Состав и устройство узлов КШМ - Студопедия

1. Назначение КШМ и принцип работы.

2. Состав и устройство узлов КШМ.

1. Назначение КШМ и принцип работы.

Определение: механическая передача передающая энергию с преобразовани­ем видов движения.

В соответствие с общей классификацией машин и механизмов - кривошипно-ползунковый механизм (КПМ).

Назначение: КШМ служит для преобразования поступательного движения поршня под действием энергии расширения продуктов сгорания топлива во вра­щательное движение коленчатого вала.

Принцип действия: четырехтактный поршневой двигатель состоит из ци­линдра и картера, который снизу закрыт поддоном. Внутри цилиндра перемеща­ется поршень с уплотнительными (компрессионными) кольцами. Поршень через поршневой палец и шатун связан с коленчатым валом, который вращается в ко­ренных подшипниках, расположенных в картере. Сверху цилиндр накрыт голов­кой с клапанами, открытие и закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала. Перемещение поршня ограничивается двумя крайними поло­жениями, при которых его скорость равна нулю: верхней и нижней мертвой точ­кой. Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается ма­ховиком, имеющим форму диска с массивным ободом.

Состав и устройство узлов КШМ.

Состав: все детали КШМ делятся на подвижные (рис.1) и неподвижные (рис. 2). К неподвижным (детали остова двигателя )относятся: картер, блок цилиндров, головка блока цилиндров и соединяющие их детали (рис. 2, 3), к подвижным - поршень с пальцем и кольцами, шатун, коленчатый вал и маховик.

Блок цилиндров является основой двигателя. Большая часть навесного обо­рудования двигателя монтируется на блоке цилиндров.

По форме блока цилинд­ров ДВС классифицируют:

- рядный двигатель: цилиндры располагаются последовательно в одной плос­кости; ось цилиндров вертикальна, под углом или горизонтальна ; число цилинд­ров - 2, 3, 4, 5, 6, 8;

- V-образный двигатель: цилиндры располагаются в двух плоскостях с обра­зованием конструкции V - образной формы; угол развала - от 30° до 90°; число цилиндров 2, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 24;

- VR-образный двигатель: рядно-смещенное расположение цилиндров в шахматном порядке с углом развала 15°. Очень узкие V-образные двигатели тако­го типа долгое время делала итальянская фирма “Lancia”, и ее опыт используется концерном “Volkswagen”;

- W-образный двигатель: два рядно-смещенных блока VR, объединенных в V-образную конфигурацию с углом развала 72 °С. W8-Volkswagen Passat, W12- VW Phaeton и Audi A8, W16-Bugatti EB 16.4 Veyron;

- оппозитный двигатель: противолежащие друг другу цилиндры располага­ются горизонтально, число цилиндров - 2,4,6. Subaru обозначает свои оппозитные двигатели индексом "B" (Boxer), добавляя к нему цифру "4" или "6", в зависимо­сти от числа цилиндров.

Нумерация цилиндров начинается от носка коленвала, а при двух-, и четы­рехрядном расположении цилиндров - слева, если смотреть со стороны носка ко­ленвала ( за исключением «РЕНО»). Направление вращения коленвала - правое, то есть по часовой стрелке, если смотреть с носка коленвала (за исключением Honda, Mitsubishi).

В конструкцию блока входят гильзы цилиндров, рубашка охлаждения и гер­метизированные масляные полости и каналы. Во внутренних полостях блока цир­кулирует жидкость системы охлаждения, там же проходят и масляные каналы системы смазки двигателя. Блок имеет монтажные и опорные поверхности для ус­тановки вспомогательных устройств.

Картер служит опорой для подшипников, на которых вращается коленчатый вал. Обычно выполняется заодно с блоком цилиндров. Такая конструкция называ­ется блок-картер. Снизу картер закрывается поддоном, в котором обычно хранит­ся запас масла.

Чаще картер и блок цилиндров отливают как одно целое. Если картер изготовляют отдельно, то к нему крепят или отдельные цилиндры, или блок цилиндров. Блок-картер совре­менного поршневого двигателя — это наиболее сложная и дорогая деталь. Он обладает большой жесткостью. В зависимости от вос­приятия нагрузки различают силовые схемы с несущими цилиндрами, с несущим блоком цилиндров, с несущими силовыми шпильками.

В первой схеме под действием сил давления газов стенки цилиндров и рубашки охлаждения испытывают напряжение разрыва. Во второй схеме, получившей наибольшее распространение, нагрузки восприни­маются стенками цилиндров и рубашки охлаждения, поперечными пе­регородками картера. В этой схеме часто используют сменные гиль­зы «мокрые» или «сухие» (рис. 3).

Рис. 1. Подвижные детали КШМ

Рис. 2. Неподвижные детали ДВС

В этом случае основную нагрузку несут стенки рубашки охлаждения. Конструкция в целом оказывается менее жесткой. В третьей схеме растягивающие нагрузки воспри­нимаются силовыми шпильками, а цилиндр (или блок цилиндров) оказывается сжатым.

Рис. 3. Гильза цилиндров (а) и схемы по­садки мокрой (б) и сухой (в) гильз

При работе силы давления газов, растягивая шпильки, разгружа­ют цилиндр. Блок-картер служит базовой деталью, на нем размеща­ются все навесные агрегаты, механизмы и системы двигателя. Блок- картер воспринимает все силы, развивающиеся в работающем двига­теле, отдельные его элементы подвергаются значительному местному нагреву, он подвержен действию колебаний, а те его элементы, кото­рые сопрягаются с подвижными деталями двигателя, в процессе экс­плуатации сильно изнашиваются.

При длительной работе блок-кар­тер коробится из-за деформаций, действия силовых и тепловых нагрузок и структурных изменений в материале. Как следствие, теря­ются параллельность осей цилиндров, перпендикулярность осей ци­линдров к оси коленчатого вала, возникают другие нарушения макро­геометрии блока картера, что весьма нежелательно из-за увеличения трения, износа и даже выхода из строя всего двигателя.

Головка цилиндра (рис. 4) обеспечивает герметизацию верхней части ци­линдра. Совместно с днищами поршней, образует камеру сгорания. Обычно уста­навливается одна головка для всех цилиндров рядного и VR-образного, или две - для V, W и оппозитного двигателя. Она крепится к блоку цилиндров и, при работе составляет с ним единое целое. Уплотнение стыка обеспечивается прокладкой.

На большинстве ДВС в головке размещается привод клапанов, сами клапаны, свечи зажигания или накаливания, форсунки. Так же, как и в блоке цилиндров - имеются жидкостные и масляные каналы и полости.

Головки цилиндров подвержены действию максималь­ных сил давления газов, контактируют с нагретыми газами.

Рис. 4. Головка блока цилиндров: а) вид сверху, б) вид снизу

Для изготовления блок-картеров и головок цилиндров использу­ют серые или легированные чугуны марок СЧ 15-32, СЧ 21-40 и алюминиевые сплавы. Чугуны содержат около 3-4% углерода, ле­гирующие элементы (марганец, хром, никель, титан, медь, молибден), примеси серы и фосфора, кремний. Твердость чугунов составляет 230-250 по Бринеллю. Для све­дения к минимуму в про­цессе эксплуатации дефор­мации блока применяют операцию искусственного старения отливок перед механической обработкой.

Стенки блока цилиндров при работе двигателя ис­пытывают циклические на­пряжения изгиба. Обычно стремятся уменьшить ам­плитудные значения на­пряжения, что достигается путем оребрения поперечных стенок. Что­бы снизить упругие остаточные деформации постелей коренных под­шипников коленчатого вала, обеспечить их соосность и улучшить работу кривошипно-шатунного механизма, часто вводят силовые свя­зи между крышками коренных опор и стенками блока.

Очень важно при сборке, изготовлении или ремонте снизить так называемые монтажные деформации гильзы в сборе с блоком. Повы­шенные монтажные деформации гильзы, как свидетельствует опыт эксплуатации дизелей Д-37Е, ЯМЗ-236 и др., приводят к повы­шенному трению и преждевременному износу гильзы. Равномерность деформаций достигается путем обеспечения примерного равенст­ва деформаций участка блока при затяжке каждой шпильки, а их минимизация — путем увеличения жесткости гнезда, в котором раз­мещается шпилька. Блоки цилиндров и гильзы двигателей с водяным охлаждением подвержены кавитационному износу.

Причиной воз­никновения кавитации стенок блока цилиндров и гильз являются ин­тенсивные вибрации, возникающие при осуществлении рабочего про­цесса и ударах. Во избежание кавитационных износов в блоке цилинд­ров размещают антикавитационную защиту (например, в двигателе ЯМЗ), представляющую собой специальное антикавитационное пло­ское резиновое кольцо, устанавливаемое с натягом на гильзе и попада­ющее вместе с гильзой при сборке в выточку в блоке и гильзе. Как правило, при демонтаже узел разрушается, поэтому в эксплуатации при переборках его нужно заменять новым. Равномерного распре­деления нагрузок добиваются также во всех элементах головки блока цилиндров.

Особое внимание уделяют совершенствованию технологии литья головок и блоков цилиндров, чтобы снизить нарушение размеров отливок, избежать отбеливания чугуна, обеспечить точность и ста­бильность литья. Должным образом доведенная конструкция блока цилиндров и головки обеспечивает наработку 8000 моточасов и более.

Важный элемент конструкции — прокладка головки блока ци­линдров, обеспечивающая плотное соединение головки и блока ци­линдров и препятствующая прорыву газов из камеры сгорания при работе двигателя. Про­кладки делают цельноме­таллическими из меди или алюминия, тонкого сталь­ного листа (набора тонких листов), а также из листов графитизированного асбес­тового картона, положен­ных на стальную сетку.

Металлические проклад­ки используют в дизелях с жесткими блоками и го­ловками и при большой силе затяжки шпилек. Ас­бестовые прокладки при­меняют в карбюраторных двигателях, а также в ди­зелях. Шпильки, которыми притягивают головки и прокладку к блоку цилинд­ров, изготовляют из угле­родистых и легированных сталей. Нижняя часть кар­тера (поддон) в двигателях не является несущей. Ее отливают из алюминиевого сплава или штампуют из тонкого стального листа. Поддон обычно служит ванной для масла, в нем размещают маслоприемные устройства, успокоители против разбрызгивания. Устанавливают его на про­кладках для предотвращения вытекания масла.

Шпильки подвергают расчетам на прочность на знакопеременные нагрузки. Оценки напряжений в элементах головок и блоков цилинд­ров по формулам сопротивления материалов носят условный харак­тер. Лишь в последние годы, после того как был развит метод конеч­ных элементов, стала возможной постановка задачи о расчетах на прочность таких сложных по конфигурации деталей, как блок цилинд­ров и головка. Расчеты эти требуют применения мощных вычислитель­ных машин. Традиционно заводы-изготовители много времени и сил затрачивают на экспериментальное определение характеристик на­дежности, вибрационной стойкости деталей остова.

Материалы: http://studopedia.ru/4_157954_sostav-i-ustroystvo-uzlov-kshm.html

Кривошипно-шатунный механизм двигателя преднаг значен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Этот механизм осуществляет передачу давления газов в цилиндре двигателя на его коленчатый вал и включает в свой состав поршневую группу, шатун и коленчатый вал. В поршневую группу входят поршень, поршневые кольца и палец. Шатун имеет на своих концах поршневую и кривошипную головки, соединенные стержнем шатуна.

Поршень управляет газораспределением в двухтактном двигателе, воспринимает и передает давление газов на поршневой палец, который служит для шарнирного сочленения поршня с шатуном и передачи усилия от поршня к шатуну. Поршневые кольца обеспечивают герметичность камеры сгорания, равномерное смазывание зеркала гильзы цилиндра и частично отводят к ней теплоту от поршня. Шатун совершает сложное движение, преобразуя возвратно-поступательное перемещение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Устройство кривошипно-шатунного механизма карбюраторных двигателей рассмотрим на примере двигателей УД-15, ДМ-1, МК-1, «1Z11 Гутброд» и дизелей — на примере 1Д90ТА.

Поршень двигателя УД-15 имеет вогнутое днище, что позволяет, в некоторой степени, придать камере сгорания форму, близкую к наивыгоднейшей — сферической. На поршне устанавливаются два компрессионных кольца и одно маслосъемное. Компрессионные кольца обеспечивают плотность изменяющегося внутрицилиндрового пространства, а маслосъемное — равномерное распределение масла по зеркалу цилиндра для обеспечения скольжения по нему поршня и компрессионных колец. Маслосъемное кольцо, кроме того, удаляет лишнее масло со стенок цилиндра, чтобы исключить повышенное нагарообразование в цилиндре и увеличение расхода масла. На двигателе УД-15 используется маслосъемное кольцо с расширителем (разжимными пружинами). Это кольцо состоит из двух плоских хромированных сегментов, осевого расширителя и радиального расширителя. Замки плоских сегментов размещаются под углом 180°, а канавка для установки кольца сообщается с внутренней полостью поршня отверстиями, через которые уходит избыток масла.

Поршневой палец — стальной пустотелый; имеет скользящую посадку в бронзовой втулке и поршневой головки шатуна и плотную — в бобышках поршня. Фиксируется поршневой палец от осевого перемещения (в горячем состоянии) кольцевыми пружинами. Шатун — стальной, штампованный, двутаврового сечения. Поршневая головка — цельная, в отличие от кривошипной головки шатуна, имеющей горизонтальный разъем. Сопряжение шатунной шейки коленчатого вала с кривошипной головкой выполняется на тонкостенных взаимозаменяемых биметаллических вкладышах, фиксируемых от смещения в головке шатуна штампованными замками. Коленчатый вал двигателя — стальной, цельноштампованный, с внутренним каналом для подачи масла; устанавливается на двух подшипниках качения. Уплотнение узлов установки коленчатого вала в картере осуществляется с помощью манжет. Противовесы коленчатого вала выполнены за одно со щеками. На переднем удлиненном конце коленчатого вала кроме коренного шарикового подшипника устанавливаются распределительная шестерня, механизм запуска и вентилятор-маховик, который выполняет также функцию корпуса центрифуги. Задний конец коленчатого вала предназначен для установки муфты привода.

Близкую к УД-15 конструкцию кривошипно-шатунного механизма имеет и двигатель ДМ-1. Шатун его также имеет разъемную кривошипную головку, а сопряжение с шатунной шейкой коленчатого вала осуществляется посредством специальных, состоящих из двух половин, вкладышей. Однако в сопряжении поршневого пальца с поршневой головкой шатуна специальная втулка отсутствует. На удлиненном конце коленчатого вала устанавливаются вентилятор-маховик и устройство шнурового запуска, а на другом — шкив клиноременной передачи на трансмиссию. Поршень двигателя мотокультиватора

МК-1 имеет днище, выпуклое в сторону головки цилиндра. Внутренняя полость поршня, изготовленного из алюминиевого сплава, снабжена ребрами, располагающимися от внутренней поверхности днища к бобышкам поршня, что придает всей конструкции дополнительную жесткость и способствует лучшему охлаждению поршня. На боковой поверхности юбки поршня сделаны специальные проточки, через которые смесь проходит в цилиндр двигателя при продувке. В верхней части поршня в двух кольцевых канавках располагаются компрессионные кольца. Поршень и поршневая головка шатуна соединены между собой полым поршневым пальцем, фиксируемым от осевых перемещений кольцевыми пружинами. Сопряжение поршневого пальца и поршневой головки шатуна выполняется на втулке, как и у двигателя УД-15, а кривошипной головки шатуна и шатунной шейки коленчатого вала — на роликах.

В отличие от рассмотренных двигателей соединение шатуна с шатунной шейкой коленчатого вала двигателя «Гутброд» осуществляется посредством игольчатого подшипника.

Кривошипно-шатунный механизм дизеля рассмотрим на примере двигателя 1Д90ТА, который устанавливается на микротрактор TZ-4K-14. Поршень с плоским днищем изготавливается из алюминиевого сплава. В головке поршня располагаются поршневые кольца, причем два верхних кольца имеют трапецеидальную форму сечения, что связано с увеличенной тепловой нагрузкой; у нижних колец сечение прямоугольной формы. Все поршневые кольца закреплены от поворота в канавках штифтами. В юбке поршня с противоположных сторон выполнены две выемки, через которые при продувке двигателя воздух поступает в цилиндр. Пустотелый поршневой палец установлен в бобышках поршня «плавающим» и закреплен от осевого перемещения кольцевыми пружинами. Соединение поршневого пальца и поршневой головки шатуна осуществляется на игольчатом подшипнике, с двух сторон уплотняемом специальными кольцами, а кривошипной головки шатуна и шатунной шейки коленчатого вала — на двустороннем роликовом подшипнике, в обойме которого размещаются в шахматном порядке два ряда роликов. Внешние кольца подшипников образуют головки шатуна. От осевых перемещений ролики фиксируются специальными кольцами. Указанные выше соединения уменьшают сопротивление трению и облегчают пуск двигателя в холодную погоду, что увеличивает срок его службы и повышает стойкость подшипника от перегрева при высокой частоте вращения коленчатого вала.

В двигателе 1Д90ТА коленчатый вал сделан разборным. Передний конец коленчатого вала изготавливается как одно целое со щекой, на продолжении которой выполнен противовес. Передний конец одновременно является шейкой, на которой устанавливается корённой роликовый подшипник 8 передней опоры вала, и местом соединения коленчатого вала с валом привода топливного насоса. Для фиксации и уплотнения подшипника в соответствующем отверстии картера устанавливаются прокладки. Щека коленчатого вала изготовлена разрезной, и в нее вставляется шатунная шейка, зажимаемая в отверстии с помощью болта. Аналогичный способ крепления осуществляется и в другой щеке, также выполненной за одно с противовесом и задним концом коленчатого вала. Цилиндрическая часть задней щеки является коренной шейкой роликового подшипника второй опоры коленчатого вала, а конусная часть — местом установки маховика двигателя, фиксируемого с помощью шпонки, шайбы и гайки.

Обеспечение равномерной работы двигателей, создание необходимых условий для их пуска, а также трогания мини-тракторов с места (с преодолением кратковременных нагрузок) достигается установкой на коленчатый вал маховика. В конструктивном исполнении маховики также отличаются друг от друга. На вентиляторе-маховике двигателя УД-15 устанавливаются лопатки из алюминиевого сплава, обеспечивающие ему функцию центробежного вентилятора. Роль маховика двигателя ЗИД -3 выполняли ротор магнето, а также шкив ременной передачи, создающие дополнительный момент инерции и позволяющие использовать мотоблок на стационарных работах. В двигателе МК-1 роль маховика выполняет ротор магнето, а в двигателе «1Z11 Гутброд» — ротор магдино и ротор вентилятора. Маховик же двигателя микротрактора TZ-4K-14 имеет только зубчатый венец для вращения его электростартером.

Кривошипно-шатунный механизм состоит из блока цилиндров с головкой и уплотняющей прокладкой, картера, поршней, поршневых колец, поршневых пальцев, шатунов, коленчатого вала, маховика.

Блок цилиндров (рис. 3) — основная (базовая) деталь, к которой крепят детали механизмов двигателя, выполняют в одной отливке с картером. Цилиндры в блоке могут быть расположены в один ряд ( ГАЗ -24) или V-образно в два ряда под углом 90° (двигатели 3M3-53 и ЗИЛ -130).

Рис. 3. Блоки и головки цилиндров двигателей:

а — восьмицилиндрового; б — четырехцилиндрового; 1 — головки; 2 — гильзы; 3 — камера сгорания; 4 — шпилька; 5 — металлоасбестовая прокладка; 6 — поддон картера; 7 — картер; 8 — выпускной канал; 9—впускной канал; 10— уплотнительные кольца.

Блок цилиндров с верхней частью картера двигателей 3M3-53 и ГАЗ -24 отлит из алюминиевого сплава, а двигателя ЗИЛ -130 — из чугуна.

Полость между цилиндрами и наружными стенками блока называется рубашкой охлаждения.

В блоках двигателей 3M3-53, ЗИЛ -130 и ГАЗ -24 цилиндры выполнены в виде вставных чугунных гильз, омываемых охлаждающей жидкостью; такие гильзы называют мокрыми.

Тщательно обработанная внутренняя поверхность гильзы цилиндра, направляющая движение поршня, называется зеркалом. Для увеличения срока службы в верхнюю часть гильзы запрессовывают короткие тонкостенные вставки из кислотоупорного чугуна.

Гильзы свободно вставляют в гнезда блока и уплотняют снизу медными или резиновыми прокладками (кольцами) и сверху прокладкой головки цилиндров.

При установке гильз в блоки цилиндров двигателей 3M3-53 и ГАЗ -24 подбирают комплект медных уплотнительных колец так, чтобы гильза выступала над плоскостью разъема блока на 0,02…0,10 мм; этим достигают надежное уплотнение гильз при установке головок цилиндров.

Головку цилиндров рядных двигателей (или две головки у V-об-разных двигателей) отливают из алюминиевого сплава. Этот сплав теплопроводнее чугуна, следовательно, от головок быстрее отводится теплота. В результате улучшаются условия протекания рабочего процесса в цилиндрах двигателя. В головке выполнены камеры сгорания, в которых имеются резьбовые отверстия для свечей зажигания. Стенки камер сгорания окружены рубашкой охлаждения.

Сверху на головке цилиндров закреплены детали газораспределительного механизма.

Во впускные и выпускные каналы отливки головки запрессованы вставные седла и направляющие втулки клапанов.

Головка цилиндров сверху закрыта штампованной или литой крышкой, для уплотнения между ними ставят прокладку из маслостой-кой резины.

Металлоасбестовая прокладка между блоком и головкой цилиндров создает герметичность. Крепят головку к блоку болтами или шпильками с гайками.

Рис. 4. Поршень, шатун, кольца и палец:

1 — компрессионные кольца; 2 — маслосъемное кольцо; 3 —поршень; 4 — поршневой палец; 5 — стопорное кольцо; 6 — шатун; 7 — болт; 8 — тонкостенные вкладыши; 9 — крышка нижней головки шатуна; гайка; 10 — шплинт; а — выступ вкладыша.

Картер, выполненный в одной отливке с блоком, имеет несколько усиленных ребрами перегородок, в которых расположены коренные подшипники коленчатого вала и выполнены сверления для опорных шеек распределительного вала. Снизу к картеру привертывают поддон. Место соединения картера и поддона уплотнено прокладкой.

Поршень (рис. 4) воспринимает при рабочем ходе силу давления газов и передает ее через шатун коленчатому валу, а также совершает вспомогательные такты.

Верхняя часть поршня, называемая головкой, снизу усилена ребрами. По окружности головки проточены канавки для установки поршневых колец. Нижняя, направляющая часть поршня (юбка) снабжена приливами (бобышками) с отверстиями, в которые устанавливают поршневой палец.

Поршни отливают из алюминиевого сплава, обладающего малой плотностью и хорошей теплопроводностью. В поршни двигателя ЗИЛ -130 заделывают чугунную вставку, в которой протачивают канавку для верхнего кольца, что повышает долговечность поршня.

В верхней части головки поршня некоторых двигателей протачивают узкую канавку, уменьшающую передачу теплоты к верхнему кольцу.

Чтобы нагревающийся поршень мог расширяться в цилиндре, не заедая, его устанавливают с зазором. Зазор между поршнем и зеркалом цилиндра уплотняют поршневые кольца. Юбку выполняют в виде эллипса, большая ось которого расположена перпендикулярно оси поршневого пальца. Такая форма юбки предотвращает стук при холодном двигателе и заедание за счет ее округления при нагреве. В отверстии для поршневого пальца имеются канавки для стопорных колец.

В выемки юбок поршней изучаемых двигателей проходят противовесы коленчатого вала.

Т-образный несквозной разрез на юбках поршней двигателей 3M3-53 и ГАЗ -24 повышает жесткость юбки, а сквозной косой разрез на поршнях ЗИЛ -130 дает возможность юбке расширяться без заедания.

Поверхность юбки поршней изучаемых двигателей покрывают слоем олова, что улучшает приработку и уменьшает износ.

Для правильной сборки поршня с шатуном на днищах головок поршней двигателя ЗИЛ -130 выполнена лыска, на боковой поверхности поршней двигателей 3M3-53 у отверстия бобышки — надпись «Вперед», на боковой стенке поршней двигателей ГАЗ -24 — надпись «Назад».

Поршневые кольца компрессионные и маслосъемные изготовляют из чугуна или стали; у колец выполнен разрез («замок»). В свободном состоянии диаметр колец больше диаметра цилиндра. При установке поршней в цилиндры кольца сжимают, благодаря чему они за счет своей упругости плотно прилегают к стенкам цилиндров.

Компрессионные кольца уменьшают прорыв газов из цилиндра в картер.

Верхнее компрессионное кольцо (у двигателей ЗИЛ -130 два коль-на) для повышения износостойкости покрывают слоем хрома, поверхность остальных колец для лучшей прирабатываемости — слоем олова.

Маслосъемное кольцо снимает излишки масла со стенок цилиндра.

На поршнях всех карбюраторных двигателей ставят по одному маслосъемному кольцу. В канавке для этого кольца выполнены сквозные отверстия.

Маслосъемное кольцо двигателя 3M3-53 — чугунное, имеет сквозные прорези для съема и отвода масла. У двигателей ЗИЛ -130 и ГАЗ -24 маслосъемное кольцо состоит из четырех стальных деталей: двух плоских колец, осевого и радиального расширителей. Рабочая поверхность колец покрыта хромом.

Кольца устанавливают на поршень разрезами в разные стороны. Благодаря фаскам кольца сильнее прижимаются к стенкам цилиндра и быстрее прирабатываются.

Поршневой палец стальной, трубчатый. Он соединяет поршень с шатуном. Поверхность пальца закалена с нагревом токами высокой частоты ( ТВЧ ). При работе палец проворачивается в бобышках поршня и втулке верхней головки шатуна. От осевого смещения палец удерживается стопорными кольцами, установленными в выточках бобышек поршней; такие пальцы называют плавающими.

Шатун передает при рабочем ходе силу от поршня кривошипу коленчатого вала, а при вспомогательных тактах от кривошипа поршню.

Шатун стальной. Он состоит из стержня двутаврового сечения, верхней неразъемной головки с бронзовой втулкой для поршневого пальца и нижней разъемной головки, закрепляемой на шатунной шейке коленчатого вала. Для направленного разбрызгивания масла на стенки цилиндра в нижней головке шатуна выполнено отверстие. Для уменьшения трения между шейкой вала и нижней головкой шатуна в нее вставляют тонкостенные вкладыши, образующие шатунный подшипник.

У двигателей 3M3-53 и ГАЗ -24 вкладыши биметаллические, состоящие из стальной ленты с нанесенным на нее антифрикционным сплавом алюминия с медью и оловом.

У двигателей ЗИЛ -130 вкладыш триметаллический, изготовленный из стальной ленты, на которую нанесен медноникелевый подслой, покрытый антифрикционным сплавом СОС -6-6. От проворачивания в головке шатуна вкладыши удерживаются выштампованными у них выступами.

Обе части нижней головки шатуна скреплены двумя болтами с гайками, которые стопорятся шплинтами или при помощи контргаек, штампованных из листовой стали ( ГАЗ -24). Номера, выбитые на головке и крышке шатуна, обращены в одну сторону. Момент затяжки гаек должен быть в пределах 70…85 Н-м (7…8,5 кгс-м).

Коленчатый вал (рис. 5) воспринимает силы от шатунов и преобразует их в крутящий момент, передаваемый механизмам трансмиссии через маховик.

Коленчатый вал двигателей 3M3-53 и ГАЗ -24 литой из легированного чугуна, а двигателя ЗИЛ -130 кованый, стальной.

Рис. 5. Коленчатый вал и маховик:

а — восьмицилиндрового V-образного двигателя; б — четырехцилиндрового рядного двигателя: 1 — коренные шейки; 2 — шатунные шейки; 3 —грязеуловитель; 4 — пробка; 5 — противовесы ; 6 — маховик; 7—зубчатый венец маховика.

Вал состоит из коренных и шатунных шеек, соединенных щеками, продолжением которых являются противовесы, разгружающие коренные подшипники от инерционных нагрузок. С этой же целью шатунные шейки сделаны полыми.

У изучаемых двигателей коленчатый вал пятиопорный, т. е. имеет пять коренных подшипников, в которых установлены вкладыши, изготовленные из такого же материала, как и шатунные. Чугунные крышки подшипников крепят к блоку двумя или четырьмя болтами и шплинтуют. Момент затяжки болтов коренных подшипников должен быть 110…130 Н-м (11…13 кгс-м).

Шатунные шейки, число которых у рядных двигателей равно числу цилиндров, у четырехцилиндровых двигателей расположены попарно под углом 180°.

К каждой шатунной шейке коленчатого вала V-образных двигателей крепят по два шатуна, соединяющие ее соответственно с поршнями правого и левого рядов цилиндров. Поэтому шатунных шеек у таких двигателей вдвое меньше числа цилиндров. У восьмицилиндровых V-образных двигателей шатунные шейки располагают под углом 90° друг к другу.

Масло от коренных подшипников к шатунным поступает через каналы в щеках вала и грязеуловители, закрытые пробками.

На переднем конце коленчатого вала крепят распределительную шестерню и шкив привода вентилятора, а в торец вала ввертывают храповик, используемый для провертывания коленчатого вала пусковой рукояткой. Осевое перемещение вала ограничивают сталебабби-товые кольца, установленные в переднем коренном подшипнике. К фланцу заднего конца коленчатого вала крепят маховик.

У многих двигателей вытекание масла из картера в местах выхода коленчатого вала предотвращает маслоотбрасывающий буртик, масло-отгонная резьба на его заднем конце и маслоотражатель на переднем конце. Кроме того, места выхода вала уплотняют сальниками.

Маховик — чугунный диск с тяжелым ободом. Он увеличивает инерцию коленчатого вала и этим повышает плавность работы, облегчает пуск двигателя и трогание автомобиля с места. На ободе маховика напрессован зубчатый венец для пуска двигателя от стартера. Маховик крепят несимметрично расположенными болтами, которые должны быть затянуты с моментом 140…150 H-M (14…15 кгс-м) и зашплинтованы.

Крепление двигателя к раме или подрамнику должно быть надежным, но упругим, чтобы вибрация двигателя не передавалась кузову, а перекосы рамы при движении не вызывали повреждения деталей крепления. Для этого между опорными лапами двигателя и рамой помещают резиновые подушки. Двигатель ГАЗ -24 крепят в трех точках: две — в передней части двигателя по его сторонам, одна — сзади под задней крышкой коробки передач.

Двигатель 3M3-53 крепят в четырех точках: спереди штампованными кронштейнами, привернутыми к блоку цилиндров, сзади двумя приливами картера сцепления.

Двигатель ЗИЛ -130 имеет три точки крепления: передней опорой служит кронштейн, установленный под крышкой распределительных шестерен, задними опорами — лапы картера сцепления. От продольного смещения двигатель ЗИЛ -130 удерживается тягой, соединенной с поперечиной рамы.

При неисправностях кривошипно-шатунного механизма двигатель не развивает полную мощность, работает с перебоями, перерасходует топливо и масло, стучит.

Шатун передает усилие от поршня к коленчатому валу при рабочем ходе и в обратном направлении при вспомогательных тактах. Он состоит из верхней головки, стержня двутаврового сечения и разъемной нижней головки, закрепляемой на шатунной шейке коленчатого вала. Шатун и его крышку изготовляют из легированной или углеродистой стали. В верхнюю головку шатуна запрессовывают одну или две втулки из оловянистой бронзы, а в нижнюю вставляют тонкостенные стальные вкладыши, залитые слоем антифрикционного сплава.

Нижняя головка шатуна и крышка соединяются двумя болтами, гайки которых шплинтуются.

Вкладыши шатунных -подшипников двигателей ЗМЗ -24, 3M3-53 и ЗИЛ -130 выполнены из сталеалюминиевой ленты, антифрикционный слой которой представляет собой алюминиевый сплав АМО -1-20*. Вкладыши двигателя ЯМЗ -740 изготовляют из стальной ленты, покрытой слоем свинцовистой бронзы и тонким слоем свинцовистого сплава.

От провертывания в нижней головке шатуна вкладыши удерживаются выступами (усиками), которые входят в канавки, вы-фрезерованные в шатуне и его крышке.

Коленчатый вал воспринимает усилия, передаваемые от поршней шатунами, и преобразует их в крутящий момент. Он имеет коренные шейки; шатунные шейки; щеки, соединяющие коренные и шатунные шейки; противовесы; фланец для крепления маховика; носок, на котором установлены храповик пусковой рукоятки, распределительная шестерня и шкив привода водяного насоса и вентилятора. Шатунная шейка со щеками образует колено (или кривошип) вала.

Коленчатый вал штампуют из стали или отливают из магниевого чугуна ( ЗМЗ -24, 3M3-53). Литье позволяет выполнить все шейки вала полыми. Шейки стальных коленчатых валов закаливают токами высокой частоты. Все шейки коленчатых валов тщательно шлифуют и полируют. Переходы (галтели) от шеек к щекам выполняют плавными.

Количество шатунных шеек в двигателе, имеющем рядное расположение цилиндров, равно числу цилиндров, а в V-образном двигателе — в два раза меньше числа цилиндров, так как на каждую шатунную шейку устанавливают по два шатуна. Из условия равномерного чередования рабочих ходов колена вала четырехцилиндрового двигателя (если смотреть на вал с торца) располагаются под углом 180°, шестицилиндрового— под 120°, восьмицилиндрового — под 90°.

Количество коренных шеек четырехцилиндровых двигателей с рядным расположением цилиндров три или пять, в шестицилиндровых — четыре или семь, в V-образных восьмицилиндровых — пять.

Если шатунная шейка с двух сторон имеет коренную, то такой коленчатый вал называют полноопорным. Полноопорный вал ( ЗМЗ -24, 3M3-53, ЗИЛ -130, ЯМЗ -740) меньше прогибается, обеспечивая лучшие условия работы подшипников и больший срок их службы. В современных автомобильных двигателях частота вращения коленчатого вале достигает 3000—4000 об/мин в грузовых автомобилях и 5000—6000 об/мин—в легковых. Поэтому возникают большие центробежные силы, действующие на шатунные шейки, щеки и нижние головки шатунов. Эти силы нагружают коренные подшипники, вызывая их ускоренный износ.

Для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил служат противовесы, расположенные против шатунных шеек коленчатого вала.

Коренные и шатунные шейки коленчатого вала соединены наклонными каналами, просверленными в щеках и служащими для подвода масла от коренных к шатунным подшипникам. В этих полостях под действием центробежных сил при работе двигателя отлагаются тяжелые частицы и продукты износа, содержащиеся в масле. Грязеуловители очищают при разборке двигателя, вывертывая пробки.

Осевые нагрузки коленчатого вала в большинстве двигателей воспринимаются упорной стальной шайбой и стальными, залитыми с одной стороны баббитом или сплавом СОС -6-6* шайбами, расположенными по обе стороны переднего коренного подшипника.

Вкладыши коренных подшипников обычно той же конструкции, что и вкладыши шатунных подшипников. Верхний вкладыш устанавливается в выемку (постель) верхней части картера, нижний— в крышки 5,9 л 11 коренных подшипников.

Крышки коренных подшипников растачивают совместно с блоком цилиндров и при сборке двигателя их устанавливают только на свои места.

Для предотвращения утечки масла на переднем и заднем концах коленчатого вала устанавливают маслоотражатели и сальники. Маслоотражатели изготовляют за одно целое с коленчатым валом или в виде, отдельной детали. Например, у двигателя ЗИЛ -130 на переднем конце коленчатого вала установлен резиновый сальник, а на заднем конце имеется дренажная канавка во вкладыше заднего коренного подшипника (с отверстием для слива масла), маслосбрасывающий гребень, маслоотгонная спиральная канавка, сальник из асбестовой набивки и резиновые уплотнители под крышкой заднего коренного подшипника.

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Остались вопросы по теме:

© 2007-2017 Строй-Техника.Ру - информационная система по строительной технике.

Материалы: http://stroy-technics.ru/article/krivoshipno-shatunnye-mekhanizmy-dvigatelei

Кривошипно-шатунный механизм рядного четырёхцилиндрового двигателя

Кривошипно-шатунный механизм двигателя V8

Кривошипно-шатунный механизм воспринимает усилие расширяющийся при сгорании в цилиндрах двигателя газов и превращает возвратно поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала и наоборот. Ведь только во время рабочего такта двигателя возникает необходимость передавать движение поршня на коленчатый вал, но во время тактов всасывания, сжатия и выпуска усилие передаётся не от поршня к коленчатому валу, а от коленчатого вала к поршню. Следовательно, кривошипно-шатунный механизм, является механизмом двухстороннего действия, то есть он способен превращать, как вращательное движение в возвратно-поступательное, так и возвратно-поступательное во вращательное.

Кривошипно-шатунный механизм далеко не единственный механизм способный превращать возвратно поступательное движение во вращательное, но именно он нашёл наибольше распространение, как в двигателях внутреннего сгорания, так и в его предшественниках – паровых двигателях. Есть очень много экспериментальных двигателей, в которых для превращения возвратно-поступательного движения поршня во вращательное используются другие механизмы, но широко распространения эти двигатели не получили.

Человечество очень давно изобрело кривошипно-шатунный механизм. Ещё в древнем Китае подобный механизм использовался для подъёма воды из колодца. Плотницкий коловорот, инструмент, предназначенный для сверления отверстий в дереве, в Европе был известен очень давно. Но довольно часто как изобретатель кривошипно-шатунного механизма упоминается арабский учёный Эль-Джазари. Поскольку он не только широко использовал кривошипно-шатунный механизм в устройствах для подъёма воды в ирригационных сооружениях, в которых как источник энергии использовалась сила домашних животных, но и определил способы расчёта этих механизмов. К стати, Эль-Джазари может быть очень интересен для любителей техники тем, что изобрёл очень много передовых для своего времени механизмов.

ВМТ – Положение поршня в верхней мёртвой точке

НМТ – Положение поршня в нижней мёртвой точке

L – Длина шатуна (расстояние между центрами верхней и нижней головок шатуна)

R – Радиус кривошипа (расстояние между центрами коренных и шатунных шеек коленчатого вала)

Х – Действительное положение поршня в зависимости от угла поворота коленчатого вала

Ах – Положение центра шатунной шейки при угле поворота коленчатого вала « v »

А вмт – Положение оси шатунной шейки при нахождении поршня в ВМТ

А нмт – Положение оси шатунной шейки при нахождении поршня в НМТ

J – Угол между продольной осью шатуна и центральной осью цилиндра

Расстояние между центрами коленчатого вала и поршневого пальца, в зависимости от угла поворота коленчатого вала, определяется по формуле:

Маловероятно, что кроме конструкторов двигателей, кто-либо будет пользоваться даже этой простенькой формулой, но понимать взаимосвязь угла порота коленчатого вала с положением поршня в цилиндре двигателя очень важно. Особенно это важно для специалистов, занимающихся тюнингом автомобильных двигателей, при замене коленчатого вала на вал с большим рабочим ходом поршня.

Все химические и газодинамические процессы, происходящие в цилиндре двигателя, зависят от положения поршня в цилиндре. Кроме этого момент воспламенения смеси при помощи электрической искры в бензиновых двигателях или впрыск топлива в цилиндр в дизельных двигателях также зависит от положения поршня в цилиндре. Так же от положения поршня в цилиндре зависят моменты открытия и закрытия клапанов. Поскольку определение положения поршня, находящегося внутри цилиндра затруднительно, все регулировки определяются угловым положением коленчатого вала, учитывая, что каждому угловому положению коленчатого вала соответствует строго определенное положение поршня в цилиндре.

Детали кривошипно-шатунного механизма и шатунно-поршневой группы

1. Первое компрессионное поршневое кольцо
2. Второе компрессионное поршневое кольцо
3. Маслосъёмное поршневое кольцо
4. Поршневой палец
5. Поршень
6. Упорные осевые вкладыши
7. Маховик
8. Направляющий штифт корзины сцепления
9. Шатун

10. Болт крышки шатуна

11. Коленчатый вал

12. Вкладыши шатунных подшипников

13. Болт крепления маховика

14. Сегментная шпонка зубчатого шкива

15. Зубчатый шкив

16. Шкив ремня привода вспомогательных механизмов с гасителем крутильных колебаний

Материалы: http://autology.jimdo.com/%D1%83%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE-%D0%B0%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BB%D1%8F/%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C-%D0%B2%D0%BD%D1%83%D1%82%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%B5%D0%B3%D0%BE-%D1%81%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F/%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D1%88%D0%B8%D0%BF%D0%BD%D0%BE-%D1%88%D0%B0%D1%82%D1%83%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D0%BC%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC/