Как устроены шатуны и коленчатый вал – Шатун и коленчатый вал

Содержание

Шатуны и коленчатый вал.



Поиск Лекций




Введение


КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ

 

Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршней, воспринимающих силу давления газов, во вращательное движение коленчатого вала. Детали кривошипно-шатунного механизма можно разделить на две группы: подвижные и неподвижные,

К первым относятся поршень с кольцами и поршневым пальцем, шатун, коленчатый вал и маховик, ко вторым — блок цилиндров, головка блока, прокладка головки блока и поддон (картер), В обе группы входят также и крепежные детали.

Блок и головка цилиндров

Наиболее крупными и сложными деталями кривошипно-шатунного механизма являются блок цилиндров и его головка (или головки). Как показано на рисунке блок цилиндров 5 и головка цилиндров 1 имеют сложную форму, поэтому их изготовляют литьем. Между ними для герметизации стыка установлена прокладка 9. Спереди (а иногда и сзади) также через прокладку 6 к блоку крепится крышка распределительных шестерен. Все остальные детали кривошипно-шатунного механизма расположены в блоке цилиндров, их обычно объединяют в несколько групп.

 

 

 

Головка и блок цилиндров V-образного восьмицилиндрового двигателя ЗМЗ-53:
1 — головка правого ряда цилиндров, 2 — гильза цилиндра, 3 — прокладка гильзы,
4 — направляющий поясок для гильзы, 5 — блок цилиндров, 6 — прокладка крышки
распределительных шестерен, 7 — сальник переднего конца коленчатого вала,
8 — крышка распределительных шестерен, 9 — прокладка головки цилиндров.



Блок цилиндров. Его отливают из чугуна (СЧ 21, СЧ 15) или из алюминиевых (например, АЛ4) сплавов. Соотношение масс чугунных и алюминиевых блок-картеров составляет примерно 4:1. За одно целое с блоком отлита верхняя часть картера.

В отливке блока цилиндров выполнены рубашка охлаждения, окружающая цилиндры, постели для коренных подшипников коленчатого вала и подшипников распределительного вала, а также места для установки других узлов и приборов. Чугунные блок-картеры изготовляют или вместе с цилиндрами или со вставными цилиндрами — гильзами, а алюминиевые только со вставными гильзами. Уплотнение гильз в блоке осуществляется с помощью резиновых колец или прокладок 3. Тщательно обработанная внутренняя поверхность гильз (или цилиндров) называется зеркалом.

 

 

 

 

Детали кривошипно-шатунного механизма двигателя ЗИЛ-130:
1 — поршень, 2 — вкладыши коренных подшипников коленчатого вала, 3 — маховик,
4- коренная шейка коленчатого вала, 5 — крышка заднего коренного подшипника,
6 — пробка, 7 — противовес, 8 — щека, 9 — крышка среднего коренного подшипника,
10 — передняя шейка коленчатого вала, 11 — крышка переднего коренного подшипника,
12 — шестерня, 13 — носок коленчатого вала, 14 — шкив, 15 — храповик, 16 — упорная шайба,
17 — биметаллические шайбы, 18-шатунные шейки коленчатого вала, 19 — вкладыши шатунного
подшипника, 20 — стопорное кольцо, 21 — поршневой палец, 22 — втулка верхней головки шатуна,
23 — шатун, 24 — крышка шатуна, 25 — сальник, 26 — маслоотгонная канавка,
27 — маслосбрасывающий гребень, 28 — дренажная канавка.




Головка цилиндров.

 

Головка закрывает цилиндры сверху; в ней размещены клапаны, камеры сгорания, свечи, форсунки. В головку цилиндров запрессованы направляющие втулки и седла клапанов. Плоскость разъема между головками и блоком цилиндров уплотнена сталеасбестовыми прокладками. Между головкой цилиндров и крышкой клапанов установлены пробковые или резиновые прокладки.

Головки отлиты из алюминиевого сплава или чугуна. Двигатели с рядным расположением цилиндров имеют одну головку цилиндров, двигатели с V-образным расположением — две головки на каждый ряд (двигатель ЗИЛ-130), четыре — на каждые три цилиндра (двигатель ЯМЗ-240), восемь — на каждый цилиндр (двигатель КамАЗ-740).

 

Поршневая группа

В поршневую группу входят поршни, поршневые кольца и поршневые пальцы. Поршень представляет собой металлический стакан, днищем обращенный вверх. Он воспринимает давление газов и передает его через поршневой палец и шатун на коленчатый вал. Отлиты поршни из алюминиевого сплава.

Поршень имеет днище, уплотняющую и направляющую (юбку) части. Днище и уплотняющая часть составляют головку поршня. Днище поршня вместе с головкой цилиндра ограничивают объем камеры сгорания. В головке поршня проточены канавки для колец. При работе двигателя на поршень действуют большие механические и тепловые нагрузки от давления горячих газов.




Конструкция поршня должна обеспечивать такой зазор между поршнем и цилиндром, который исключал бы стуки поршня после запуска двигателя и заклинивание его в результате теплового расширения при работе двигателя под нагрузкой.

На юбке поршня делают разрезы, придают ему овальную форму в поперечном сечении и коническую — по высоте, производят заделку в поршень специальных компенсационных пластин из металла с малым коэффициентом теплового расширения. Например, в поршнях некоторых двигателей с зажиганием от искры юбку выполняют с косым разрезом, что делает ее более упругой и позволяет устанавливать поршень с минимальным зазором, не опасаясь заклинивания.

При шлифовании поршню придают овальную форму (большая ось овала должна быть перпендикулярна оси поршневого пальца), чтобы под действием боковых усилий и нагрева юбка поршня в рабочем состоянии принимала цилиндрическую форму.

Так как температура головки поршня примерно на 100-150°С выше, чем нижней части юбки, то наружный диаметр юбки делают больше, чем диаметр головки.

Большую опасность представляет собой перегрев поршня из-за недостаточного его охлаждения. При перегреве прогорает днище поршня, происходит задир рабочей поверхности цилиндра, залегание колец и даже заклинивание поршня. Иногда для улучшения охлаждения поршня на его внутреннюю поверхность направляют струю масла.

 

 




Детали поршневой группы:
1 — поршень, 2 — поршневой палец, 3 — стопорные кольца, 4, 5 — компрессионные кольца,
6 — маслосъемное кольцо.

Поршень дизеля КамАЗ-740 отлит из высококремнистого алюминиевого сплава со вставкой из специального чугуна под верхнее компрессионное кольцо. На юбку поршня нанесено коллоидно-графитовое покрытие для улучшения приработки и предохранения от задиров. В головке поршня расположена тороидальная камера сгорания, а сбоку от нее в днище — две; выемки для предотвращения касания его с клапанами. Под бобышками в нижней части юбки сделаны выемки для прохода противовесов коленчатого вала в НМТ.

С шатуном поршень соединен пальцем 2 плавающего типа, стопорные кольца 3 вставляются в канавки, проточенные в бобышках, кольца ограничивают осевое смещение пальца в поршне. Палецимеет форму пустотелого цилиндрического стержня, он сделан из хромоникелевой стали, упрочнен цементацией и термообработан закалкой.

На поршне выполнены канавки для двух компрессионных 4, 5 и одного маслосъемного 6 кольца .Компрессионные кольца уплотняют поршень в гильзе цилиндров и предотвращают прорыв газов через зазор между юбкой поршня и стенкой гильзы. Маслосъемные кольца снимают излишки масла со стенок гильз и не допускают попадания его в камеры сгорания.

Поршневые кольца изготовлены из чугуна. Иногда маслосъемные кольца делают из стали. Для установки на поршень кольца имеют разрез, называемый замком.

После установки в цилиндр зазор в замке должен быть в пределах 0,3-0,5 мм, чтобы кольцо не заклинивало при нагревании. Замки на поршне должны располагаться на равных расстояниях друг от друга по окружности, что уменьшает прорыв газов из цилиндра.

Компрессионные кольца и особенно первое (верхнее) из них работают в тяжелых условиях. Из-за соприкосновения с горячими газами и большой работы трения, производимой первым кольцом, оно сильно нагревается (до 225-275°С), что осложняет его смазку и вызывает увеличенный износ как самого кольца, так и верхнего пояса цилиндра.

Для повышения износостойкости поверхность верхнего компрессионного кольца подвергают пористому хромированию. Остальные кольца для ускорения приработки покрывают тонким слоем олова или молибдена (двигатель КамАЗ-740).

Поршневые кольца разрезные, в свободном состоянии их диаметр несколько больше диаметра цилиндра. Поэтому в цилиндре кольцо плотно прижимается к его стенкам. В канавках поршня кольца образуют лабиринт с малыми зазорами, в котором газы, прорывающиеся из надпоршневого пространства, с одной стороны, теряют давление и скорость, а с другой — прижимают кольца к стенке цилиндра.

 

 

 

 

Поршневые кольца: а — внешний вид, б — расположение колец на поршне (двигателя ЗИЛ-130), в — составное маслосъемное кольцо; 1 — компрессионное кольцо, 2 — маслосъемное кольцо, 3 — плоские стальные диски, 4 — осевой расширитель, 5 — радиальный расширитель.

Компрессионные кольца имеют разную форму поперечного сечения. Компрессионное кольцо 1 с прямоугольным сечением (а) прилегает к цилиндру по всей наружной поверхности. Для увеличения удельного давления кольца на зеркало цилиндра и более быстрой приработки наружной поверхности кольцу придается коническая форма или делается на верхней внутренней кромке кольца 1 специальная выточка (6).

Маслосъемные кольца также имеют различную форму: коническую, скребковую, пластинчатую с осевым и радиальным расширителями (в). При движении вверх маслосъемное кольцо как бы «всплывает» в масляном слое, а при движении вниз острая кромка кольца соскабливает масло.

Маслосъемное кольцо отличается от компрессионных сквозными прорезями для прохода масла. В канавке поршня для маслосъемного кольца сверлят один или два ряда отверстий для отвода масла внутрь поршня.

Маслосъемное кольцо двигателей ЗМЗ и ЗИЛ состоит из двух стальных кольцевых дисков, осевого 4 и радиального 5 расширителей. Вследствие быстрой прирабатываемости и упругости стальные маслосъемные кольца хорошо прилегают к гильзе цилиндра.

 

Шатуны и коленчатый вал.


Шатун

соединяет поршень с коленчатым валом. Он состоит из верхней головки 5, стержня 6 двутаврового сечения и разъемной нижней головки 3, закрепляемой на шатунной шейке коленчатого вала. Шатун и его крышка 1 изготовлены из легированной или углеродистой стали. В верхнюю головку шатуна запрессованы одна или две втулки 4 из оловянистой бронзы, а в нижнюю вставлены тонкостенные стальные вкладыши 8, залитые слоем антифрикционного сплава.

Крышка 1 обрабатывается в сборе с шатуном, их нумеруют порядковым номером цилиндра. Ширина нижней головки такова, что позволяет вынимать поршень с шатуном вверх через цилиндр. Нижняя головка 3 шатуна и крышка 1 соединяются двумя болтами 7 или шпильками. Под головки болтов кладут специальные стопорные шайбы с усиками, а гайки имеют резьбу, несколько отличающуюся от резьбы на шпильках или болтах, в результате чего гайки самостопорятся, На двигателях старых конструкций они иногда шплинтовались.

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

От проворачивания в нижней головке шатуна вкладыши удерживаются выступами (усиками 2), которые входят в канавки, выфрезерованные в шатуне и его крышке.


Шатун:


1 — крышка нижней головки, 2 — усики, фиксирующие вкладыши от проворачивания,
3 — нижняя головка, 4 — втулка верхней головки, 5-верхняя головка, 6- стержень шатуна,
7 — болт с гайкой для крепления крышки нижней головки, 8 — вкладыши нижней головки.


Коленчатый вал

 

воспринимает усилия, передаваемые от поршней шатунами, и преобразует их в крутящий момент. Он имеет коренные и шатунные шейки, щеки, соединяющие коренные и шатунные шейки, фланец для крепления маховика, носок, в котором имеется отверстие для установки храповика пусковой рукоятки. Шатунная шейка с щеками образует колено (или кривошип) вала. Расположение колен на валу обеспечивает равномерное чередование рабочих ходов.

Коленчатый вал штампуют из стали или отливают из магниевого чугуна. Стальные валы при одинаковых с литыми чугунными валами размерах шеек и щек имеют большую прочность, а к преимуществам литых валов следует отнести их меньшую стоимость, меньший расход металла при изготовлении, сокращение числа операций механической обработки, а также возможность придания оптимальных форм отдельным элементам кривошипа, например внутренним полостям шатунных и коренных шеек.

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 однорядное расположение цилиндров, равно числу цилиндров, а в V-образном двигателе — их в два раза меньше числа цилиндров, так как на каждую шатунную шейку устанавливают по два шатуна.

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

Если шатунная шейка с двух сторон имеет коренную шейку, то такой коленчатый вал называют полноопорным. Полноопорный вал меньше прогибается и обеспечивает лучшие условия работы подшипников и больший срок их службы.

В современных автомобильных двигателях частота вращения коленчатого вала достигает 3ccc-4ccc мин -1 (грузовые автомобили) и 4500-6ccc мин -1 (легковые). Поэтому возникают большие силы инерции, действующие на шатунные шейки, щеки и нижние головки шатунов. Эти силы нагружают подшипники, вызывая их ускоренное изнашивание. Для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил служат противовесы, расположенные на щеках против шатунных шеек коленчатого вала.

Коренные и шатунные шейки вала соединены наклонными каналами, просверленными в щеках и служащими для подвода масла от коренных к шатунным подшипникам. Шатунные шейки выполняют полыми или высверливают в них полости грязеуловители. В этих полостях под действием центробежных сил отлагаются тяжелые частицы и продукты изнашивания, содержащиеся в масле. Грязеуловители очищают при разборке двигателя, вывертывания пробки.

 

 

Коленчатый вал V — образного 8-цилиндрового двигателя ЗИЛ-130:
1 — противовес, 2 — заглушка, 3 — полость, 4 — отверстие для крепления маховика,
5 — сверления для подачи масла к шейке.






Маховик

 

Представляет собой массивный диск, отливаемый из чугуна. Он повышает равномерность вращения коленчатого вала, что особенно важно при малой частоте вращения, и передает крутящий момент трансмиссии автомобиля. Изготовлен маховик из чугуна. На обод маховика напрессован стальной зубчатый венец, предназначенный для вращения коленчатого вала стартером при пуске двигателя.

На некоторых двигателях на маховик наносят метки или запрессовывают в него стальной шарик, по которому устанавливают поршень первого цилиндра в ВМТ и проверяют установку зажигания.





 

 

КАРТЕР ДВИГАТЕЛЯ

 

Картер состоит из двух частей — верхней и нижней, Верхнюю часть картера отливают как одно целое с блоком цилиндров. Здесь устанавливают коленчатый и распределительный валы, а также другие узлы и детали двигателя. Нижняя половина картера предохраняет от загрязнения детали кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов и, кроме того, используется как резервуар для масла. Поэтому нижнюю половину картера часто называют масляным картером, или поддоном, Он закрывает блок цилиндров снизу.

 

 

 

Рис.9. Масляный картер дизеля ЯМЗ-236:

1 — поддон; 2. — фланец поддона; 3 — прокладка; 4 — перегородки; 5 — медно-асбестовая прокладка; 6 — пробка сливного отверстия

 

Внутри поддона 1 (рис.9) устанавливают горизонтальные или вертикальные перегородки 4, которые задерживают движение масляных волн и защищают уплотнения картера от ударов масла. В поддоне есть сливное отверстие для масла, закрываемое пробкой 6.

Для плотного соединения между блоком цилиндров и фланцем 2 поддона ставят уплотнительную прокладку 3. Плоскость разъема блока цилиндров может проходить по оси коленчатого вала, но на большинстве двигателей ее смещают вниз, чтобы повысить жесткость верхней половины картера.

 

Крепление двигателя

Двигатель автомобиля ГАЗ-53А прикреплен к раме в четырех точках: две опоры спереди и две сзади (лапы картера маховика и сцепления). Дизель автомобиля КамАЗ-5320 крепят в пяти точках (рис.10): две опоры спереди установлены на блоке 1 цилиндров по его сторонам; две опоры сзади укреплены с обеих сторон картера 13 маховика; одна поддерживающая опора расположена на картере 22 коробки передач.

Передние опоры состоят из кронштейна 4, соединенного с блоком 1 цилиндров, а через резиновую подушку 7 и стяжку 6 — с кронштейном 5. Последний приклепан к стойке 9, а стойка — к лонжерону 10 рамы.

Задние опоры состоят из кронштейна 12 двигателя, укрепленного на картере 13 маховика, и кронштейна 11 задней опоры, приклепанного к лонжерону 10 рамы. Кронштейн 11 с крышкой 20 охватывают башмак 16, установленных между кронштейнами и соединенный болтом 15 с кронштейном 12. Башмак изготовлен из алюминиевого сплава и находится в резиновой подушке 14. Между крышкой 20 и кронштейном 11 помещены регулировочные прокладки 2L Стальная втулка 18, запрессованная в башмак, предохраняет его от смятия.

Поддерживающая опора состоит из кронштейна 23, укрепленного на картере 22 коробки передач. Полку кронштейна охватывает находящаяся в обойме 25 прямоугольная резиновая подушка 27, соединенная через накладку 26 с поперечиной 24. Последняя соединена с кронштейнами 28, приклепанными к лонжеронам рамы. Резиновые подушки, находящиеся под опорами, снижают ударные нагрузки на двигатель при движении

 

 

 

Рис.10. Крепление двигателя автомобиля КамАЗ-5320:

 

а — двигатель; б — передняя опора; в — задняя опора; г — поддерживающая опора; 1 — блок цилиндров; 2 — штифт; 3 — шпилька; 4, 8, 23 и 28 — кронштейны; 5, 15 и 16 — болты; б — стяжка; 7, 14 и 27 — резиновые, подушки; 9 — стойка; 10 — лонжерон рамы; 11 — кронштейн задней опоры; 12 — кронштейн двигателя; 13 — картер маховика; 15 — башмак; 17 — защитный колпак; 18 — втулка; 20 — крышка; 21 — регулировочная прокладка; 22 — картер коробки передач; 24 — поперечина; 25 — обойма подушки; 26 — накладка подушки автомобиля и уменьшают вибрацию рамы.

Кроме того, опоры удерживают двигатель от продольного смещения при выключении сцепления, резком разгоне или торможении автомобиля. Для этих же целей двигатель автомобиля ЗИЛ-130 соединяют с передней поперечиной рамы реактивной тягой.

 

 

 




Рекомендуемые страницы:

Поиск по сайту







poisk-ru.ru

Как устроен и работает кривошипно-шатунный механизм двигателя

Двигатели внутреннего сгорания, используемые на автомобилях, функционируют за счет преобразования энергии, выделяемой при горении горючей смеси, в механическое действие – вращение. Это преобразование обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом (КШМ), который является одним из ключевых в конструкции двигателя автомобиля.

УСТРОЙСТВО КШМ

Кривошипно-шатунный механизм двигателя состоит из трех основных деталей:

  1. Цилиндро-поршневая группа (ЦПГ).
  2. Шатун.
  3. Коленчатый вал.

Все эти компоненты размещаются в блоке цилиндров.

ЦПГ

Назначение ЦПГ — преобразование выделяемой при горении энергии в механическое действие – поступательное движение. Состоит ЦПГ из гильзы – неподвижной детали, посаженной в блок в блок цилиндров, и поршня, который перемещается внутри этой гильзы.

После подачи внутрь гильзы топливовоздушной смеси, она воспламеняется (от внешнего источника в бензиновых моторах и за счет высокого давления в дизелях). Воспламенение сопровождается сильным повышением давления внутри гильзы. А поскольку поршень это подвижный элемент, то возникшее давление приводит к его перемещению (по сути, газы выталкивают его из гильзы). Получается, что выделяемая при горение энергия преобразуется в поступательное движение поршня.

Для нормального сгорания смеси должны создаваться определенные условия – максимально возможная герметичность пространства перед поршнем, именуемое камерой сгорания (где происходит горение), источник воспламенения (в бензиновых моторах), подача горючей смеси и отвод продуктов горения.

Герметичность пространства обеспечивается головкой блока, которая закрывает один торец гильзы и поршневыми кольцами, посаженными на поршень. Эти кольца тоже относятся к деталям ЦПГ.

ШАТУН

Следующий компонент КШМ – шатун. Он предназначен для связки поршня ЦПГ и коленчатого вала и передает механических действий между ними.

Шатун представляет собой шток двутавровой формы поперечного сечения, что обеспечивает детали высокую устойчивость на изгиб. На концах штока имеются головки, благодаря которым шатун соединяется с поршнем и коленчатым валом.

По сути, головки шатуна представляют собой проушины, через которые проходят валы обеспечивающие шарнирное (подвижное) соединение всех деталей. В месте соединения шатуна с поршнем, в качестве вала выступает поршневой палец (относится к ЦПГ), который проходит через бобышки поршня и головку шатуна. Поскольку поршневой палец извлекается, то верхняя головка шатуна – неразъемная.

В месте соединения шатуна с коленвалом, в качестве вала выступают шатунные шейки последнего. Нижняя головка имеет разъемную конструкцию, что и позволяет закреплять шатун на коленчатом валу (снимаемая часть называется крышкой).

КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ

Назначение коленчатого вала — это обеспечение второго этапа преобразования энергии. Коленвал превращает поступательное движение поршня в свое вращение. Этот элемент кривошипно-шатунного механизма имеет сложную геометрию.

Состоит коленвал из шеек – коротких цилиндрических валов, соединенных в единую конструкцию. В коленвале используется два типа шеек – коренные и шатунные. Первые расположены на одной оси, они являются опорными и предназначены для подвижного закрепления коленчатого вала в блоке цилиндров.

В блоке цилиндров коленчатый вал фиксируется специальными крышками. Для снижения трения в местах соединения коренных шеек с блоком цилиндров и шатунных с шатуном, используются подшипники трения.

Шатунные шейки расположены на определенном боковом удалении от коренных и к ним нижней головкой крепится шатун.

Коренные и шатунные шейки между собой соединяются щеками. В коленчатых валах дизелей к щекам дополнительно крепятся противовесы, предназначенные для снижения колебательных движений вала.

Шатунные шейки вместе с щеками образуют так называемый кривошип, имеющий П-образную форму, который и преобразует поступательного движения во вращение коленчатого вала. За счет удаленного расположения шатунных шеек при вращении вала они движутся по кругу, а коренные — вращаются относительно своей оси.

Количество шатунных шеек соответствует количеству цилиндров мотора, коренных же всегда на одну больше, что обеспечивает каждому кривошипу две опорных точки.

На одном из концов коленчатого вала имеется фланец для крепления маховика – массивного элемента в виде диска. Основное его назначение: накапливание кинетической энергии за счет которой осуществляется обратная работа механизма – преобразование вращения в движение поршня. На втором конце вала расположены посадочные места под шестерни привода других систем и механизмов, а также отверстие для фиксации шкива привода навесного оборудования мотора.

ПРИНЦИП РАБОТЫ МЕХАНИЗМА

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма рассмотрим упрощенно на примере одноцилиндрового мотора. Такой двигатель включает в себя:

  • коленчатый вал с двумя коренными шейками и одним кривошипом;
  • шатун;
  • и комплект деталей ЦПГ, включающий в себя гильзу, поршень, поршневые кольца и палец.

Воспламенение горючей смеси выполняется когда объем камеры сгорания минимальный, а обеспечивается это при максимальном поднятии вверх поршня внутри гильзы (верхняя мертвая точка – ВМТ). При таком положении кривошип тоже «смотрит» вверх. При сгорании выделяемая энергия толкает вниз поршень, это движение передается через шатун на кривошип, и он начинает двигаться по кругу вниз, при этом коренные шейки вращаются вокруг своей оси.

При провороте кривошипа на 180 градусов поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ). После ее достижения  выполняется обратная работа механизма. За счет накопленной кинетической энергии маховик продолжает вращать коленвал, поэтому чему кривошип проворачивается и посредством шатуна толкает поршень вверх. Затем цикл полностью повторяется.

Если рассмотреть проще, то один полуоборот коленвала осуществляется за счет выделенной при сгорании энергии, а второй – благодаря кинетической энергии, накопленной маховиком. Затем процесс повторяется вновь.

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ. ТАКТЫ

Выше описана упрощенная схема работы КШМ. В действительности чтобы создать необходимые условия для нормального сгорания топливной смеси, требуется выполнение подготовительных этапов – заполнение камеры сгорания компонентами смеси, их сжатие и отвод продуктов горения. Эти этапы получили название «такты мотора» и всего их четыре – впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Из них только рабочий ход выполняет полезную функцию (именно при нем энергия преобразуется в движение), а остальные такты – подготовительные. При этом выполнение каждого этапа сопровождается проворотом коленвала вокруг оси на 180 градусов.

Конструкторами разработано два типа двигателей – 2-х и 4-тактный. В первом варианте такты совмещены (рабочий ход с выпуском, а впуск – со сжатием), поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за один полный оборот коленвала.

В 4-тактном двигателе каждый такт выполняется по отдельности, поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за два оборота коленчатого вала, и только один полуоборот (на такте «рабочий ход») выполняется за счет выделенной при горении энергии, а остальные 1,5 оборота – благодаря энергии маховика.

ОСНОВНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ

Несмотря на то, что кривошипно-шатунный механизм работает в жестких условиях, эта составляющая двигателя  достаточно надежная. При правильном проведении технического обслуживания, механизм работает долгий срок.

При правильной эксплуатации двигателя ремонт КШМ потребуется только из-за износа ряда составных деталей – поршневых колец, шеек коленчатого вала, подшипников скольжения.

Поломки составных компонентов КШМ происходят в основном из-за нарушения правил эксплуатации силовой установки (постоянная работа на повышенных оборотах, чрезмерные нагрузки), невыполнения ТО, использования неподходящих горюче-смазочных материалов.

Последствиями такого использования мотора могут быть:

  • залегание и разрушение колец;
  • прогорание поршня;
  • трещины стенок гильзы цилиндра;
  • изгиб шатуна;
  • разрыв коленчатого вала;
  • «наматывание» подшипников скольжения на шейки.

Такие поломки КШМ очень серьезны, зачастую поврежденные элементы ремонту не подлежат их нужно только менять. В некоторых случаях поломки КШМ сопровождаются разрушениями иных элементов мотора, что приводит мотор в полную негодность без возможности восстановления.

ОБСЛУЖИВАНИЕ КШМ

Чтобы КШМ не стало причиной выхода из строя силового агрегата, достаточно выполнять ряд правил:

  1. Не допускать длительной работы двигателя на повышенных оборотах и под большой нагрузкой.
  2. Своевременно менять моторное масло и использовать смазку, рекомендованную автопроизводителем.
  3. Использовать только качественное топливо.
  4. Проводить согласно регламенту замену воздушных фильтров.

Не стоит забывать, что нормальное функционирование мотора зависит не только от КШМ, но и от  смазки, охлаждения, питания, зажигания, ГРМ, которым также требуется своевременное обслуживание.

neauto.ru

Часть 1 — Кривошипо-шатунный механизм

Итак, наша первая задача это понять, что же такое двигатель (Engine). Результатом работы двигателя является наличие крутящего момента на его коленчатом валу.

Двигатель состоит из двух механизмов:

1- Кривошипно-шатунный механизм (КШМ, Crank mechanism) предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре во вращательное движение коленчатого вала двигателя.

2 — Газораспределительный механизм (ГРМ, gas distribution mechanism) предназначен для своевременного снабжения двигателя горючей смесью, а так же для выпуска выхлопных газов.

В данной части разберём те детали двигателя, которые относятся к КШМ. Забегая вперёд, оглашу весь список тех деталей, из которых состоит КШМ. 

Итак, Кривошипно-шатунный механизм состоит из:

  • Коленчатый вал
  • Маховик
  • Шатуны
  • Поршни с кольцами и пальцами
  • Блок цилиндров с картером
  • Головки блока цилиндров,
  • поддона картера двигателя

Если результатом работы является наличие крутящего момента на коленчатом валу, следовательно одна из деталей двигателей это Коленчатый Вал.

1. Коленчатый Вал(crankshaft)

Коленчатый вал представлен на рисунке снизу:

Коленчатый вал двигателя с маховиком состоит из:
1 — коленчатый вал двигателя; 2 — маховик с зубчатым венцом;
3 — шатунная шейка; 4 — коренная (опорная) шейка; 5 — противовес

Маховик (flywheel) — это массивный металлический диск, который крепится на коленчатом валу двигателя. маховик всегда пытается сохранить то состояние, из которого его выводят. Он долго набирает обороты, сглаживая тем самым скачки. Так же долго сбрасывает обороты. Короче говоря, благодаря своей инертности, создает плавность в переходах с одной частоты вращения на другую. Кроме того, его инертность играет роль аккумулятора энергии. Уж если вы раскрутили маховик, затратив при этом работу, он в состоянии такую же работу выполнить, пока не остановится. Грубо говоря, это некий стабилизатор, который предохраняет работу двигателя от скачков и ударов.

Теперь, давайте уделим внимание шатунной шейке. Такое название она имеет потому, что на ней крепится шатун.

2. Шатун(connecting rod)

Шатун (connecting rod) — подвижная деталь кривошипно-шатунного механизма двигателя, соединяющая поршень и коленвал и передающая усилие от поршня к коленчатому валу Двигателя Внутреннего Сгорания(ДВС), преобразуя поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Коленчатый вал и детали шатунно-поршневой группы представлены на рисунке снизу:


1 – коленчатый вал; 2 – вкладыш шатунного подшипника; 3 – болт крепления крышки шатуна; 4 – поршневой палец; 5 – стопорное кольцо; 6 – втулка головки шатуна; 7 – шатун; 8 – крышка шатуна; 9 – гайка крепления крышки шатуна

Итак, значит на коленчатом валу крепится шатун. А шатун, в свою очередь соединён с поршнем.

3. Поршень(piston)

Поршень — деталь кривошипно-шатунного механизма двигателя, непосредственно воспринимающая давление от сгорающей в цилиндре рабочей смеси

Поршень представлен на рисунке снизу:


Поршень состоит из:
1 — головка поршня; 2 — Юбка поршня; 3 — Первое компрессионное кольцо; 4 — второе компрессионное кольцо; 5 — маслосъёмное кольцо; 6 — поршневой палец; 7 — стопорное кольцо.

Поршневые кольца по назначению разделяют на компрессионные кольца и маслосъемные кольца. Компрессионные кольца предотвращают порыв газов изкамеры сгорания в картер. Наружный диаметр кольца в свободном состоянии больше внутреннегодиаметра цилиндра, поэтому часть кольца вырезана. Вырез в поршневом кольценазывают замком.
Маслосъемные кольца препятствуют проникновению масла из картера в камерусгорания, снимая излишки масла со стенки цилиндра. Их устанавливают ниже уровнякомпрессионных. Они в отличии от компрессионных колец имеют сквозные прорези.
Основная задача второго компрессионного кольца — обеспечение дополнительного уплотнения после верхнего кольца.

Итак, что мы имеем? Мы имеем коленчатый вал, на котором крепятся шатуны, соединённые с поршнями. Выглядит всё это примерно вот так:


И что дальше? А дальше мы видим нечто синее. Что это? Это гильзы цилиндров.

4. Гильзы цилиндров(sleeves of cylinders)

Внутренние стенки цилиндра образуют гильзу цилиндра, а внешние, более тонкие, стенки – его рубашку(Рубашка охлаждения — cooling jacket). Так что можно сказать, что гильза цилиндра — составная часть цилиндра. Стенки рубашки охватывают гильзовую часть цилиндра так, что между ними образуется полость для циркуляции охлаждающей жидкости.

Существует два вида гильз:

1 — Вставки, запрессовываемые на всю длину цилиндране соприкасаются с охлаждающей жидкостью, вследствие чего их называют сухими гильзами

2 — Легкосъемные гильзы устанавливают в цилиндры свободно с гарантированным зазором (≈ 0,08 мм). Это большое их достоинство. В случае износа их легко заменяют новыми или другими, заранее отремонтированными. Легкосъемные гильзы непосредственно омываются охлаждающей жидкостью, циркулирующей в рубашке охлаждения, в связи с чем их называют мокрыми гильзами

Итак, теперь мы имеем коленчатый вал, на котором крепятся шатуны, на которых крепятся поршни. Поршни, в свою очередь, ходят внутри цилиндров, а точнее внутри гильз цилиндров. Отлично, но маленькое но. Как же всё это держится и в чём? А всё это устанавливается в блок-картер.

5. Блок картер(cylinder block/engine block/crankcase)

Картер является главным из элементов остова (корпуса) двигателя. С внешней стороны к нему крепят цилиндры, а внутреннюю его полость занимает коленчатый вал с его опорами. В картере размещают также основные устройства механизма газораспределения, различные узлы системы смазки с ее сложной сетью каналов и чаще всего с емкостью для смазочного масла и другое вспомогательное оборудование. К одной из торцовых стенок картера в автомобильных двигателях крепят кожух маховика, к боковым – кронштейны или лапы для установки двигателя на подмоторную раму.

Для большей жесткости внутри кратера сделаны поперечные перегородки – ребра, в которых выполнены гнезда для опорных подшипников коленчатого и распределительного валов.

В общем случае блок-картер представляет собой сложную пространственную конструкцию коробчатой формы, которая воспринимает все силовые нагрузки, возникающие в процессе осуществления рабочего цикла, действующие на остов двигателя.

Блок-картер показан на рисунке снизу:

Вид блока-картера зависит от двигателя(число цилиндров и их расположение). Сверху приведена картинка живого блока-картера, чтобы было понятно, как оно выглядит )

А вот блок-картер уже другого по виду двигателя:

К обработанным плоскостям блок-картера крепят составные детали остова двигателя (См.рисунок снизу): сверху — головки цилиндров, сзади — картер маховика 13, впереди — картер распределительных шестерен 7, снизу — поддон картера 11.

6. Поддон картера(sump)

Поддон картера защищает кривошипно-шатунный механизм от попадания грязи и одновременно является резервуаром для масла. Поддон крепится к картеру болтами, для уплотнения устанавливается картонная или пробковая прокладка. В нижней части поддона для слива есть отверстие, закрываемое пробкой.

7. Храповик (ratchet)

На самом деле, этот пункт я решил добавить после написания статьи. Мы уже узнали, как выглядит коленчатый вал, не правда ли? Так вот, при дальнейшем чтении других разделов возникнет вопрос (он обязательно возникнет), а как же от коленчатого вала берут привод остальные механизмы? А всё потому, что абсолютное большинство (если не все, за что моя лютая ненависть к ним) «писателей» не удосуживаются это объяснить. Так давайте разберёмся. Итак, взглянем на рисунок:

1 — Коленчатый вал; 2 — Крышка коренного подшипника; 3 — Звездочка коленчатого вала; 4 — Шкиф коленчатого вала; 5 — Шпонка шкива и звездочки коленчатого вала; 6 — Храповик; 7 — Передний сальник коленчатого вала;          8 — Крыщка привода механизма газораспределения; 9 — Шкив генератора; 10 — Звездочка валика                       привода  вспомогательных агрегатов; 11 — Ремень вентилятора,водяного насоса и генератора; 12 — Валик привода вспомогательных агрегатов

Отсюда понятно крепление. Более менее) При показанном исполнении двигателя на коленчатом валу 1 крепится звёздочка коленчатого вала 3, от которой берёт свой привод распределительный вал системы газораспределения(о ней рассказано в следующей статье). Так же установлен сальник 7, который служит для герметизации. На вал устанавливается шкиф 4. Всё это дело крепится при помощи шпонки 5 и храповика 6.

А что такое храповик? Храповик — зубчатый механизм прерывистого движения, предназначенный для преобразования возвратно-вращательного движения в прерывистое вращательное движение в одном направлении. Проще говоря, храповик позволяет оси вращаться в одном направлении и не позволяет вращаться в другом.

Теперь, переместимся выше по блоку картеру.

8. Головка блока цилиндров(Head of cylinder block)

Головка блока цилиндров — общая для всех цилиндров. Головка крепится к блоку-картеру болтами. Между блоком и головкой установлена металлоасбестовая прокладка. Затяжку болтов головки производят на холодном двигателе, так как требуемое уплотнение обеспечивается только за счет некоторого предварительного натяжения, учитывающего разницу коэффициентов линейного расширения болтов и головки блока.

В головке блока цилиндров имеются камеры сгорания, впускные и выпускные каналы, резьбовые отверстия для установки свечей зажигания и протоки для охлаждающей жидкости. Седла и направляющие втулки клапанов, изготовленные из специального жаростойкого чугуна, вставляют в предварительно нагретую головку охлажденными, благодаря чему после уравнивания температуры обеспечивается большое натяжение в соединении.

Вот мы и узнали, что из себя представляет часть сердца автомобиля, называемая кривошипо-шатунным механизмом. Теперь мы знаем, что двигатель состоит из блока-картера, в котором установлен коленчатый вал с маховиком. На коленчатом валу крепятся шатуны, а на шатунах крепятся поршни. Поршни, в свою очередь, ходят в гильзах цилиндров. Всю эту конструкцию накрывает головка блока цилиндров. Последнее же служит началом для рассказа про другую сторону двигателя — газораспределительный механизм. О нём я напишу в следующем сообщении.

Советую видео для закрепления:

P.S. Жду ваших пожеланий, предложений, мнений и замечаний.

Понравилось это:

Нравится Загрузка…

whatisvehicle.wordpress.com

Коленчатый вал это перегнутый много раз стержень и всунутый в блок

Когда я учился в автошколе, преподаватель в начале занятия, отправлял какого-нибудь «незнайку» к стеллажам, чтобы тот нашёл и принес изучаемую деталь. Независимо от названия детали, чтобы «помочь» незадачливому ученику, все показывали на него и конечно коленчатый вал это был.

То есть первая деталь, которую все научились узнавать с первого раза, был именно он коленчатый вал.

Вот и мы сегодня поговорим о назначении и конструктивных особенностях коленчатого вала, а также о материалах из которых его делают.

Назначение коленчатого вала

Коленчатый вал это, одна из важных деталей двигателя. Он преобразует поступательное движение поршня во вращательное, которое через трансмиссию передается к колесам.

Несмотря на относительную сложность устройства, его принцип работы достаточно простой. В камере сгорания сжигается топливо и выделяются газы, которые толкают поршни, и придают им поступательное движение.

Поршни через шатуны отдают механическую энергию на шейку коленвала, в результате поступательное движение преобразуется во вращательное. Как только вал поворачивается на 180˚, шатун начинает двигаться в обратном направлении, возвращая поршень в исходную позицию ‒ цикл повторяется.

Коленчатый вал это конструкция, короче много раз изогнутая железяка

Коленвал представляет собой расположенные на одной оси коренные шейки, соединенные щеками и шатунные шейки, количество которых определяется числом цилиндров. При помощи шатунов шейки коленвала соединены с поршнями.

В зависимости от того как расположены коренные шейки, коленвал бывает:

  • полноопорный – если коренные шейки располагаются по обе стороны от шатунной шейки;
  • неполноопорный – если коренные шейки располагаются только с одной стороны от шатунной шейки.

Большинство современных автомобильных двигателей оснащены полноопорными коленчатыми валами.

Основные элементы КВ

К основным элементам относятся:

  • Коренная шейка – это главная часть узла, которая находится на коренных подшипниках (вкладышах), расположенных в картере;
  • Шатунная шейка – соединяет коленчатый вал с шатунами. Смазываются шатунные механизмы через специальные масляные каналы. Шатунные шейки смещены в стороны;
  • Щеки коленвала – соединяют коренные и шатунные шейки;
  • Противовесы – уравновешивают вес поршней и шатунов;
  • Передняя, фронтальная часть или носок – элемент механизма, оснащенный зубчатым колесом (шкивом) и шестерней, а в отдельных случаях еще и гасителем колебаний. Он контролирует мощность привода газораспределительного механизма (ГРМ) и других устройств;
  • Задняя часть (хвостовик) – элемент механизма, соединенный с маховиком с помощью маслоотражающего гребня и маслосгонной резьбы, выполняет отбор мощности.

Тыльная и фронтальная стороны коленчатого вала уплотняются защитными сальниками, которые не допускают протекания масла в местах, где маховик выходит за пределы блока цилиндров.

Движение коленвала гарантируют подшипники скольжения, которые представляют собой тончайшие стальные вкладыши, со специальным антифрикционным слоем. Чтобы не допустить осевое смещение, существует упорный подшипник, устанавливаемый на коренную шейку (крайнюю или среднюю).

Материалы для изготовления

Коленчатый вал это трудяга, который подвергается действию сильных, быстроизменяющихся нагрузок. Показатели его надёжности определяются конструктивными особенностями и материалами, из которого он сделан.

У этого элемента двигателя, обычно, цельная структура. Так что материалы для его изготовления должны использоваться максимально прочные, потому что от этого зависит стабильная работа системы. Лучшие материалы ‒ углеродистая и легированная сталь и высокопрочный чугун.

Коленчатые валы изготавливают методом литья, ковки из стали, а затем их вытачивают. Заготовки производят горячей штамповкой или литьем.

Важный момент ‒ расположение волокон материалов в заготовке. Чтобы они не перерезались в процессе обработки, применяют гибочные ручьи. Когда заготовка изготовлена, её еще раз обрабатывают высокой температурой и освобождают от окалины.

Материал и технология производства зависит от класса и типа автомобиля.

  1. Для серийных моделей коленвалы производятся методом литья из чугуна. Это уменьшает себестоимость.
  2. Для дорогих спортивных моделей берут кованные стальные коленвалы. Такой вариант обладает рядом преимуществ по размерам, весу и показателям прочности, и все чаще используются в автомобилестроении.
  3. Для супердорогих двигателей изделие вытачивается из цельных стальных болванок. При этом приличная часть материала остается в отходах.

Конструктивные особенности

Теперь вы знаете, что кроме серийных, есть и спортивные коленвалы. Они дают возможность ускорить ход поршня в крайней точке сжатия, благодаря специальной форме шатунных шеек. У стандартного вала они круглые, а у спортивного ‒ немного вытянутые, за счет этого характеристики двигателя изменяются.

Многие автомобилисты считают, что по маркировке коленчатого вала можно узнать о его характеристиках. Это заблуждение – маркировка лишь номер в каталоге производителя, который используют для подбора запчасти. К свойствам изделия она не имеет отношения.

Поздравляю вас, господа. Теперь вы в курсе, что коленчатый вал это не только тяжелая железяка, но и незаменимая деталь, от которой зависит комфортная езда, ресурс двигателя и его узлов.

А ещё она обеспечивает многие устройств автомобиля крутящим моментом: трансмиссию, генератор, карданы, и так далее до колес.

Конечно рассказывать об этом своей любимой девушке не обязательно, а вот друзьям автомобилистам через социальные сети сообщите. Пусть тоже читают наш блог – будет много интересного.

И до скорой встречи.

auto-ru.ru

Шатуны, коленчатые валы, маховики двигателя трактора


Категория:

   Тракторы-2


Публикация:

   Шатуны, коленчатые валы, маховики двигателя трактора


Читать далее:

Шатуны, коленчатые валы, маховики двигателя трактора

Шатуны шарнирно соединяют поршни с коленчатым валом. При работе двигателя шатун передает усилия от поршня к коленчатому валу и, наоборот, от коленчатого вала к поршню, в зависимости от соотношения сил, действующих в данный момент со стороны поршня и коленчатого вала.

Различают следующие элементы шатуна: верхнюю (поршневую) головку, соединяющую шатун с поршнем посредством поршневого пальца; нижнюю (кривошипную) головку, предназначенную для шарнирной связи шатуна с коленчатым валом; стержень.

В процессе работы верхняя головка шатуна вместе с поршнем движется возвратно-поступательно, нижняя вращается вместе с коленчатым валом. Стержень совершает сложное колебательное движение, преобразуя поступательное движение поршня во вращательное коленчатого вала, и, наоборот, вращательное движение коленчатого вала в возвратно-поступательное движение поршня.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Силы давления газов и силы инерции, действующие на детали кривошипно-шатунного механизма, сжимают, изгибают в продольном и поперечном направлениях и растягивают шатун. Поэтому конструкция и материал шатуна должны обеспечивать его прочность, жесткость и легкость.

Рис. 1. Шатун двигателя СМД-60:
1 — стержень; 2 — втулка верхней головки; 3 — масляная канавка; 4 — верхняя головка; 5 и 11 — приливы; 6 — штифт; 7 — стопорный ус вкладыша; 8 — паз в крышке; 9 — шайба; 10 — шатунный болт; 12 — крышка нижней головки; 13 и 15 — вкладыши нижней головки; 14 — шлицевой замок; 16 — место клеймения размерной группы вкладышей; 17 — нижняя головка

Шатуны изготовляют из высококачественных углеродист l х и легированных сталей методом штамповки.

Верхняя головка шатуна, как правило, выполняется цельной, реже разрезной. В процессе работы она ограниченно скользит по поршневому пальцу (качается) и нагревается от поршня. Для уменьшения трения и износа поршневого пальца в верхнюю головку шатуна напрессовывают бронзовую втулку.

Плавающий поршневой палец в верхней головке шатуна смазывается маслом, поступающим или под давлением по каналу в стержне шатуна или разбрызгиванием через сверления (прорези) в головке. На некоторых двигателях верхняя головка шатуна имеет одно-два отверстия или распылитель,’ через которые масло под давлением разбрызгивается на днище поршня и охлаждает его.

Стержень шатуна обычно выполняют двутаврового сечения, расширяющимся к нижней головке. В случае необходимости подачи масла к верхней головке под давлением в стержне шатуна делают масляный канал. Стержень шатуна должен иметь обтекаемую форму и плавные переходы к головкам.

Нижняя головка шатуна у большинства двигателей выполняется разъемной, с плоскостью разъема перпендикулярной продольной оси шатуна. В отдельных случаях для удобства монтажа поршня с шатуном через цилиндр разъем нижней головки шатуна делают косым (30…60° к оси шатуна). Плоскость разъема может быть гладкой или иметь шлицевой замок.

Съемная часть нижней головки шатуна — крышка крепится к шатуну двумя болтами, которые или ввертываются в тело “шатуна, или имеют гайки.

Шатунные болты и их гайки изготовляют из легированной стали и термически обрабатывают.

После надежной затяжки шатунных болтов или их гаек вполне определенным моментом они надежно стопорятся стопорными пластинами или контргайками.

Иногда в нижней головке шатуна делают небольшое сверление, обращенное в сторону распределительного вала. Через него периодически фонтанирует масло, попадая на зеркало цилиндра и детали газораспределительного механизма.

Нижняя головка шатуна в отличие от верхней не подвержена сильному тепловому воздействию, однако имеет полное (круговое) скольжение по шейке коленчатого вала.

Рис. 2. Коленчатые валы:

Это позволяет применить здесь в качестве материала для подшипников менее теплостойкие, но более антифрикционные сплавы, чем, например, бронза.

В качестве подшипников нижней головки шатуна (шатунных) применяются тонкостенные стальные вкладыши с тонким слоем антифрикционного сплава. Реже применяются шатунные подшипники качения.

Коленчатый вал через шатуны воспринимает усилия от поршней, суммирует их и передает приводимым системам и механизмам двигателя и силовой передаче. Он состоит (рис. 2, б) из коренных (опорных) и шатунных шеек, связанных щеками, носка и хвостовика.

В процессе работы коленчатый вал воспринимает действие сил давления газов, инерционных сил возвратно-поступательно движущихся масс, центробежных сил вращающихся масс, реакций опор, сил сопротивления приводимых механизмов. Коленчатый вал в основном подвергается скручиванию и изгибу. Он должен быть прочным, жестким, с износоустойчивыми шейками, статически и динамически уравновешенным, обтекаемым и не подверженным резонансным изгибным и крутильным колебаниям.

Коленчатые валы изготовляют из углеродистых и легированных сталей, а иногда и — из высококачественного чугуна.

Форма коленчатого вала (взаимное расположение кривошипов) должна обеспечивать равномерное чередование рабочих ходов в цилиндрах по углу поворота коленчатого вала, принятую последовательность работы цилиндров и уравновешенность двигателя.

Взаимное размещение шатунных шеек (кривошипов) на коленчатом валу зависит от углового интервала чередования рабочих тактов, от расположения цилиндров в двигателе (в один или в два ряда; при V-образном расположении цилиндров от угла их развала) и от принятой последовательности чередования рабочих тактов по цилиндрам двигателя.

Что касается интервала чередования рабочих тактов у V-образных двигателей, то среднее его значение также можно определять по вышеприведенным формулам. Фактическое же значение этого интервала может отличаться от среднего в связи с несогласованностью угла развала цилиндров двигателя и угла взаимного расположения кривошипов на коленчатом валу. Так, например, на V-образном четырехтактном дизеле СМД-60 интервал чередования рабочих тактов составляет 90 и 150° (при расчетном среднем значении 120°) в связи с тем, что угол развала цилиндров 90°, а угол расстановки кривошипов 120° (рис. 2, в).

Число цилиндров двигателя определяет количество шатунных шеек (кривошипов). Если к каждой шатунной шейке присоединяется по одному шатуну (при однорядном расположении цилиндров), то количество шатунных шеек равняется числу цилиндров.

При двухрядном V-образном расположении цилиндров к каждой шатунной шейке присоединяются по два независимых друг от друга шатуна (один от цилиндра одного ряда, другой от напротив расположенного цилиндра второго ряда) или сочлененные шатуны (главный и прицепной). В этом случае количество шатунных шеек в два раза меньше количества цилиндров двигателя.

Порядок работы цилиндров двигателя устанавливают таким, чтобы рабочие такты происходили последовательно по возможности не в соседних цилиндрах, а в удаленных один от другого. Это позволяет разгрузить коренные подшипники коленчатого вала от следующих одна за другой ударных нагрузок от рабочих тактов в близлежащих цилиндрах. В V-образных двигателях порядок работы цилиндров должен учитывать не только равномерное распределение рабочих тактов по длине коленчатого вала, но и по рядам цилиндров.

Количество коренных шеек коленчатого вала у дизелей и V-образных карбюраторных двигателей обычно на одну больше, чем шатунных; у карбюраторных двигателей с однорядным расположением цилиндров их, как правило, меньше, чем у одинаковых по количеству цилиндров дизелей.

Одноцилиндровые двигатели имеют две коренные шейки, двухцилиндровые двигатели-две (двигатели небольшой мощности) или три, четырехцилиндровые двигатели — три или пять (карбюраторные двигатели) и пять (дизели), шестицилиндровые двигатели — четыре (карбюраторные однорядные двигатели и двигатели с V-образным расположением цилиндров) и семь (дизели и некоторые карбюраторные двигатели с однорядным расположением цилиндров), восьмицилиндровые двигатели с V-образным расположением цилиндров — пять. Увеличение количества опор повышает жесткость коленчатого вала и картера двигателя, облегчает нагрузку на опорные подшипники, но усложняет устройство вала и картера, а также увеличивает длину двигателя.

На рисунке 2 приведены наиболее распространенные схемы коленчатых валов двигателей, а также последовательность работы цилиндров этих двигателей.

Шатунные и коренные шейки подвергают поверхностной закалке на глубину от 1,5 до 5 мм и обрабатывают с большой точностью (овальность и конусность шеек не должна превышать 0,01 мм).

Шейки коленчатого вала связаны между собой щеками. Массивные продолжения щек — противовесы предназначены для уравновешивания центробежных сил масс, сосредоточенных в шатунных шейках и щеках. Противовесы могут изготовляться заодно со щеками или в виде отдельных деталей, надежно закрепляемых на продолжении щек. Для уменьшения массы шатунных шеек они могут быть полыми. Полости шатунных шеек, связанные с масляными каналами, служат также и для центробежной очистки масла. Уравновешивание коленчатого вала снижает износ коренных шеек и их подшипников, а также улучшает плавность работы двигателя.

Смазка к коренным и шатунным шейкам, а также к подшипникам коленчатого вала подводится по каналам в блок-картере и в коленчатом валу.

Носок коленчатого вала обычно имеет ступенчатую форму. На нем крепятся шестерня привода распределительного вала, шкив приводных ремней, маслоотражатель и сальник. В торец носка ввертывается храповик для прокручивания коленчатого вала с помощью рукоятки.

Хвостовик — задняя часть коленчатого вала. На хвостовике крепится маховик. Для ограничения утечки масла через задний коренной подшипник на хвостовике делают маслосгонную резьбу и кольцевой гребень, а также устанавливают специальный сальник. В торце хвостовика, как правило, делают гнездо для установки переднего подшипника вала муфты сцепления.

Подшипники коленчатого вала, шатунные и коренные, как правило, являются подшипниками скольжения. Подшипники качения применяют в качестве шатунных и коренных подшипников коленчатого вала редко: в одно-, двухцилиндровых двигателях и в двигателях с разъемным коленчатым валом.

Подшипники скольжения коленчатого вала в большинстве случаев представляют собой тонкостенные взаимозаменяемые стальные вкладыши с заливкой слоя антифрикционного сплава. Вкладыши такого подшипника представляют собой два стальных полукольца (рис. 3), на рабочую поверхность которых наносится или слой непосредственно антифрикционного сплава, или металлокерамический подслой (60% меди и 40% никеля), а затем уже слой антифрикционного сплава. Вкладыши изготовляют из стальной ленты толщиной 1…3 мм, толщина слоя антифрикционного сплава составляет 0,1…0,9 мм.

Рис. 3. Вкладыш коренных подшипников коленчатого вала:
а — фиксирующего; б — других; 1 — отверстие для прохода масла из масляной магистрали блок-картера; 2 — полукольца фиксирующего коренного подшипника; 3 — фиксирующий усик: 4 — кольцевая канавка; 5 — отверстие для подвода масла к подшипникам распределительного вала

В качестве антифрикционных сплавов применяют баббиты высокооловянистые и на свинцовистой основе, свинцовистые бронзы, сплавы на алюминиевой основе и др.

Баббиты имеют малый коэффициент трения и хорошо смазываются, однако с повышением температуры снижают свои механические свойства и дают значительную усадку. Применяют баббиты во вкладышах карбюраторных двигателей.

Свинцовистые бронзы и алюминиевые сплавы применяют при нагрузках более 10 МПа и при температуре подшипников, превышающей 80 °С. Этими антифрикционными сплавами заливают более нагруженные вкладыши дизелей.

Медно-никелевый подслой трехслойного вкладыша состоит из спеченных порошков меди и никеля. Он упрочняет соединение баббита со стальной лентой и представляет собой прочную основу для более тонкого слоя (0,1 мм) баббита.

Для фиксации в постели вкладыши имеют фиксирующие выступы (усики), которые входят в соответствующие пазы постели и крышки. Вкладыши также имеют отверстия для подвода или отвода смазки и срезы-холодильники у плоскостей разъема для распределения масла по длине шейки.

Перед установкой в постели вкладыши покрывают тонким слоем олова (0,002…0,003 мм), который, с одной стороны, способствует быстрой приработке трущейся поверхности и, с другой, обеспечивает плотное прилегание наружной поверхности к постели и крышке и лучший отвод теплоты от подшипника.

Применение тонкостенных взаимозаменяемых вкладышей весьма эффективно, так как не требует периодических регулировок, а ремонт подшипников сводится к замене вкладышей. Вместе с тем вкладыши работают надежно только при правильной сборке подшипников и достаточной жесткости коленчатого вала, его опор и кривошипных головок шатунов. Наибольшей жесткостью обладают коленчатые валы так называемых короткоходных двигателей (высокооборотные двигатели с уменьшенным ходом поршня, имеющие перекрытие сечений шатунных и коренных шеек).

Маховик представляет собой массивную дисковую деталь. Он предназначен главным образом для обеспечения равномерного вращения коленчатого вала путем аккумулирования кинетической энергии при недогрузке двигателя и отдачи этой энергии для преодоления сил сопротивления при перегрузке двигателя.

При рабочем такте коленчатый вал с маховиком воспринимает усилие от поршня через шатун и раскручивается, накапливая энергию. Последующие подготовительные такты выполняются как за счет энергии рабочих тактов в других цилиндрах двигателя, так и за счет энергии вращающихся деталей (в основном маховика и коленчатого вала). С увеличением количества цилиндров в двигателе, а также частоты рабочих тактов (двухтактные двигатели) потребность в энергии маховика для выполнения подготовительных тактов сокращается.

Кинетическая энергия вращающегося маховика используется также при трогании трактора с места.

Маховик отливают из чугуна. На обод маховика напрессовывают зубчатый венец для соединения с пусковым устройством (электростартером или пусковым двигателем). На поверхность обода или на переднюю торцевую поверхность маховика обычно наносят метки для определения положения поршня в первом цилиндре, момента зажигания или момента подачи топлива.

Маховик крепится к хвостовику коленчатого вала. Если коленчатый вал установлен на разъемных подшипниках скольжения, то маховик имеет фланцевое крепление. В случае применения подшипников качения его монтируют на конусном или шлицевом конце коленчатого вала.

Маховик тщательно балансируется вместе с коленчатым валом.

На задней торцевой поверхности маховика монтируется муфта сцепления, через которую отбирается мощность двигателя.

В процессе работы на коленчатый вал действуют осевые усилия от включения муфты сцепления, работы косозубых шестерен привода газораспределения, нагрева вала. Для ограничения осевых перемещений коленчатого вала (0,2… 0,4 мм) один из коренных подшипников (передний, задний или средний) делают упорным. Для этого вкладыши таких подшипников имеют отбортовку, упорные кольца или полукольца.




Рекламные предложения:

Читать далее: Техническое обслуживание кривошипно-шатунного механизма трактора

Категория: —
Тракторы-2

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы

Коленчатый вал (коленвал) двигателя – это одна из важных деталей КШМ, расположенная в цилиндровом блоке. Вал преобразует поступательные движения поршней во вращательный момент, который через трансмиссию передается на колеса автомобиля.

Устройство коленчатого вала

Сложная конструкция коленвала представлена в виде расположенных по одной оси колен – шатунных шеек, соединенных специальными щеками. При этом количество колен зависит от числа, формы и месторасположения цилиндров, а также тактности двигателя автомобиля. С помощью шатунов шейки соединяются с поршнями, совершающими поступательно-возвратные движения.

В зависимости от расположения коренных шеек коленвал может быть:

  • полноопорным – когда коренные шейки расположены по две стороны от шатунной шейки;
  • неполноопорным – когда коренные шейки расположены только по одну из сторон от шатунной шейки.

В большинстве современных автомобильных двигателей применяются полноопорные коленвалы.

Итак, основными элементами коленвала являются:

  • Коренная шейка – основная часть вала, которая размещается на коренных вкладышах (подшипниках), находящихся в картере.
  • Шатунная шейка – деталь, соединяющая коленвал с шатунами. При этом смазка шатунных механизмов осуществляется благодаря наличию специальных масляных каналов. Шатунные шейки в отличие от коренных шеек всегда смещены в стороны.
  • Щеки – детали, соединяющие два типа шеек – коренные и шатунные.
  • Противовесы – детали, которые предназначены для уравновешивания веса поршней и шатунов.
  • Фронтальная (передняя) часть или носок – часть механизма, оснащенная колесом с зубцами (шкивом) и шестерней, в некоторых случаях гасителем крутильных колебаний, который осуществляет контроль над мощностью привода ГРМ (газораспределительного механизма), а также других механизмов устройства.
  • Тыльная (задняя) часть или хвостовик – часть механизма, соединенная с маховиком при помощи маслоотражающего гребня и маслосгонной резьбы, осуществляет отбор мощности вала.

Фронтальная и тыльная сторона коленчатого вала уплотняется защитными сальниками, которые препятствуют протеканию масла там, где выступающие части маховика выходят за пределы блока цилиндров.

Вращательные движения всего механизма коленвала обеспечивают подшипники скольжения – тонкие стальные вкладыши, с защитным слоем антифрикционного вещества. Для предотвращения осевого смещения вала, применяется упорный подшипник, установленный на коренной шейке (крайней или средней).

Коленвал двигателя изготавливается из износостойкой стали (легированной или углеродистой) или модифицированного чугуна, методом штамповки или литья.

Принцип действия коленчатого вала

Несмотря на сложность самого устройства, принцип работы коленвала достаточно прост.

В камерах сгорания происходит процесс сжигания поступившего туда топлива и выделения газов. Расширяясь, газы воздействуют на поршни, совершающие поступательные движения. Поршни передают механическую энергию шатунам, соединенным с ними втулкой или поршневым пальцем.

Шатун в свою очередь соединен с шейкой коленвала подшипником, вследствие чего каждое поступательное поршневое движение преобразуется во вращательное движение вала. После того как происходит разворот на 180˚, шатунная шейка движется уже в обратном направлении, обеспечивая возвратное движение поршня. Затем циклы повторяются.

Процесс смазки коленчатого вала

Смазка коленвала обеспечивается за счет шатунных и коренных шеек. Важно помнить, что смазка коленчатого вала всегда происходит под давлением. Каждая коренная шейка обеспечена индивидуальным подводом масла от общей смазочной системы. Поступившее масло попадает на шатунные шейки по специальным каналам, расположенным в коренных шейках.

autodromo.ru

Кривошипно-шатунный механизм — профессиональный ремонт иномарок

Кривошипно-шатунный механизм любого автомобиля предназначен для передачи линейного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала и маховика.

Таким образом, кривошипно-шатунный механизм преобразует тепловую энергию сгорания топлива во вращательный момент маховика. Двигатель современного автомобиля бывает с рядным, с V-образным и W-образным расположением цилиндров.

Независимо от типа двигателя, основными узлами КШМ любого двигателя внутреннего сгорания являются:

  • Коленчатый вал;
  • Шатун;
  • Подшипники скольжения коренных шеек коленчатого вала;
  • Подшипники скольжения шатунных шеек коленчатого вала;
  • Поршни с поршневыми пальцами и кольцами;
  • Гильзы цилиндров;
  • Блок цилиндров;
  • Маховик.

Кинематика работы кривошипно-шатунного механизма заключается в преобразовании линейного движения деталей во вращательное. При сгорании топливо-воздушной смеси в камере сгорании двигателя, расширяющиеся газы давят на днище поршня, заставляя его двигаться линейно вдоль гильзы цилиндров. Коленчатый вал воспринимает линейное усилие от поршней и конвертирует во вращательное. Поршни современных автомобилей чаще изготавливают из алюминиевого сплава.

Выбор в пользу алюминиевого сплава в сравнении со стальными материалами очевиден: он гораздо легче, не уступает в жесткости и обладает более лучшим теплоотводом. Сопряжение между стенкой гильзы и юбкой поршня уплотняется при помощи компрессионных и маслосъемных колец, которые не позволяют горячим газам от сгорания топлива проникнуть под поршень в картер двигателя.

Компрессионные кольца выступает в качестве своеобразного уплотнительного устройства, а маслосъемные кольца служат «скребками» для снятия масляной пленки со стенок гильзы, предотвращая попадания масла в камеру сгорания. Усилие от газов воспринимается днищем поршня и передается на шатунную шейку коленчатого вала посредством шатуна.

Шатун изготовлен из высококачественной стали и имеет форму, имеющую высокий коэффициент сопротивления изгибу и скручиванию. При помощи поршневого пальца шатун крепится к поршню. Коленчатый вал также изготовлен из высококачественной легированной стали.

Крепление шатуна к коленчатому валу осуществляется через подшипники скольжения – вкладыши.Сопряжение поршневой палец – поршень и шатун – шатунная шейка – шатун смазывается моторным маслом, проходящим через масляные каналы коленчатого вала и поршня.

Коленчатый вал состоит из коренных шеек, шатунных шеек, противовесов и крепежных фланцев. Шатунные шейки предназначены для крепления шатунов, а коренные шейки служат для опирания на блок цилиндров. Коренные шейки также оборудованы подшипниками скольжения. Вкладыши изготавливаются из баббитового сплава или бронзового сплава. На внутренние стенки вкладышей нанесены специальные борозды и риски, в которых концентрируется и скапливается моторное масло.Читайте, про ремонт коленчатого вала.

Противовесы коленчатого вала служат для уравновешивания центробежных сил шатунных шеек. В качестве материала для изготовления гильзы цилиндров выступает высокопрочная легированная сталь с повышенным коэффициентом теплостойкости. Стенки гильзы цилиндра, днище поршня и полости головки блока цилиндров образуют камеру сгорания, в которой происходит воспламенение топлива.

На заднюю часть коленчатого вала крепится маховик, который выравнивает значение крутящего момента от коленчатого вала за счет накопления энергии вращения. Маховик снабжен зубчатым венцом, который сопрягается с вспомогательным оборудованием, например, со стартером (про ремонт стартера). На носовую часть коленчатого вала насаживается шестерня привода газораспределительного механизма и шкив привода вспомогательного оборудования, такого как генератор, насос гидроусилителя руля и т.д. Блок цилиндров является остовом для установки всех узлов и деталей кривошипно-шатунного механизма.

Он отливается из ковкого чугуна или из алюминиевого сплава. Как правило, алюминиевый сплав применяется для многоцилиндровых бензиновых двигателей, поскольку он не уступает в прочности чугунному блоку, но гораздо легче. Ковкий чугун применяется для отливки блоков цилиндров дизельных двигателей, поскольку нагрузки в дизельном двигателе гораздо выше, чем в бензиновом. По масляным магистралям блока циркулирует моторное масло, служащее средством отвода тепла и продуктов износа из сопрягаемых деталей. Рубашка охлаждения блока цилиндров выполнена в виде замкнутых каналов и полостей, в которых циркулирует охлаждающая жидкость, отводящая излишки тепла из нагретых деталей двигателя.

www.autopride.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о