Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) воспринимает давление газов при рабочем ходе и преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленвала. КШМ состоит из блока цилиндров с головкой, поршней с кольцами, поршневых пальцев, шатунов, коленчатого вала, маховика и поддона картера.
Является основной деталью двигателя, к которой крепятся все механизмы и детали. Блоки цилиндров отливают из чугуна или алюминиевого сплава. В той же отливке выполнены картер и стенки рубашки охлаждения, окружающие цилиндры двигателя. В блок цилиндров устанавливают вставные гильзы. Гильзы бывают «мокрые» (охлаждаемые жидкостью) и «сухие». На многих современных двигателях применяются безгильзовые блоки. Внутренняя поверхность гильзы (цилиндра) служит направляющей для поршней.
Блок цилиндров сверху закрывается одной или двумя (в V-образных двигателях) головками цилиндров из алюминиевого сплава. В головке блока цилиндров (ГБЦ) размещены камеры сгорания, в которых имеются резьбовые отверстия для свечей зажигания (в дизелях – для свечей накала). В головках ДВС с непосредственным впрыском также имеется отверстие для форсунок. Для охлаждения камер сгорания вокруг них выполнена специальная рубашка. На головке цилиндров закреплены детали газораспределительного механизма. В ГБЦ выполнены впускные и выпускные каналы и установлены вставные седла и направляющие втулки клапанов. Для создания герметичности между блоком и ГБЦ устанавливается прокладка, а крепление головки к блоку цилиндров осуществлено шпильками с гайками. Головка цилиндров сверху закрывается крышкой. Между ними устанавливается маслоустойчивая прокладка.
Поршень воспринимает давление газов при рабочем такте и передает его через поршневой палец и шатун на коленчатый вал. Поршень представляет собой перевернутый цилиндрический стакан, отлитый из алюминиевого сплава. В верхней части поршня расположена головка с канавками, в которые вставляются поршневые кольца. Ниже головки выполнена юбка, направляющая движение поршня. В юбке поршня имеются приливы-бобышки с отверстиями для поршневого пальца.
При работе двигателя поршень, нагреваясь, расширится и, если между ним и стенкой цилиндра не будет необходимого зазора, заклинится в цилиндре. Если же зазор будет слишком большим, то часть отработанных газов будет прорываться в картер. Это приведет к падению давления в цилиндре и уменьшению мощности двигателя. Поэтому головку поршня выполняют меньшего диаметра, чем юбку, а саму юбку в поперечном сечении изготавливают не цилиндрической формы, а в виде эллипса с большей осью в плоскости, перпендикулярной поршневому пальцу. На юбке поршня имеется разрез. Из-за овальной формы и разреза юбки предотвращается заклинивание поршня при работе прогретого двигателя. Общее устройство поршней принципиально одинаково, но их конструкции могут отличаться в зависимости от особенностей конкретного двигателя.
Поршневые кольца подразделяются на компрессионные и маслосъемные. Компрессионные кольца уплотняют поршень в цилиндре и служат для уменьшения прорыва газов из цилиндров в картер, а маслосъемные снимают излишки масла со стенок цилиндров и предотвращают проникновение масла в камеру сгорания. Кольца, изготовленные из чугуна или стали, имеют разрез (замок). Количество колец в разных двигателях может быть разным.
Поршневой палец шарнирно соединяет поршень с верхней головкой шатуна. Палец изготовлен в виде пустотелого цилиндрического стержня, наружная поверхность которого закалена токами высокой частоты. Осевое перемещение пальца в бобышках поршня ограничивается разрезными стальными кольцами.
Шатун служит для соединения коленчатого вала с поршнем. Шатун состоит из стального стержня двутаврового сечения, верхней неразъемной и нижней разъемной головок. В верхней головке установлен поршневой палец, а нижняя головка крепится на шатунной шейке коленчатого вала. Для уменьшения трения в верхнюю головку шатуна запрессовывается втулка, а в нижнюю, состоящую из двух частей, устанавливаются тонкостенные вкладыши. Обе части нижней головки скрепляются двумя болтами с гайками. К головкам шатуна при работе двигателя подводится масло. В V-образных двигателях на одной шатунной шейке коленвала крепится два шатуна.
Коленчатый вал изготавливается из стали или из высокопрочного чугуна. Он состоит из шатунных и коренных шлифованных шеек, щек и противовесов. Задняя часть вала выполнена в виде фланца, к которому болтами крепится маховик. На переднем конце коленчатого вала закрепляется ременной шкив и звездочка привода распредвала. В шкив может быть интегрирован гаситель крутильных колебаний. Наиболее распространенная конструкция представляет собой два металлических кольца, соединенных через упругую среду (резина-эластомер, вязкое масло).
Количество и расположение шатунных шеек зависят от числа цилиндров и их расположения. Шатунные шейки коленвала многоцилиндрового двигателя выполнены в разных плоскостях, что необходимо для равномерного чередования рабочих тактов в разных цилиндрах. Коренные и шатунные шейки соединяются между собой щеками. Для уменьшения центробежных сил, создаваемых кривошипами, на коленчатом валу выполнены противовесы, а шатунные шейки сделаны полыми. Поверхность коренных и шатунных шеек закаливают токами высокой частоты. В шейках и щеках имеются каналы, предназначенные для подвода масла. В каждой шатунной шейке имеется полость, которая выполняет функцию грязеуловителя. В грязеуловители масло поступает от коренных шеек и при вращении вала частицы грязи, находящиеся в масле, под действием центробежных сил отделяются от масла и оседают на стенках. Очистка грязеуловителей осуществляется через завернутые в их торцы резьбовые пробки только при разборке двигателя. Перемещение вала в продольном направлении ограничивается упорными шайбами. В местах выхода коленчатого вала из картера двигателя имеются сальники и уплотнители, предотвращающие утечку масла.
В работающем двигателе нагрузки на шатунные и коренные шейки коленчатого вала очень велики. Для уменьшения трения шейки вала расположены в подшипниках скольжения, которые выполнены в виде металлических вкладышей, покрытых антифрикционным слоем. Вкладыши состоят из двух половинок. Шатунные подшипники устанавливаются в нижней разъемной головке шатуна, а коренные – в блоке и крышке подшипника. Крышки коренных подшипников прикручиваются болтами к блоку цилиндров и стопорятся во избежание самоотвертывания. Чтобы вкладыши не провертывались, в них делают выступы, а в крышках, седлах и головках шатунов – соответствующие им уступы.
Уменьшает неравномерность работы двигателя, облегчает его пуск и способствует плавному троганию автомобиля с места. Маховик изготовлен в виде массивного чугунного диска и прикреплен к фланцу коленвала болтами с гайками. При изготовлении маховик балансируется вместе с коленчатым валом. Для того чтобы при разборке двигателя балансировка не нарушилась, маховик устанавливается на несимметрично расположенные штифты или болты. Таким образом исключается его неправильная установка. В некоторых двигателях для снижения крутильных колебаний, передаваемых на КПП, применяются двухмассовые маховики, представляющие собой два диска, упруго соединенные между собой. Диски могут смещаться относительно друг друга в радиальном направлении. На ободе маховика наносятся метки, по которым устанавливают поршень первого цилиндра в в.м.т. при установке зажигания или момента начала подачи топлива (для дизелей). Также на обод крепится зубчатый венец, предназначенный для зацепления с бендиксом стартера.
Для уменьшения вибрации в рядных двигателях применяются балансирные валы , расположенные под коленчатым валом в масляном поддоне.
Картер двигателя отливается заодно с блоком цилиндров. К нему крепятся детали кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов. Для повышения жесткости внутри картера выполнены ребра, в которых расточены гнезда коренных подшипников коленчатого вала. Снизу картер закрывается поддоном, выштампованным из тонкого стального листа. Поддон используется как резервуар для масла и защищает детали двигателя от загрязнения. В нижней части поддона имеется пробка для слива моторного масла. Поддон крепится к картеру болтами. Для предотвращения утечки масла между ними устанавливается прокладка.
Неисправности КШМ
К признакам неисправности КШМ относятся: появление посторонних стуков и шумов, падение мощности двигателя, повышенный расход масла, перерасход топлива, появление дыма в отработанных газах.
Стуки и шумы в двигателе возникают в результате износа его основных деталей и появления между сопряженными деталями увеличенных зазоров. При износе поршня и цилиндра, а также при увеличении зазора между ними возникает звонкий металлический стук, хорошо прослушиваемый при работе холодного двигателя. Резкий металлический стук на всех режимах работы двигателя свидетельствует об увеличении зазора между поршневым пальцем и втулкой верхней головки шатуна. Усиление стука при резком увеличении числа оборотов коленчатого вала свидетельствует об износе вкладышей коренных или шатунных подшипников, причем стук более глухого тона указывает на износ вкладышей коренных подшипников. При большом износе вкладышей возможно резкое падение давление масла. В этом случае эксплуатировать двигатель нельзя.
Устройство кривошипно-шатунного механизма предназначается для преобразования возвратно-поступательного движения поршня в движение вращательное, которое может выступать в роли движения коленчатого вала в двигателе внутреннего сгорания автомобиля, и наоборот.
Детали кривошипно-шатунного механизма делятся условно на две группы, к которым относятся: подвижные детали и неподвижные детали. Подвижные детали это: поршень вместе с , устройство коленчатого вала с подшипниками, шатун, поршневой палец, маховик и кривошип. К неподвижным деталям относятся: блок цилиндров, которые являют собою базисные детали двигателя внутреннего сгорания (являет собою единую отливку с картером); картер сцепления и маховика, головка цилиндров, нижний картер, крышки блока, гильзы цилиндров, прокладки крышек блока, крепежные детали, полукольца коленчатого вала, кронштейны.
1. Назначение и характеристика шатунного механизма.
Устройство кривошипно-шатунного механизма является основным устройством поршневого двигателя внутреннего сгорания. Данная система предназначается для восприятия давления газов при определенном такте рабочего хода. Кроме того, данный механизм позволяет преобразовывать движения поршней возвратно-поступательного характера во вращательные движения коленчатого вала автомобиля.
Стандартное данное устройство состоит из поршней, которые имеют поршневые кольца, гильз и головок цилиндров, блок-картера, шатунов, коленчатого вала, маховика, шатунных и коренных подшипников. В моменты непосредственной работы двигателя внутреннего сгорания прямое воздействие на детали кривошипно-шатунного механизма имеют силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс, давление газов, инерции разного рода неуравновешенных вращающихся масс, трения и тяжести.
Все вышеуказанные силы, кроме, конечно же, силы тяжести, воздействуют на изменение значения и направления всех рассматриваемых величин. Все это напрямую зависит от угла поворота устройства коленчатого вала и процессов, которые происходят уже непосредственно в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания.
2. Конструкция шатунного механизма.
Поскольку все составные кривошипно-шатунного механизма уже известны, стоит приступить к рассмотрению устройства коленвала. Коленчатый вал являет собою один из основных элементов двигателя внутреннего сгорания, который наряду с другими деталями цилиндропоршневой группы определяет ресурс самого мотора.
Так, ресурс устройства будет характеризоваться несколькими показателями: износостойкостью и усталостной прочностью. Коленвал принимает на себя все усилия, которые действуют на поршни, с помощью шатунов. После этого коленчатый вал передает все эти усилия на механизм трансмиссии. Уже от него будут приводиться в действие разного рода механизмы двигателя внутреннего сгорания. Устройство коленчатого вала состоит из: коренных шеек, шатунных шеек, связывающих щек, хвостовика и носка.
3. Неисправности шатунного механизма.
При непосредственной работе двигателя внутреннего сгорания в результате действия непостоянных и чересчур высоких динамических нагрузок, от сил инерции движущихся и вращающихся частей, от давления газов вал подвергается изгибу и кручению, а отдельные поверхности устройства просто изнашиваются.
Все усталостные повреждения накапливаются непосредственно в структуре металла, вследствие чего возникают микротрещины и различного рода дефекты. Определение износа элементов проводится посредством использования универсального и специального мерительного инструмента. Для того, чтобы обнаружить трещины нужно использовать магнитный дефектоскоп. При постоянной эксплуатации коленчатого вала он подвергается возникновению дефектов.
Самым распространенным является дефект износа.
Но износу подвергается множество деталей всего устройства. При износе коренных шеек и шатунных, овальности и конусности нужно производить шлифование под необходимый для ремонта размер. Нанесение наплавкой покрытий, электроконтактной приваркой ленты, металлизацией, наполнением поверхности порошковыми материалами – решение данной проблемы.
Кроме того, рекомендуется установить новые полукольца и провести процедуру пластинирования. Кроме того износ может коснуться посадочных мест, которые нужны для распределительной шестерни, шкива и маховика. Износ касается и маслогонной резьбы, поверхности фланца для маховика, штифта для маховика, шпоночных канавок. Для того, чтобы решить все вышеуказанные проблемы не потребуется много ресурсов и времени.
Для первой проблемы нужно произвести обычную металлизацию, наплавку или электронную приварку ленты. Проблема с резьбой решается обыкновенным углублением резьбы резцом до нормализированного профиля. Штифты нужно попросту заменить, а вот для канавок нужно произвести фрезерование под увеличенный размер шпонок и для новых шпоночных канавок. После этого нужно сделать наплавку и проблема пропадет.
Помимо этого износ может коснуться и посадочного места для наружных колец в торце вала, отверстий под штифты, крепления маховика и резьбы. Везде нужно производить растачивание посадочных мест и запрессовку втулки. Кроме того для штифтов нужно произвести развертывание для ремонтного размера и заварку. Для резьбы также нужно произвести зенкерование или растачивание с увеличением резьбы в последующем процессе. Также делается и углубление всех резьбовых отверстий.
Помимо износа проблемы возникают и со скручиванием вала, вследствие чего происходит нарушение расположения кривошипов. В данном случае нужно сделать шлифование шеек под особый ремонтный размер и наплавить шейки с последующей обработкой. Самой проблематичным могут быть трещины в шейках вала, так как помимо их шлифования под ремонтный размер, нужно будет произвести разделку трещин посредством абразивного инструмента. В принципе, этого вполне достаточно для автомобилиста, так как другие проблемы и неисправности могут требовать профессионального вмешательства со стороны.
4. Обслуживание шатунного механизма.
Правильное обслуживание двигателя внутреннего сгорания и его нормальная эксплуатация будут обеспечивать минимальный износ всех его деталей и его бесперебойную работу. Кроме того, кривошипно-шатунный механизм не будет нуждаться в ремонте достаточно длительное время.
Для того, чтобы обеспечить нормализированные условия работы всех конструктивных составных кривошипно-шатунного механизма в период его эксплуатации категорически НЕ допускается
следующее:
- продолжительная работа при перегрузке двигателя;
Эксплуатация двигателя в условиях пониженного давления масла;
Эксплуатация двигателя при сильно низкой картерной температуре масла;
Продолжительная работа мотора на холостом ходу, которая будет вызывать закоксовывание поршневых колец;
Работа мотора, в котором отсутствует кожух вентилятора или он есть, но его прилегание является неплотным к привалочной поверхности;
Работа двигателя, где отсутствует воздухоочиститель, или он является в неисправном состоянии;
Перебойная работа двигателя, сопровождающаяся дымным выхлопом и стуками.
При непосредственной разборке устройства двигателя внутреннего сгорания для его ремонта следует производить очистку полостей шатунных шеек механизма коленчатого вала. Для того, чтобы полностью очистить все полости, нужно вытащить шплинты и вывернуть резьбовые пробки.
От того, насколько все правила технического обслуживания системы смазки и от того, насколько правильно хранится масло и заправляется в двигатель, будет зависеть эффективная составная центробежной очистки масла из полостей шатунных шеек.
Если же рекомендуемые правила не будут соблюдены, то полости шатунных шеек достаточно быстро наполнятся различными отложениями, а очистка масла вообще канет в небытие. Если же очень сильно снизилась мощность, дымление и выход газов являются достаточно сильными, запуск двигателя является трудным, возникновении ненормальных стуков, которые связаны с неисправностью кривошипно-шатунного механизма, следует незамедлительно «влезать» в устройство и его осматривать. Разборку двигателя внутреннего сгорания следует производить в закрытом помещении.
Основные размеры КШМ ВАЗ 2110, 2111, 2112
себя двигателя ВАЗ 2110, они имеют много
взаимозаменяемых деталей КШМ с двигателями
ВАЗ 2108, ВАЗ 2109
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) преобразует прямолинейное возвратно-поступательные движения поршней, воспринимающих давление газов, во вращательное движение коленчатого вала .
Устройство КШМ можно разделить на две группы: подвижные и .
Подвижные детали :
|
Шатун шарнирно соединяет поршень с кривошипом коленчатого вала. Он воспринимает от поршня и передает коленчатому валу усилие давления газов при рабочем ходе, обеспечивает перемещение поршней при совершении вспомогательных тактов. Шатун работает в условиях значительных нагрузок действующих по его продольной оси. Шатун состоит из верхней головки, в которой имеется гладкое отверстие под подшипник поршневого пальца; стержня двутаврового сечения и нижней головки с разъемным отверстием для крепления с шатунной шейкой коленчатого вата. Крышка нижней головки крепится с помощью шатунных болтов. Шатун изготавливают методом гарячей штамповки из высокочественной стали. Для более подробного изучения создан раздел " ". |
|
Для смазывания подшипника поршневого пальца (бронзовая втулка) в верхней головке шатуна имеются отверстие или прорези. В двигателях марки «ЯМЗ» подшипник смазывается под давлением, для чего в стержне шатуна имеется масляный канал. Плоскость разъема нижней головки шатуна может располагаться под различными углами к продольной оси шатуна. Наибольшее распространение получили шатуны с разъемом перпендикулярным к оси стержня, В двигателях марки «ЯМЗ» имеющим больший диаметр, чем диаметр цилиндра, pазмер нижней головки шатуна, выполнен косой разъем нижней головки, так как при прямом разъеме монтаж шатуна через цилиндр при сборке двигателя становится невозможным. Для подвода масла к стенкам цилиндра на нижней головке шатуна имеется отверстие. С целью уменьшения трения и изнашивания в нижние головки шатунов устанавливают
подшипники скольжения
, состоящие из двух взаимозаменяемых вкладышей (верхнего и нижнею).
Вкладыши изготовляются из стальной профилированной ленты толщиной 1,3—1,6 мм для карбюраторных двигателей и 2—3,6 мм для дизелей. На ленту наносят антифрикционный сплав толщиной 0,25—-0,4 мм — высокооловянистый алюминиевый сплав (для карбюраторных двигателей). На дизелях марки «КамАЗ» применяют трехслойные вкладыши, залитые свинцовистой бронзой. Шатунные вкладыши устанавливаются в нижнюю головку шатуна с натягом 0,03—0,04 мм. От осевого смешения и провертывания вкладыши удерживаются в своих гнездах усиками, входящими в пазы, которые при сборке шатуна и крышки должны располагаться на одной стороне шатуна.
2. Неисправности КШМ двигателя
ВВЕДЕНИЕ
В данной курсовой работе подробно описано назначение, устройство и принцип действия кривошипно-шатунного механизма. Перечислены различные неисправности и методы их диагностирования. Для более долгой эксплуатации, представлен список работ выполняемых при техническом обслуживании.
Цель данной курсовой работы - изучение кривошипно-шатунного механизма.
Задачи данной курсовой:
1) Изучить назначение, устройство и принцип действия кривошипно-шатунного механизма.
2) Рассмотреть возможные неисправности, повреждения и методы их диагностирования.
3) Изучить какие работы проводятся при техническом обслуживании и ремонте кривошипно-шатунного механизма.
Предмет исследования - кривошипно-шатунный механизм автомобилей ВАЗ.
Методы исследования - теоретический анализ технической литературы.
НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА
Назначение и устройство кривошипно-шатунного механизма
Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршней, воспринимающих давление газов, во вращательное движение коленчатого вала.
Кривошипно-шатунный механизм состоит из следующих деталей: поршней с кольцами и пальцами, шатунов, коленчатого вала и маховика. Поршни размещены в цилиндрах, которые установлены в блок-картере, закрытым сверху головкой цилиндров.
Поршневая группа и шатун. Поршень с уплотнительными кольцами, пальцем и деталями крепления составляет поршневую группу. Поршень с уплотнительными кольцами обеспечивает герметичность переменного объема, в котором протекает рабочий процесс двигателя, а также воспринимает давление газов и передает возникающее усилие через палец и шатун коленчатому валу. При помощи поршня также осуществляется заполнение цилиндра горючей смесью или воздухом, сжатие ее и удаление из цилиндра отработавших газов. Кроме того, у двухтактных двигателей поршень открывает окна впускного, выпускного и перепускного каналов. Поршень работает в условиях больших давлений, высоких температур и быстро меняющихся скоростей движения.
Поршень состоит из верхней уплотняющей части (головки) и нижней направляющей части (юбки). Для лучшего отвода теплоты и увеличения прочности поршня днище с внутренней стороны имеет ребра жесткости. Снаружи днище может быть плоским, вогнутым, выпуклым, фасонным.
Боковая поверхность поршня имеет сложную конусовидно-эллиптическую форму, а диаметр его меньше диаметра цилиндра, причем у головки поршня диаметр меньше, чем у юбки, а большая ось эллипса перпендикулярна оси поршневого кольца. Все это позволяет при нагреве и расширении поршня обеспечивать между стенками цилиндра и поршнем зазор, который дает возможность поршню при нагревании свободно расширяться и перемещаться в цилиндре.
Юбка обеспечивает направление движения поршня в цилиндре и передает на его стенки боковые усилия. В верхней части юбка снабжена приливами-бобышками, в которых выполнены отверстия для поршневого пальца, соединяющего поршень с шатуном. Ось пальца пересекается с осью поршня, но иногда она смещается от оси поршня. Это позволяет уменьшить нагрузку на поршень в момент перехода им верхней мертвой точки (далее ВМТ). Для улучшения приработки поршней к цилиндрам, уменьшения износа и предохранения их от задиров юбку поршня покрывают тонким слоем олова. Сам поршень отливается из специального алюминиевого сплава.
Поршневые кольца подразделяют на компрессионные и маслосъемные. Они предназначены для исключения прорыва газов между стенками цилиндра и поршня, попадания масла из картера в камеру сгорания, где, сгорая, масло образует нагар. Кольца участвуют в отводе тепла от поршня к цилиндру. В свободном состоянии наружный диаметр кольца больше диаметра цилиндра, поэтому после его установки кольцо плотно прилегает к стенкам цилиндра.
Для установки в канавки поршня кольца выполняют разрезными с зазором 0,2 - 0,5 мм. Разрезы поршневых колец называю замками, которые по форме бывают в основном прямыми, иногда косыми или ступенчатыми. В процессе работы и износа у поршневых колец снижается упругость, и как следствие, ухудшается герметичность цилиндра. Поршневые кольца изготовляют из легированного чугуна отливкой с после дующей механической обработкой, а так же из стали. Высота колец меньше высоты канавки в поршне на 0,03 - 0,08 мм.
Материал для изготовления поршневых колец должен обладать хорошей упругостью и достаточной прочностью в условиях высоких температур, иметь высокую износоустойчивость, но не больше износоустойчивости зеркала цилиндра. Опорную поверхность одного или двух верхних компрессионных поршневых колец для уменьшения износа кольца и цилиндра покрывают слоем хрома толщиной до 0,16 - 0,20 мм с пористой поверхностью, хорошо удерживающей смазку. Для улучшения приработки рабочие поверхности нижних колец нередко покрывают слоем олова или другого легкоистираемого материала.
Поршневой палец служит для шарнирного соединения поршня с шатуном и изготовляется пустотелым из высококачественной износоустойчивой стали. Внутренняя его поверхность цилиндрическая или конически-цилиндрическая.
Концы пальца размещают в отверстиях бобышек поршня, а середина проходит через отверстие в головке шатуна. Если пальцы свободно поворачиваются и в бобышках, и в головке шатуна, то они называются плавающими. Такое соединение имеет наибольшее распространение, поскольку при перемещении поршня с шатуном вся поверхность плавающего пальца является рабочей, что уменьшает износ и возможность заедания.
В некоторых двигателях палец может неподвижно закрепляться и головке шатуна и длина его меньше диаметра поршня. Для ограничения осевых перемещений пальца и исключения повреждений стенок цилиндра палец закрепляют стопорными кольцами, устанавливаемыми в канавки бобышек торцевыми заглушками, вставляемыми в бобышки и стопорным кольцом, размещенным в проточках пальца и верхней головки шатуна.
Смазку поршневого пальца осуществляют через сверления в стержне или прорези в верхней головке шатуна и масляные каналы в бобышках поршня.
Шатун служит для соединения поршня с коленчатым валом. При работе двигателя шатун при рабочем ходе передает усилие от поршня к коленчатому валу, а при остальных тактах обеспечивает перемещение поршня в цилиндре. При помощи кривошипно-шатунного механизма возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала.
Шатун состоит из верхней и нижней головки и соединяющего их стержня: верхняя головка неразъемная и служит для установки поршневого пальца, шарнирно соединяющего поршень с шатуном. Для уменьшения трения и износа в нее запрессовывают одну или две бронзовые втулки; нижняя головка у многих двигателей выполняется составной с прямым (90°) или косым (30 - 60°) относительно оси стержня шатуна разъемом. Плоскость разъема может быть гладкой или иметь шлицевой замок. Косой разъем облегчает пропуск поршня с шатуном через цилиндр, а также соединение шатуна с кривошипом коленчатого вала.
Съемная часть нижней головки шатуна - крышка. Она крепится к стержню двумя болтами, которые имеют гайки или ввертываются в тело шатуна и надежно стопорятся после затяжки.
В нижней головке шатуна установлены стальные тонкостенные вкладыши (верхний и нижний), с тонким слоем 0,1 - 0,9 мм анфрикционного сплава. Вкладыши выполняют функцию подшипника скольжения и удерживаются в шатуне и в крышке плотной посадкой и наличием у них усиков, входящих в соответствующие выточки в шатуне и крышке.
Стержень шатуна имеет обычно двутавровое сечение, расширяющееся к нижней головке, обтекаемую форму и плавные переходы к головкам. У некоторых шатунов в стержне выполняют канал для подвода под давлением масла к поршневому пальцу.
При работе двигателя на шатун действуют силы давления газов и силы инерции, которые сжимают, растягивают и изгибают шатун в продольном и поперечном направлениях. Поэтому его форма, конструкция и материал должны обеспечивать прочность, жесткость и легкость. Шатуны изготовляют из высококачественных углеродистых и легированных сталей штамповкой нагретых заготовок с последующей механической и термической обработкой.
Для обеспечения хорошей уравновешенности двигателя различие в массе отдельных шатунов и комплектов шатунно-поршневой группы должно быть минимальным. Для правильной сборки поршня с шатуном и установки их в двигатель на нижней головке шатуна и ее крышке выбивают порядковый номер цилиндра, для которого предназначен шатун, а также другие метки.
Коленчатый вал и маховик. Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек, соединенных щеками, фланца для крепления маховика и носка.
Коренные шейки служат для установки коленчатого вала в подшипниках, размещенных в картере двигателя. При помощи шатунных шеек вал соединяется с нижними головками шатунов. Шатунные и коренные шейки соединяют при помощи щек. Для разгрузки коренных подшипников от инерционных сил движущихся деталей шатунно-поршневой группы на щеках вала установлены противовесы, в сборе с которыми вал балансируется. Противовесы могут изготовляться заодно со щеками или в виде отдельных, надежно закрепленных деталей. Шатунная шейка вместе с прилегающими к ней щеками образует колено вала или кривошип.
Для избежания разрушения коленчатых валов в местах перехода щек к коренным и шатунным шейкам выполняют закругления - галтели. В коренных и шатунных шейках и в щеках просверлены каналы для подачи под давлением масла к шатунным подшипникам.
На передней части коленчатого вала крепятся: шестерня привода распределительного вала, шкив приводных ремней, маслоотражатель, сальник и храповик для проворачивания вала рукояткой. К хвостовику коленчатого вала болтами крепится маховик. На хвостовике вала имеется маслосъемная резьба и маслоотражательный буртик, а в торце имеется гнездо для установки переднего подшипника вала муфты сцепления.
Носик и хвостовик вала уплотняются резиновыми самоподжимными манжетами. Коленчатый вал вращается в коренных подшипниках, имеющих вкладыши из сталеалюминевой ленты.
Изготовляют коленчатые валы из углеродистых и легированных сталей штамповкой или литьем с последующей механической и термической обработкой. Для повышения износоустойчивости коренных и шатунных шеек их подвергают поверхностной закалке, а затем шлифуют и полируют.
Форма коленчатого вала зависит от числа и расположения цилиндров, тактности и порядка работы двигателя. Она должна обеспечивать равномерное чередование рабочих ходов в цилиндрах по углу поворота коленчатого вала, принятую последовательность работы цилиндров и уравновешенность двигателя.
Число шатунных шеек на коленчатом валу двигателя с однорядным расположением цилиндров равно числу цилиндров. У двигателей с V-образным расположением цилиндров число шатунных шеек равно половине числа цилиндров: у этих двигателей на каждой шейке рядом установлены головки двух шатунов. Число коренных шеек коленчатого вала у v-образных двигателей обычно на одну больше, чем у шатунных.
Вкладыши коренных подшипников устанавливают в постели блок-картера и крышки коренных подшипников, а фиксацию осуществляют таким же способом, как и шатунных.
Маховик обеспечивает равномерность вращения коленчатого вала, пуск двигателя и трогание с места. При пуске двигателя маховик, получив энергию после рабочего хода в одном из цилиндров, обеспечивает за счет инерции вращение коленчатого вала, при этом в остальных цилиндрах создаются условия для протекания рабочих ходов, в результате чего двигатель начинает работать.
Маховик отливают из чугуна в виде диска. Для увеличения момента инерции маховика основную массу его металла располагают по ободу, т.е. на максимальном расстоянии от оси вращения маховика. На обод маховика напрессовывают стальной зубчатый венец, с которым при пуске двигателя входит в зацепление шестерня пускового устройства, и наносят метки для определения положения поршня в первом цилиндре и установки момента зажигания или момента подачи топлива.
В сборе с коленчатым валом маховик балансируется. Это выполняют для того, чтобы при их вращении не возникало вибрации и биения от центробежных сил, и не происходил усиленный износ коренных подшипников двигателя. На заднем торце маховика монтируют сцепления.
При работе двигателя на коленчатый вал действуют осевые усилия от работы косозубых шестерен привода газораспределения, включения муфты сцепления и нагрева вала. Чтобы ограничить осевые перемещения коленчатого вала, один из коренных подшипников (задний, передний или средний) выполняют упорным. Для этого вкладыши таких подшипников снабжаются отбортовкой, упорными кольцами или полукольцами.
Принцип действия кривошипно-шатунного механизма
При анализе действия кривошипно-шатунного механизма необходимо отметить прямую и обратную схему движения.
Прямая схема: Поршень под действием давления газов совершает поступательное движение в сторону коленчатого вала. С помощью кинематических пар «поршень-шатун» и «шатун-вал» поступательное движение поршня преобразовывается во вращательное движение коленчатого вала.
Коленчатый вал состоит из:
* шатунные шейки
* коренные шейки
* противовес
Обратная схема: Коленчатый вал под действием приложенного внешнего крутящего момента совершает вращательное движение, которое через кинематическую цепь «вал-шатун-поршень» преобразовывается в поступательное движение поршня.
В данной главе нами рассмотрено устройство и принцип действия кривошипно-шатунного механизма. Мы определили составляющие детали кривошипно-шатунного механизма и технические составляющие.
Одной из составляющих частей двигателя является кривошипно-шатунный механизм (сокращенно – КШМ). О нем и пойдет речь в нашей статье.
Основное предназначение КШМ в изменении прямолинейных движений поршня на вращательные действия коленвала в моторе, а также наоборот.
Схема кривошипно-шатунного механизма(КШМ): 1 – Вкладыш шатунного подшипник; 2 – Втулка верхней головки шатуна; 3 – Поршневые кольца; 4 – поршень; 5 – Поршневой палец; 6 — Стопорное кольцо; 7 – Шатун; 8 – Коленчатый вал; 9 – Крышка шатунного подшипника
Строение КШМ
Эта деталь КШМ представлена в виде цилиндра, сделанного из алюминия и некоторых примесей. Составляющими частями поршня есть: юбка, головка, днище, соединенные в единую деталь, но имеющие разные функции. В днище поршня, которое может иметь разную форму, находится камера сгорания. Продолговатые углубления головки предназначены для колец. Кольца компрессионные защищают механизм от прорывов газа. В свою очередь кольца маслосъемные обеспечивают удаление лишнего количества масла из цилиндра. Юбка содержит две бобышки, которые способствуют расположению поршневого пальца, служащего связующим звеном между поршнем и шатуном.
По своей сути поршень – это деталь, которая трансформирует колебания давления газа в механический процесс и способствует обратному действию – нагнетает давление путем обратно-поступательной деятельности.
Основное предназначение шатуна – перемещение усилия, полученного от поршня на коленвал. В строении шатуна существует верхняя и нижняя головка, соединение деталей осуществляются с помощью шарниров. Составляющей частью детали является еще двутавровый стержень. Благодаря разбирающейся нижней головке создается крепкое и точное крепление с шейкой коленвала. Что касается верхней головки, то в ней расположен вращающийся поршневой палец.
Главная роль коленвала – обработка усилия, поступающего от шатуна для трансформирования его в крутящий момент. Коленвал составляют несколько коренных, шатунных шеек, обитающих в подшипниках. В шейках и щеках есть специальные отверстия, использующиеся в виде маслопроводов.
Маховик размещен на конце коленвала. Механизм представлен в виде 2-х объединенных дисковых пластин. Зубчатая сторона детали задействована напрямую в запуске мотора.
Предназначение цилиндра КШМ – направление работы поршней. В блоке цилиндров сосредоточены точки крепления агрегатов, рубашки охлаждения, подушки для подшипников. В голове блока цилиндров размещена камера сгорания, втулки, посадочные места для свечей, седла клапана, каналы для впуска и выпуска. Сверху блок цилиндров защищает специальная герметичная прокладка. Вместе с этим головка цилиндра прикрыта резиновой прокладкой, а также штампованной крышкой.