юбки и разностонкость.

Для определения характера деформации направляющей части юбки при действии боковой нагрузки исследованы 400 лорлне.. двигателей ЗМЗ. Порони с твр.товставкей з верхнем поясз юбка по кэсткости на 5-12$ выше, чем поршня с продольной прорезью (рис.3). Анализ результатов испытаний показывает/ что от конст-руктивнбй связи головки с юбкой зависит, на 10-ЗЭ^ яес?кость ¡шгаой v на 5—X8/S меткость верхнейчастей юбки поршня.

На основании стондовмх а эксплуатационных испытаний установлена рациональные значения податливости юбки в верхнем поя-00 £1% 0,03~и'\ .о ншглом поясо £¿^0,05" ^¡¡f^ я яооффящэк* ко равно?,сорности показателей подптдисЪстл юбки jH A¿J).

Но результатам исследований гторц деформации ибкз поболей rJ.\3 установлено, что асимметричность деформации является одной из сснсвнях причин зарождения усталостных трэсшн в юбках пох<» • кэй, так как приводит к пэрэраспрздолэшго ко!арнтрпц!а механических напряжений и сосредоточение) их в опасном участка 2 пестах галтельны:С пероходо-з (рте.4)» Яря нарзботкэ около 60 тнс. км эпюра деформации юбки лмээт вэд симметричных парабол, свидетельствующих о рал номерном распределения механических напряжений э юбке, при наработка свыше 130 тыс.юл жесткость направляющей части юбки значительно уменьшится я резко возрастает концентрация напрядзний в опасных сё сечениях.

Основными мероприятиями, опособствуяадак улэлпчепггз гэст-кости юбки поршня бзз термоэстазкя, являются ликвидация продельной прорези z уменышшэ рассогзаняя разностениоста тоютны юбки поршня. Изложенное подтверждается стендовыми зспитшияга по споциальной ускоренней методико на задир.

Повышенная неравномерность деформации юбки по её образующей приводит к отклешкто вертикальной оси поршня относительно оси гильзы цилиндра и, ¿сак следствие, к поЕыленнсг^у износу канавок под кольца и са?га:: колец, увеличенному расходу масла п

задарам да?алай ЦДГ. По pasyabt-aveu етйндошх ХСО-^асошх йены-тени!': на йэзоинагиоек» дввшгелай издала £МЗ (44 штЛ вкязяшю, чю с увйПиченйСйЕ податяшэосук в шгшеу поясе нагруженной части юбян корвия яьйдодздгся узолиадзпв расхода ьгаола а иощкооп: мз-:сааач9сюзс потерь а дЕлгаияях (рис„6 н 6). При увелнчшяж ео-дазлнвоожи Etöics порьая о 0,040 до 0,070 адэд/Й возрастав MoajaooTS uaœnriecsnx Еохорь двкгаголд на 10$ н орвдаий расход Lejana на 5С$0

С учи«ои тахкодогической всзшшоста овяектшшого подбора s рассеивания огдаюьишс сомавяявдах формулы (?) выбран sfísop, pasaaï 35-GO miüsp югориЗ нроверга в условиях ускоренных стеядо-ше Есшгзяай на задар ШГ ( I7¿ двигателей). Исследовано влия-нчо зазоре в есярязокш шка ггорпшх - гильзе, цилиндра на вибро-а^мичосясе вогзэдгеш Ш. ЕыбрашшЁ saaop апройи-

рован MHorocuoîHEsc. гэдускоа сарайных а шдорниоярованных двкга-sa&efi SM3 на Завол&скга которым векодо.

Гедсонельный зааор иектог голошеей порта и гильзой цгдопдра опрвдапш но дсрмуло'(V)„

PeoveïHHô вслвдодс асзоров состаззш>т в ш;оскоага качааня шатуна 0,53-1 -0,720 ш, a s.нлссяоотз иаражпелзяэй ось йгша -0,420- 0.С90 ш.Дкя обесщжша шксетсоги. работа ЩГ боа хон~ хаыщювешш хшошк корная о поьерзкоои» зсвяьзн вшвдрг па-цеозаяьшй sa«op imJpss в црадажгя О,О0О-О»8ЭО ш, иотнрай сь-pwfepoasu мяоитвлишш псшшшш! ЕЙ йваотазкосяь каггагадай

В ПЯТОЙ ШЬВ оцроглагш вожгаши ак&чейгй

ухгрутсздж еомфмовдяях шавЦо Кзоаодэзаззк зшгэ 250 но стойрашшг дахетел эй Ví ÍÜjoSí&ím) к Vg С «ÏOfec«), црзгвдоаниа s процессе казодсной о&зхзе s vsunsanfi HÜ воиеогияд устааош-и» осасдаю -одсзвзц юявикешк гтяров и-sa»» даров ЦДГо

Сршьл-Айьшаа oscacosiMK ücsühäm в.а ащ^} ötwite I£Q дагаясдей V» Е \4 ДГ® гг&ьзхнок sajtfasse сочогашй уярутосга всдвч узтаксдкйко, «во es усххая- mmsemsü vscwocte coíiecs» h2íx саддюп (не бодуг/ J;.' os oö^cro Ko®we3*¿xa задкров Щ1Г) рацао-йепйак глсалгд ухфухоозг шофоошошш: косец соо^аздже доя - « 17,0^ 22,7 H ж £Ц(Р?Ш 25,0 И, Увеазгееш® Sxpyí'üiri .vÄia^üt o'-KKiBiat колец eavxs увкш<Я!Х ео.з^кйь?

bjokíxí» 1йгогчш!зга№ кокда иа з&^глаааг. вадаоа в

щг, coovbf-xctbtbaa. ди г^зслвлл v« к'; 5? и у» до 3,?.

г** ~

ÍSff

m

Sff

с

\ Xs- .........

\ \

.X к V

'Го ir i»

f |J I

i

¿¿tri

éSjf.

47 tU as \ñf

Pí'c.s. дай'сыжтб mpa$m.h> J aá/rts¿«e$¿//re' ;>

WfrteMcsrfa(/c/rrtf. ирмаиш$а/шо У от пой?ягл?$оетр тжто яемса тгр^жт/оу Част/ ¿яйу. . ¿. : Рл . K{-z','/fí7ffMMfo?csrri> wt/aufi/fottm ¿тюго .шоца wmâmcmJtom тащчхз J àrwj

7íK-m мз, septueû яср&гёои fumôxa.

Nrp г id¡/f?

m

Z&û

гм

л

вг Р

' s й/ Я / 'S "

а/о л'*_£5£ Х-

Л/ i ffn . 5 о s

¿f -g—-1 ^rPi ° НУ

® - о l/V. А ' ' 3

* О : у ° ® 0 V

! ^Г' J

Wû

t/Û \№ i

Ш

V/ff

ш

\SÛ

&

am m< дм ш M? m

JT

Fus. û. Jaôucmçcm paczccta тела я мщнит нехомюнел - пшгрь дмгатш AL тг т$атли$щтг /ш^гигго яад т*м порт/т 2-3 -тгре?зл»»-раез$#Шю2 pasxofa мзгяги ¿-»¿яшме рщивеяя/ ег/вювг fùï с—¿Щ еяге/гтежата?8,2; " степень es-cam-a/ SJ. .

Испытания Vf (6 кт„) при 85-210 тыс.юл к Уг (7 шт.) при 34-65 .тыс.км наработка псхсазывают, что при рациональном значении упру-мсти наб.га.дается наименьшая интенсивность износа поршневых колец, ;:анаьок порсдгей и гкльз щшшдров. Наиболее высокую эффективность но «ШЛ0Н1Ш згдира ЦП1 шеи г двигатели V^ .

Во боог. случ&пх рациональное значение упругости компрессионного кольца, обеслзчаващее качественную приработку Щ1Г без задира Qap > должно быть больше или раыо величине упругости, необходимой для обеспечения ааделшой наработки поршневого кольца Q-j ; Q .¿Q .В общем случае упругость кольца

Q, « * % * ¿Qks + л Qt , (0)

где - продельное глшимальио допустимой вначонив упругости

компрессионного кольца; ЛQ^ - нонккенЕа упругости от увеличения зазора в замке кольца вследствие износа гильзы цилиндра;ЛQxi" пошшенио упругости от увеличения зазора в замке кольца вследствие ого износа по радиальной толщина; ¿¿Qi - понижение упругости колы« из-за релаксации внутреннего нацряг.енкя ого материала.

По результатам ишэрзикя после эксплуатационных испытаний 120 шт. дБиг.у.тел9й\/{с-пробегом 1Б7-230 тыс. км и 18 шт.

с наработкой 42-80 тш.км установлено, что поннкзнле упругости компрессионных колсц-ие превыаало 14 Н, а минимальная остаточная упругость составляла 3-II Н. Для расчета упругости кольца принято значение = 9 К.

Существует заглюклость: Q^ , где /Г - коэффициент упругости кольту», в зависимости от измэкения зазора в ого замке;для

К = 2-2,4 H/'!i\ij для К = ?.,2~2,Ь НДм» $i - изменение зазоре, в satxa при износе, соот^етстЕЭНно, гильзы 'цилиндра и кольца:

и Sit^Srtit: .

Понижение упругости кольца из-за теплового воздействия и релаксации ьчутрашхэго напряжения наблюдается в начальный лераод акешгуатации 100-250 час. наработки и составляет aQ* ~ --- 0,80 - 2,10 II. '.

Для обеопочецая наработка двигателя 200 тыс. км исходная упругость верхнего компрессионного кольца додана составлять; для -

Qs 21,7 Н и для V? ~ Q; = 23 Н.

Расчетные значенгя упругости во всех случаях мвнше величины Qttf.з .

У ообг.о;лсн:ж боизляовых двзгателей с дизкетром нйяшэдра 90-100 и: воличяка унругоотп компрессионного кольца находится в пределах 12-25 И.

Огрпиячеюю улругосга кольца а продолах радаон&ташх значэ-поЕьа~лзт умопыяить интенсивность износа гаяьзы цчлиздра л поршнэтотс .кольца, а гзаз снизать иощнос?:, кахашгзсохйвс потерь дшггахаля на 5*15% по влстлой скоростей характеристике. Лроддояешшв зкачеши упругости колец внедрена з производство.

Исследогпно вл/лиио внутренних фесок па верхних гшяресснса-;ппс кольцах л поллтошы отклонения торцевых локэрхностой ^хавок под корглогао кольца к осп ¡обкя поршня т основные тсосшчсс-као показатели двигахаля: пропуск газов, расход иаслз, кзаос ЩГ и условиях стендовый: всштаний. Многочисленные эгсссродззтазыпп исслодовагля и сиа»из их результатов поюэзцвавт, что аашгпгв ыут-решпЕС на ш-зарзоезонжее кольцах в прадедах {0,2 -0,3)х1£Р

пооволл-от слизэть интенсивность лзнсйявшия канавок аоршей по знсото.соответственно в 1,5 - 2,5 рапа-л цодаость кохеллчеекп: потерь па

В'.'Ееумзипшо мероприятия шодрена'р производство на а'ЛЭ, что позволило снизить задиры ЦДГ двигателей бол о а чем в 2 раза.

В ШГГОИ Г.ШЙ рессмотронс влияние нового рабочего згооцес--са двигателя на работоспособность Щ1Г. Алл улучшения топливной экономичности оигаииш шброо'ез о отрабогдлиап газа."л цро-ду!{?оа неполного сгордгат на »еддернязирозшшх дяагатояях Ftl3-bLV-.il цргшелел нслый работай процооо о вахревни лгшхошгем заряда, Для этого з конструкция::. опытных головок цнлгндроз яры-иснени взштоэие впусканэ капели.

Теркоматрярсгзигз деталей 1Д1Г дозволило устанолгть уволиза-нио иоровншерйосха расиродаяошщ гсгзюратурн детаяоД 1ЩГ у этого двнгахапя. Для устранения этого явления ксиепеш ггротоки я сяс-томе охлаздения головки цшшдра л схеиэ царкузяцйи охвзяздонЯ гидксстц- з двигателе„ Оценка теилонппряйэцноотн проводена гзр'ло-иетрированием головок йлока, гильз хцншидроз к поряно/1 пря работе двигателя по внешгзй скоростной хэракторкехккэ. Р^зультгет тормокйтрнровзшм деталей ЩГ показали:

уроачл тижератур оснокпхх наиболее нягруяешшя: слеиентоп ворлшей находятся в продолах, допустимых для пораной ?:я штаетга-еиих сплавоз, при этой температура п центре дгпаг.а 2-го и 7-го порашей практически одинакова, что и со старым процессом;

- удучшонпо разно''ер:!остз распределения томпераи-ур по высота гильзы цплмядроз пеэполкло повысить долговечность ЩГ на 20-32.?, п тагао т. 2 раза узашппть зьдпростойкость 11ПГ двигателей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Обобщен и проанализирован отечественный и зарубежный опыт по конструкции, расчету и испытанию ШТГ бензиновых двигателей. Проведенный комплекс аналитических и экспериментальных исследований, опытно-конструкторских разработок, стендовых и ■ эксплуатационных испытаний позволил усовершенствовать ЦПГ выпускаемых двигателей ЗМЗ, разрабатывать и применять рекомендации для создаваемых на заводе новых перспективных двигателей.

2. Пслучвны уравнения для определения жесткости юбки поршня, предельных величин отклонения горизонтальной оси канавки поршневого кольца к поворхностк гильзы цилиндра, а также величины приращения деформации юбки поршня по длине её образующей.

3. Разработаны методы: определения, оценки и построения эпюры деформаций юбки поршня как по окружи остк, так и по её образующей; определения влияния отдельных элементов конструкции поршня и их связей с жесткостью поршня; исследования напряженности юбки поршня в опаеннх'её сечениях. Разработаны методики ускоренных стендовых испытаний на задир, определения условий смазки

ИПГ и расхода масла.'Разработали устройства и приборы для их осуществления. Устройства, приборы и метода испытаний внедрены па ЗМЗ и используются для доводки новых конструкций поршней.

4. Определены величины-напряжений в зонах опасных сечений и косффяциенты запаса прочности в наиболее нагруженной части юбки поршня двигателей ЗМЗ. Действительный запас прочности в этих местах находится в пределах 2,4 2,8, а расчетный-2,5;- 3,0, Запас прочности юбки поршня приближается к ниннему пределу, предъявляемое I: деталям из алюминиевого сплава. Установлено количественное влияние на прочность разностэнности толщины юбки поршня, наличия тврмозсташЕ и прорезей на юбке.

5. Шявлена целесообразность дальнейшего увеличения жесткости юбкл поракя двигателей ЗР.ГЗ в никнем её поясе, в зоне перехода от юбки к бобышке под поршневой палец. Определены рационально значения кесткооти для отдельных зломентоь поршня, разработаны к внедрены усовершенствованные конструкции поршней на двигателях ЗМЗ.

6. Определены рациональные значении упругости компрессионных колец. Это позволяет уменьшить интсксигность изнашивания дотатай 1Щ1' в 1,2 + 1,5 раза и снизить исдность механических г.сторь на 5

7, Енявлсна необходимость введения внутренних ({пеон на компрессионных кольцах и ограничения величины отклонений ст парпэцдк-кулярности канавок поршня под кольца. Продельные значения отклонения канавок - 0,60 мм на длине Ib г,гл.

В. Проведенные исследования ШИ' модериазировашшх двигателей ЬМЗ-53-il с новым рабочим процессом позволили путам конструктив-шх изменений головки цилиндров и оаотош охлакдотя двигателя побить болоо равномерное расврэделеийо температур деталей ЦЛГ. что позволило повысить долговечность еэ на 20-32$, а такио в 2 раза улучить лротивозадирные качества.

У. Выполненные автором 'исследования явилась составной часка ¡«боты Заволжского моторного завода но модернизации двагатзлей и в значительной стенони спосооствозалл козьщонии рзеурса до

г-

первого капитального ремонта с 200 до 2Ь0 тыс.к» пробега автомобиля, снижению расхода моторного тела на угар с 0,8 до 0,4$ к расходу топлива, а также сшигснко расхода топлива на 5-10$.

Годовой экономический Э'ЭДйкт от модернизация двигателей составляет 109i;05 ««.рублей. Доля участия пвтори в полученном экономическом зффокто составляет 10$.

IS -

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЕЖОЕАНО В РА ЮТАХ:

1. СУХАЙОВ К,Ф., СШРОВДТСКИЙ В. А. Повышена» мощности двигателя ГАЗ-24 за счот использования настроенной системы шггуска отработавших газов,Научно-техническая конференция "Исследование в области конструирования и попадания надежности автомобилушх карбюраторных двигателей", ШОД, ШГИ, ГАЗ, С.МЗ, г.Завсдахе-ГорышИ, 17-19 марта 1971г.

2. ЦОЙ И.Ы., СУХАНОВ Н.Ф., БОРИСОВ В. В. Методика измерения износоб колончатых валов. Сб. "Обмок передовым опитом в автомобиле-отроении", КШавтопром, М. ,1973, Л 24, с.15-18.

3. СУХАНОВ Н.Ф., ЦОЙ И,И. Устройство для определения расхода масла в цилиндрах дгигатолай, Сб. "Конструкции автомобилей", НИИНавтопром, I.;. ,1971, й 3, "..46-49.

А. ЦОй И. К., 2АБ0Л0ТКЫЙ А.В., СУХАНОВ H.to., БОРИСОВ В.Б. Прибор для определения некругдости по кщроарофклограшо детали, Сб."Обмен породовым опитом а автомобилестроении", ШШавтопроы, Ы., 1973, а 17, с. 16-17.

5. ЦОЙИ.М., СУХ/ЛОВИ.?/., НАЗАРОВ Л.Д. Олродолониэ расхода шела в двигателях, "Конструкции автомобилей", ШИНавтощш, М, ,1974 > а Ь, с.6-I2.' '

6. СУХАНОВ Н.Ф: ,' ЦОЙ И.М. Определение конусоосЗраэкости ци-лшадтеокай дотаиеЯ с помощью шкропрефляограйа РЛ1Г-3, СбЛ'Обши пэрздоанм отслои в аэтомо^йлеотроонш", Ы. ,1.374, Я II, сДБ-1Э.

7. НАЗАРОВ А.Д. ,ЦОЙ ИЛЛ., СУХАНОВ H.S. Устройство для определения проезэта шеду портным кольцом i; гильзой цдлиндра, Сб. "Конструкцм ижгсобллгй", гезЯавхсаряа, К. ,1374, й II, о. 45-47.

8. С7Ш0В II. Ф,, TLV3/JPCB А.Д., ДОИ И.М. Иосдздоваш» условий смазки iTopmioii. Еаучзю-тохшдсскзр конй©ро:щдя НТО »йашвроя, БХО иы.Д.Й.Шидш:&9ва, "ИИ, г.Волгогрзд, 1974г.

9. СУХАНОВ И.®., иттмтв Б.-5., ЦОЙИ.М. Ваоор гамдоэ мещду целшщюм и йордесш. Научно-тохшешская конференция НЮ Мшщкж, 3X0 ш.Д.К.Мовделезва, ВПИ, г,Волгоград, 1374г.

10. ШРЮИН.Э., ГАЖРМОЗ B.C., СУХАНОВ Н.Ф, к др. Бовшокю юдогносде деталей дедпвосрошрзшовой груша догаяеля "Автоизбалъкся промнллгшюсть'', ML, IS/5".'., JS 12, с.4-6.

11. ЦОЙ И.М., СУХАНОВ II.S., ШАРОВ Ш.Н. Устройство и кряте-р?? оценки дэсткости юбки поршня, Сб."Конструкции аатоьюбглей", ШШазтоцро'д, М.Д977, с.25-38.

12. СУ-XAIiOIi Н„Ф.\Ц0!1 И.Ы.Разор в оовряксяяи шриеяь-ГЕЛьза цилиндра к водимом ь дшгатаая.Воесовано» совещание "Лозшенйв сехначэского уроаш^катоекс.надоадоота и доагоададоегг'автомо-