Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение (например, во вращательное движение коленчатого вала в двигателях внутреннего сгорания), и наоборот.
Кривошипно-шатунный механизм состоит из поршней с шатунами, соединенных с коленчатым валом. Поршни перемещаются в гильзах (втулках) цилиндров.
Поршень воспринимает давление расширяющихся при высокой температуре газов и передает его на шатун. Поршень изготавливается из алюминиевых сплавов. Возвратно-поступательное движение поршня осуществляется в гильзе цилиндра.
Поршень состоит из единых головки и юбки. Головка поршня может иметь различную форму (плоскую, выпуклую, вогнутую и др.), в ней также может быть выполнена камера сгорания (дизельные двигатели). В головке нарезаны канавки для размещения поршневых колец. На современных двигателях используется два типа колец: маслосъемные и компрессионные. Компрессионные кольца препятствуют прорыву газов в картер двигателя. Маслосъемные кольца удаляют излишки масла на стенках цилиндра. В юбке выполнены две бобышки для размещения поршневого пальца, который соединяет поршень с шатуном.
Шатун передает усилие от поршня к коленчатому валу, для этого он имеет шарнирное соединение и с поршнем и с коленчатым валом. Шатуны изготавливаются, как правило, из стали путем штамповки или ковки.
Конструктивно шатун состоит из верхней головки, стержня и нижней головки. В верхней головке размещается поршневой палец. Предусматривается вращение поршневого пальца в головке шатуна и бобышках поршня. Такой палец имеет название «плавающий». Стержень шатуна имеет двутавровое сечение. Нижняя головка выполнена разборной, что позволяет обеспечить соединение с шейкой коленчатого вала. Современной технологией является контролируемое раскалывание цельной нижней головки шатуна. Благодаря неповторимой поверхности излома обеспечивается высокая точность соединения частей нижней головки.
Коленчатый вал воспринимает усилия от шатуна и преобразует их в крутящий момент. Коленчатые валы изготавливаются из высокопрочного чугуна и стали. Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек, соединенных щеками. Щеки выполняют функцию уравновешивания всего механизма. Коренные и шатунные шейки вращаются в подшипниках скольжения, выполненных в виде разъемных тонкостенных вкладышей. Внутри шеек и щек коленчатого вала просверлены отверстия для прохода масла, которое к каждой их шеек подается под давлением.
На конце коленчатого вала устанавливается маховик.
Газораспределительный механизм (ГРМ) — механизм управления фазами газораспределения двигателя внутреннего сгорания.
Состоит из распределительного вала — или нескольких валов — и механизмов привода к ним, клапанов, открывающих и закрывающих впускные и выхлопные отверстия в камерах сгорания, и передаточных звеньев — толкателей, штанг, коромысел и некоторых вспомогательных деталей (регулировочных элементов, клапанных пружин, системы поворота клапанов и проч.)
Клапаны непосредственно осуществляют подачу в цилиндры воздуха (топливно-воздушной смеси) и выпуск отработавших газов. Клапан состоит из тарелки и стержня. На современных двигателях клапаны располагаются в головке блока цилиндров, а место соприкосновения клапана с ней называется седлом. Различают впускные и выпускные клапаны.
Клапан удерживается в закрытом состоянии с помощью пружины, а открывается при нажатии на стержень. Пружина закреплена на стержне с помощью тарелки пружины и сухарей. Клапанные пружины имеют определенную жесткость, обеспечивающую закрытие клапана при работе. Для предупреждения резонансных колебаний на клапанах может устанавливаться две пружины меньшей жесткости, имеющие противоположную навивку.
Большинство современных ДВС имеют по два впускных и два выпускных клапана на каждый цилиндр. Помимо данной схемы ГРМ используется: двухклапанная схема (один впускной, один выпускной), трехклапанная схема (два впускных, один выпускной), пятиклапанная схема (три впускных, два выпускных). Использование большего числа клапанов ограничивается размером камеры сгорания и сложностью привода.
Открытие клапана осуществляется с помощью привода, обеспечивающего передачу усилия от распределительного вала на клапан. В настоящее время применяются две основные схемы привода клапанов: гидравлические толкатели и роликовые рычаги.
Роликовые рычаги в качестве привода клапанов более предпочтительны, т.к. имеют меньшие потери на трение и меньшую массу. Роликовый рычаг (другие наименования – коромысло, рокер, от английского «коромысло») одной стороной опирается на стержень клапана, другой – на гидрокомпенсатор (в некоторых конструкциях на шаровую опору). Для снижения потерь на трение место сопряжения рычага и кулачка распределительного вала выполнено в виде ролика.
С помощью гидрокомпенсаторов в приводе клапанов реализуется нулевой тепловой зазор во всех положениях, обеспечивается меньший шум и мягкость работы. Конструктивно гидрокомпенсатор состоит из цилиндра, поршня с пружиной, обратного клапана и каналов для подвода масла. Гидравлический компенсатор, расположенный непосредственно на толкателе клапана, носит название гидравлического толкателя (гидротолкателя).
Распределительный вал обеспечивает функционирование газораспределительного механизма в соответствии с принятым для данного двигателя порядком работы цилиндров и фазами газораспределения. Он представляет собой вал с расположенными кулачками. Форма кулачков определяет фазы газораспределения, а именно моменты открытия-закрытия клапанов и продолжительность их работы. Существенное повышение эффективности ГРМ, а следовательно и улучшение характеристик двигателя дают различные системы изменения фаз газораспределения.
На современных двигателях распределительный вал расположен в головке блока цилиндров. Он вращается в подшипниках скольжения, выполненных в виде опор. Используются как разъемные опоры, так и неразъемные (вал вставляется с торца). В некоторых двигателях в опорах используются тонкостенные вкладыши. От перемещения в продольном направлении распределительный вал удерживается упорным подшипником, который располагается со стороны привода вала. К опорам распределительного вала по индивидуальным каналам и под давлением подается масло из системы смазки.
infopedia.su
Назначение КШМ. История создания устройств для преобразования возвратно-поступательного движения поршня ДВС во вращательное движение вала – сочетание поршневого водяного насоса и водяного колеса или турбины, рейки и шестерни, кривошипа и коромысла, кривошипа и ползуна. Устройство и работа КШМ современной схемы. Эволюция конструкции деталей. КШМ, обеспечивающие регулирование степени сжатия ДВС.
Назначение ГРМ. Отработка ГРМ золотникового типа с возвратно-поступательным и вращательным движением золотника. Использование в качестве золотника основных деталей КШМ - поршня, подвижной гильзы, маховика и коренных шеек коленчатого вала.
Поиск оптимальных компоновочных схем клапанных ГРМ и форм камеры сгорания ДВС – нижнеклапанные ГРМ с «Т» и «Г»-образными формами камеры сгорания, верхнеклапанные ГРМ с цилиндрической, сферической, полусферической, шатровой и клиновой камерами сгорания. Их сравнительная оценка. Эволюция конструкции деталей ГРМ и механизмов привода клапанов. ГРМ с регулируемыми фазами газораспределения.
Назначение системы охлаждения. Тепловой баланс ДВС. Понятие об оптимальном тепловом режиме работы ДВС. Воздушные системы охлаждения с различными способами создания потока охлаждающего воздуха. Жидкостные системы охлаждения испарительного, термосифонного типов и с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости. Контроль теплового режима работы ДВС с различными типами систем охлаждения. Необходимость и способы регулирования эффективности работы систем охлаждения. Охлаждающие жидкости. Высокотемпературные системы охлаждения.
Назначение системы смазки. История создания смазочных материалов. Отработка способов подачи смазочных материалов к узлам трения ДВС – в смеси с топливом, капельная смазка, смазка самотеком, смазка разбрызгиванием, смазка под давлением, под давлением с автоматической дозировкой подачи (лубрикаторная), комбинированная система смазки. Устройства для регулирования давления, поддержания чистоты и температуры масла. Необходимость и типы систем вентиляции картера ДВС.
Назначение системы. Принципиальная схема системы питания карбюраторных ДВС. Режимы работы ДВС и потребные составы горючей смеси. Простейшие карбюраторы испарительного, барботажного, фитильного и пульверизационного типов и их недостатки. Специальные устройства и системы современных пульверизационных карбюраторов, корректирующие недостатки его исходной (простейшей) схемы. Устройство и работа прочих элементов системы питания карбюраторных двигателей – топливных баков, топливных и воздушных фильтров, топливных насосов механического и электрического типов, глушителей шума впуска и выпуска рабочих газов.
Сохраняющиеся недостатки карбюраторных систем питания ДВС. Общие принципы построения и работы систем впрыска бензиновых двигателей.
Назначение системы и ее принципиальная схема. Особенности и проблемы смесеобразования в дизелях. Методы повышения качества смесеобразования в дизелях. Типы дизелей по способу смесеобразования и их сравнительная оценка. Необходимость автоматического регулирования угла опережения впрыска и цикловой подачи топлива при изменении скоростного режима работы дизелей. Устройство и работа элементов системы питания дизелей – топливных насосов низкого и высокого давления, фильтров грубой и тонкой очистки топлива и воздуха, форсунок различных типов, регуляторов частоты вращения и муфты опережения впрыска топлива. Конструктивные особенности многотопливных дизелей. Средства облегчения запуска двигателей при низких температурах.
studfiles.net
Категория:
Тракторы-2
Общее устройство и работа кривошипно-шатунного механизмаКривошипно-шатунный механизм является основой двигателя внутреннего сгорания. Он состоит из следующих основных деталей: гильз цилиндров, установленных в блок-картере, головки, поршней с кольцами и поршневыми пальцами, шатунов, коленчатого вала с подшипниками и маховиком и поддона картера.
На данном рисунке изображен разрез двигателя Д-240. Цилиндры здесь размещены в блоке двигателя вертикально в один ряд. Сверху цилиндры закрываются общей головкой. Для надежного уплотнения полостей цилиндров в разъем блока и головки укладывается уплотнительная прокладка.
Поршни имеют пружинящие уплотнительные и масляные кольца. При помощи поршневых пальцев поршни шарнирно связаны с шатунами. Нижние концы шатунов имеют разъемы и шарнирно соединяются с коленчатым валом. В нижнюю расточку шатунов заложены вкладыши подшипников скольжения.
Коленчатый вал укладывается в разъемные подшипники блока двигателя. На переднем конце коленчатого вала крепятся приводные детали: шкив, шестерни; на заднем — маховик.
Замкнутая полость, в которой вращается коленчатый вал и находится рабочий запас смазочного масла, называется картером. Он образуется нижней частью блока двигателя и поддоном, который крепится к блоку снизу. В плоскость разъема блока и поддона картера устанавливается уплотнительная прокладка.
Блок цилиндров и верхняя часть картера представляют собой деталь, которую называют блок-картером.
К блок-картеру и его головке, составляющим остов двигателя, крепятся детали и узлы других механизмов и систем двигателя.
Рис. 1. Разрез двигателя Д-240: 1 — шатун; 2 — маслосъемные кольца; 3 — уплотняющая часть поршня с компрессионными кольцами; 4 — камера сгорания в днище поршня; 5 — валик коромысел; 6 — клапан; 7 — опорная шайба пружин клапана; 8 — сухари крепления опорной шайбы на клапане; 9 — пружины клапана; 10 — направляющая втулка клапана; 11 — гильза цилиндра; 12 — стойка валика коромысел; 13 — регулировочный болт; 14 — контргайка; 15 — коромысло; 16 — штанги; /7 — головка цилиндров; 18 — прокладка головки цилиндров; 19 — вентилятор; 20 — шкив привода вентилятора; 21 — шестерня распределительного вала; 22 — промежуточная шестерня распределения; 23 — шкив коленчатого вала; 24 — шестерня распределения коленчатого вала; 25 — ведущая шестерня привода масляного насоса; 26 — уплотнение поддона картера; 27 — шестерня привода масляного насоса; 28 — маслоприемник; 29 — распределительный вал; 30 — толкатель; 31 — уплотняющие резиновые кольца гильзы цилиндров; 32 — поршневой палец; 33 — поддон картера; 34 — коленчатый вал; 35 — коренной подшипник коленчатого вала; 36 — перегородки нижней части блок-картера; 37 — маховик; 38 — блок-картер
Детали кривошипно-шатунного механизма во время работы двигателя испытывают как силовые, так и тепловые нагрузки.
Силовая нагрузка складывается из давления газов, сил инерции возвратно-поступательно и вращательно движущихся масс, сил трения и полезного сопротивления, нагрузки от упругих колебаний.
Максимальная сила давления газов Ргна поршень карбюраторного двигателя составляет 12…13 кН. Поршень дизеля испытывает давление газов порядка 45…100 кН.
Центробежная сила Рц у автомобильных и тракторных двигателей достигает 3…9 кН.
Упругие колебания деталей двигателя возникают вследствие того, что силы давления газов и силы инерции являются периодически изменяющимися. Дополнительные напряжения в деталях при упругих колебаниях, складываясь с основными напряжениями, могут приводить к разрушению деталей. Суммарные напряжения достигают максимума при явлениях резонанса.
Для ослабления вредного действия упругих колебаний детали двигателя делают достаточно жесткими из материалов с высоким пределом выносливости.
Тепловая нагрузка приводит к снижению механических свойств металлов, появлению тепловых напряжений, изменению формы деталей и зазора между ними, ухудшению условий смазки и т. п. Поэтому тепловой режим работы двигателя должен соответствовать расчетному и не вызывать нарушений в работе его деталей и узлов.
Детали кривошипно-шатунного механизма, работающие в условиях больших знакопеременных нагрузок, упругих колебаний и высокой температуры, должны иметь достаточную прочность, жесткость и износостойкость.
Кривошипно-шатунный механизм должен быть компактным и легким. Уменьшение массы движущихся относительно остова двигателя деталей при сохранении их прочности и жесткости снижает инерционные силы, а следовательно, нагрузки и износ деталей.
Для уменьшения утечки газов из цилиндров детали, образующие рабочие полости (цилиндры, поршни с кольцами, головки с прокладками), должны постоянно поддерживать требуемую герметичность цилиндров.
Устройство деталей кривошипно-шатунного механизма и компоновка его узлов на двигателе должны обеспечивать простоту технического обслуживания и ремонта.
Читать далее: Цилиндры, блок-картеры, головки цилиндров двигателя трактора
Категория: - Тракторы-2
stroy-technics.ru
Неисправности и техническое обслуживание КШМ двигателя. В процессе работы двигателя происходит износ деталей кривошипно-шатунного механизма, ослабление болтов крепления головки цилиндров и отложение нагара на днище поршня и в камере сгорания.
При износе цилиндров, поршней и колец величина зазоров между ними увеличивается. Увеличение зазоров вызывает уменьшение компрессии в цилиндрах, прорыв газов в поддон картера, проникновение масла в камеру сгорания, что приводит к снижению мощности двигателя, увеличению расхода масла и топлива, пригоранию поршневых колец, интенсивному нагарообразованию в камере сгорания и возникновению дымления.
При износе поршневых пальцев и втулок верхней головки шатуна появляются звонкие металлические звуки, которые прослушиваются при работе двигателя. В результате износа шатунных и коренных подшипников величина зазоров между шейками коленчатого вала и подшипниками увеличивается, что вызывает ухудшение смазки и появление недопустимых стуков.
Указанные неисправности можно предупредить, если своевременно проводить техническое обслуживание и устранять возникающие недостатки.
Уход за кривошипно-шатунным механизмом состоит в прослушивании двигателя с целью определения ненормальных стуков, проверке компрессии, проверке дымления отработавших газов на выпуске, проверке и подтяжке креплений головки цилиндров, очистке днища поршней и камер сгорания от нагара и проверке течи масла.
Прослушивание двигателя с целью определения стуков и причин, их вызывающих, производится на прогретом двигателе с помощью фонендоскопа, состоящего из стержня с мембраной и двух трубок со слуховыми наконечниками. Сильный глухой стук низкого тона, хорошо прослушиваемый в нижней части блок-картера, появляется при износе коренных подшипников. Износ шатунных подшипников сопровождается более слабыми стуками, которые хорошо прослушиваются на стенках блок-картера в местах, соответствующих в.м.т. и н.м.т.
Износ поршневого пальца сопровождается звонким металлическим стуком, который хорошо прослушивается через стенку блок-картера в местах, соответствующих верхнему и нижнему положению поршневого пальца. При обнаружении стуков, характеризующих большие износы деталей, следует двигатель немедленно остановить и устранить неисправность.
Проверка компрессии или давления в конце хода сжатия в цилиндрах двигателя производится на прогретом двигателе (до 70 — 80° С) с помощью компрессометра, состоящего из трубки, один конец которой соединен с манометром, а второй, снабженный резиновым наконечннком. устанавливают в отверстие для свечи (или форсунки). Компрессометр последовательно устанавливают во все цилиндры. Если компрессия недостаточна или разница в компрессии отдельных цилиндров велика, необходимо двигатель остановить и устранить неисправность.
При работе двигателя необходимо проверять дымление отработавших газов на выпуске. Дымный выхлоп с синеватым оттенком свидетельствует о большом проникновении масла в камеру сгорания вследствие износа цилиндров, поршней и колец. При обнаружении выхлопа с синеватым оттенком следует двигатель остановить и устранить неисправность.
Для проверки крепления головки цилиндров, применяют динамометрический ключ, который обеспечивает затяжку гаек и болтов с определенной величиной момента затяжки. Подтяжка гаек и болтов, производится в определенном порядке: начинают со средних и последовательно подтягивают гайки, расположенные от средних справа и слева (для холодного двигателя ЗИЛ-130 момент затяжки 70 — 90 Н·м).
Очистка днищ поршней и камер сгорания от нагара без разборки двигателя производится при помощи смеси, состоящей из 40% ацетона, 40% керосина и 20% масла. В отверстие свечи (или форсунки) каждого цилиндра заливают на ночь по 30—50 см3 смеси.
При снятой головке цилиндра нагар с днища поршней и камер сгорания очищают с помощью щеток и скребков из мягкого металла с предварительным размягчением нагара керосином. Следует систематически следить за состоянием прокладки между блок-картером и поддоном и сальников коленчатого вала, не допуская течи масла.
Неисправности механизма газораспределения и техническое обслуживание. Основные неисправности механизма газораспределения: нарушение плотности посадки клапанов в гнезда и увеличение осевого перемещения распределительного вала.
Признаком нарушения плотности посадки клапанов служат уменьшение компрессии в цилиндрах, периодические хлопки во впускных или выпускных трубопроводах и падение мощности. Причиной нарушения плотности посадки клапанов может быть изменение нормальной величины зазоров между стержнями клапанов и коромыслами, или толкателями, заедание стержней клапанов направляющих втулках, наличие нагара или повреждений на фасках клапанов и гнезд, и потеря упругости или поломка клапанных пружин.
При увеличении или уменьшении зазоров между стержнями клапанов и коромыслами (толкателями) по сравнению с нормальной величиной зазора, рекомендуемого заводом-изготовителем, нарушается плотность посадки клапанов в гнезда, появляются стуки в клапанном механизме, ухудшаются наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом и очистка их от отработавших газов, что приводит к падению мощности и повышению расхода топлива.
Указанные неисправности можно предупредить, если своевременно проводить техническое обслуживание (уход) и устранять возникающие неполадки.
Уход за механизмом газораспределения состоит в проверке и регулировке зазоров у клапанов и декомпрессионного механизма, состояния стержней клапана и направляющих втулок, состояния гнезд и фасок клапанов, состояния клапанных пружин, креплений деталей механизма газораспределения, а также проверке и восстановлении нормальной величины осевого зазора распределительного вала.
Проверка и регулировка зазоров у клапанов и декомпрессионного механизма производятся пластинчатым щупом в последовательности, соответствующей порядку работы цилиндров, начиная с первого цилиндра. Зазоры считаются установленными правильно, если щуп толщиной, равной величине нормального зазора, свободно проходит. Если зазоры у клапанов и декомпрессионного механизма отличаются от нормальных значений, то их следует регулировать.
Для регулировки зазоров у клапанов следует отпустить контргайку (см. рис.) регулировочного винта 5 и, ввертывая или вывертывая его, установить требуемый зазор. Затянув контргайку винта, вторично проверяют зазор. Таким же образом регулируют зазоры у клапанов других цилиндров в последовательности, соответствующей порядку работы цилиндров. Регулировку зазоров в декомпрессионном механизме выполняют одновременно с регулировкой зазоров в клапанах.
Периодически необходимо проверять состояния стержня клапана и направляющей втулки. При обнаружении заедания стержня клапана во втулке вследствие засорения ее нагаром следует вынуть клапан, очистить втулку от нагара и при необходимости отшлифовать стержень и втулку.
Периодически необходимо проверять состояния гнезд и фасок клапанов и при обнаружении нагара на фасках клапанов нагар удалить с помощью скребка из мягкого металла. В случае наличия на гнездах и фасках клапанов небольших повреждений следует произвести притирку клапанов. Клапаны притирают специальной пастой. Периодически необходимо проверять состояние клапанных пружин и в случае потери упругости или поломки пружин заменить их новыми.
Следует систематически проверять крепление кронштейнов осей коромысел и других деталей и при необходимости подтягивать их. Нормальную величину осевого зазора распределительного вала у двигателей (ЗИЛ-130, ГАЗ-БЗ и др.) восстанавливают заменой упорного фланца и уменьшением высоты распорного кольца. [Панкратов Г. П. Двигатели внутреннего сгорания. Автомобили, тракторы и их эксплуатация. 1979 г.]
texnika.megapetroleum.ru
