Температурнонезависимое центрирование

Обычный способ центрирования по цилиндрическим поверхностям неприменим, когда в системе соединяемых деталей возникают значитель­ные тепловые деформации. Если охватывающая деталь имеет более высо­кую температуру или выполнена из материала с более высоким коэф­фициентом теплового расширения, чем охватываемая деталь, то в соеди­нений образуется зазор, нарушающий центрирование. Если же охватыва­ющая деталь имеет меньшую температуру или выполнена из материала с меньшим коэффициентом теплового расширения, чем охватываемая, то в соединении возникает натяг, нагружающий соеди

нение и вызывающий деформацию соединяемых деталей, т. е. в конечном счете также нарушаю­щий центрирование.

Это явление имеет особенно большое значение в конструкции тепло­вых машин, (например, газовых турбин) с корпусами большого диаметра, зачастую выполняемыми из различных материалов.

На рис. 8.16 (фланцевое соединение) представлены некоторые способы температуронезависимого центрирования. Стальной фланец I центрируется буртиком в корпусной детали 2 из алюминиевого сплава (рис. 8.16, а). При нагреве системы в соединении появляется зазор; центрирование осуществляется лишь неопределенным действием затяжки крепежных бол­тов. Более уверенное центрирование обеспечивает стяжка соединения призонными болтами (рис. 8.16, б). Однако при нагреве в соединении возникает натяг, деформирующий узел. Натяг возникает и при центриро­вании наружным буртиком на стальном фланце (рис. 8.16, в).

Рис. 8.16. Центрирование фланцев

 

Такие способы центрирования допустимы, когда одна из соединяемых деталей обладает податливостью в радиальном направлении, например, если стальной фланец переходит в цилиндрический тонкостенный корпус 3 (рис. 8.16, г), который может несколько расширяться в радиальном направлении, что несколько уменьшает напряжения в узле.

При системе двойного центрирования (рис. 8.16, д) соединение в холод­ном состоянии центрируется по внутреннему буртику стального фланца. Наружный буртик выполняют с зазором т, равным полуразности тепло­вого увеличения диаметров алюминиевого и стального фланцев. При нагреве функцию центрирования принимает на себя наружный буртик; на внутреннем буртике образуется зазор. В период разогрева между крайними значениями температур центрирование получается неопределен­ным. Разновидностью этого способа является центрирование буртиком, входящим с внутренним зазором п в кольцевую выточку сопряженной детали (рис. 8.16, е).

При равномерном тепловом расшире­нии все участки цилиндрических деталей перемещаются по радиусам, сходящимся в оси симметрии деталей. Если расположить центрирующие элементы лучами по радиусам, то центрирование будет сохраняться при любых тепловых деформациях системы. Число центрирующих элементов должно быть не менее трех. Этот вид центрирования называют радиально - лучевым

Примеры лучевого центрирования показаны на рис. 8.17 (сопряжение охватывающей детали из алюминиевого сплава со стальной охватываемой деталью). В конструкции а центрирующими элементами являются под­головки болтов 1 с лысками, плотно входящие в радиальные прорези на фланце. Фланец притягивают к корпусу тарированным усилием с таким расчетом, чтобы сила трения на стыке была меньше термических сил, возникающих при нагревании — охлаждении. Иногда систему затягивают до упора гайки в подголовок болта так, чтобы в соединении был минимальный осевой зазор (несколько сотых миллиметра). Центрирование буртиком в данном случае излишне, так как буртик служит только для размещения уплотнения.

Рис. 8.17. Радиально-лучевое центрирование фланцев

 

Можно привести ещё много способов температурнонезависимого центрирования, но все конкретные конструкции охватить невозможно. Важно помнить правило – при разработке узла сопрягаемых деталей с разными коэффициентами теплового расширения следует произвести обязательный анализ их пространственного положения при разных рабочих температурах.

 

Отвод теплоты.

Действенным средством снижения термических напря­жений и деформаций, уменьшения короблений и сохранения прочности материала является уменьшение перепада температур. Этого достигают изоляцией детали от действия источника теплоты или увеличением теплоотвода в окружающую среду. При особо высоких температурах вводят системы с принудительным охлаждением (воздухом, маслом, водой).

Конструкция дискового фрикционного сцепления, в котором одна накладка прикреплена к корпусу сцепления, а вторая — к нажимному диску (рис. 8.18, а), нерациональна, так как тепло, выделяющееся при включении сцепления, переходит в тонкий ведомый диск и перегревает его. Значительно лучше конструкция (рис. 8.18, б), где фрикционные на­кладки прикреплены к ведомому диску. Рис. 8.18.

Крепление фрикционных накладок

Благодаря высоким теплоизоля­ционным свойствам накладки надежно защищают тонкий диск от пере­грева; тепло, выделяющееся при включении, переходит в массивный корпус сцепления и нажимной диск, которые вследствие большой тепло­емкости нагреваются при включениях незначительно.

Теплопередачу можно интенсифицировать путем устранения термиче­ских сопротивлений. В блочном двигателе водяного охлаждения с сухими гильзами (рис. 8.19, а) теплоотвод от гильз в охлаждающую воду затруднен из-за наличия лишней стенки, неизбежного присутствия масляной пленки и загрязнений на поверхности запрессовки.

Гораздо лучше охлаж­дение гильз, непосредственно омываемых водой (рис. 8.19, б).

 

Рис. 8.19. Усиление теплоотвода

 

На рис. 8.20, а представлены ранние конструкции выхлопного патрубка двигателя воздушного охлаждения, а на рис. 268, б — современная кон­струкция с сильно развитым оребрением и улучшенным теплоотводом.

 

 

Рис. 8.20. Усиление теплоотвода

Охлаждение участков расположения седла и направляющей выхлопного клапана должно быть равномерным, иначе возможно искажение цилиндри­ческой формы седла и, как следствие, нарушение правильной работы.