Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала.
Кривошипно-шатунный механизм определяет тип двигателя по расположению цилиндров.
В двигателях автомобилей применяются различные кривошипно-шатунные механизмы (рисунок 1): однорядные кривошипно-шатунные механизмы с вертикальным перемещением поршней и с перемещением поршней под углом применяются в рядных двигателях; двухрядные кривошипно-шатунные механизмы с перемещением поршней под углом применяются в V-образных двигателях; одно- и двухрядные кривошипно-шатунные механизмы с горизонтальным перемещением поршней находят применение в тех случаях, когда ограничены габаритные размеры двигателя по высоте.
Рисунок 1 – Типы кривошипно-шатунных механизмов, классифицированных по различным признакам.
Блок цилиндров 11 (рисунок 2) с картером 10 и головка 8 цилиндров являются неподвижными частями кривошипно-шатунного механизма.
К подвижным частям механизма относятся коленчатый вал 34 с маховиком 43 и детали шатунно-поршневой группы – поршни 24, поршневые кольца 18 и 19, поршневые пальцы 26 и шатуны 27.
Рисунок 2 – Кривошипно-шатунный механизм двигателей легковых автомобилей
1, 6 – крышки; 2 – опора; 3, 9 – полости; 4, 5 – прокладки; 7 – горловина; 8, 22, 28, 30 – головки; 10 – картер; 11 – блок цилиндров; 12 – 16, 20 – приливы; 17, 33 – отверстия; 18, 19 – кольца; 21 – канавки; 23 – днище; 24 – поршень; 25 – юбка; 26 – палец; 27 – шатун; 29 – стержень; 31, 42 – болты; 32, 44 – вкладыши; 34 – коленчатый вал; 35, 40 – концы коленчатого вала; 36, 38 – шейки; 37 – щека; 39 – противовес; 41 – шайба; 43 – маховик; 45 – полукольцо
Блок цилиндров вместе с картером является остовом двигателя. На нем и внутри него размещаются механизмы и устройства двигателя. В блоке 11, выполненном заодно с картером 10 из специального низколегированного чугуна, изготовлены цилиндры двигателя. Внутренние поверхности цилиндров отшлифованы и называются зеркалом цилиндров. Внутри блока между стенками цилиндров и его наружными стенками имеется специальная полость 9, называемая рубашкой охлаждения. В ней циркулирует охлаждающая жидкость системы охлаждения двигателя.
Внутри блока также имеются каналы и масляная магистраль смазочной системы, по которой подводится масло к трущимся деталям двигателя. В нижней части блока цилиндров (в картере) находятся опоры 2 для коренных подшипников коленчатого вала, которые имеют съемные крышки 1, прикрепляемые к блоку самоконтрящимися болтами. В передней части блока расположена полость 3 для цепного привода газораспределительного механизма. Эта полость закрывается крышкой, отлитой из алюминиевого сплава. В левой части блока цилиндров находятся отверстия 17 для подшипников вала привода масляного насоса, в которые запрессованы свертные сталеалюминиевые втулки. С правой стороны блока в передней его части имеются фланец для установки насоса охлаждающей жидкости и кронштейн для крепления генератора. На блоке цилиндров имеются специальные приливы для: 12 – крепления кронштейнов подвески двигателя; 13 – маслоотделителя системы вентиляции картера двигателя; 14 – топливного насоса; 15 – масляного фильтра; 16 – распределителя зажигания. Снизу блок цилиндров закрывается масляным поддоном, а к заднему его торцу прикрепляется картер сцепления. Для повышения жесткости нижняя плоскость блока цилиндров несколько опущена относительно оси коленчатого вала.
В отличие от блока, отлитого совместно с цилиндрами, на рисунке 3 представлен блок 4 цилиндров с картером 5, отлитые из алюминиевого сплава отдельно от цилиндров. Цилиндрами являются легкосъемные чугунные гильзы 2, устанавливаемые в гнезда 6 блока с уплотнительными кольцами 1 и закрытые сверху головкой блока с уплотнительной прокладкой.
Рисунок 3 – Блок двигателя со съемными гильзами цилиндров
1 – кольцо; 2 – гильза; 3 – полость; 4 – блок; 5 – картер; 6 – гнездо
Внутренняя поверхность гильз обработана шлифованием. Для уменьшения изнашивания в верхней части гильз установлены вставки из специального чугуна.
Съемные гильзы цилиндров повышают долговечность двигателя, упрощают его сборку, эксплуатацию и ремонт.
Между наружной поверхностью гильз цилиндров и внутренними стенками блока находится полость 3, которая является рубашкой охлаждения двигателя. В ней циркулирует охлаждающая жидкость, омывающая гильзы цилиндров, которые называются мокрыми из-за соприкосновения с жидкостью.
Головка блока цилиндров закрывает цилиндры сверху и служит для размещения в ней камер сгорания, клапанного механизма и каналов для подвода горючей смеси и отвода отработавших газов. Головка 8 блока цилиндров (см. рисунок 2) выполнена общей для всех цилиндров, отлита из алюминиевого сплава и имеет камеры сгорания клиновидной формы. В ней имеются рубашка охлаждения и резьбовые отверстия для свечей зажигания. В головку запрессованы седла и направляющие втулки клапанов, изготовленные из чугуна. Головка крепится к блоку цилиндров болтами. Между головкой и блоком цилиндров установлена металлоасбестовая прокладка 4, обеспечивающая герметичность их соединения. Сверху к головке блока цилиндров шпильками крепится корпус подшипников с распределительным валом, и она закрывается стальной штампованной крышкой 6 с горловиной 7 для заливки масла в двигатель. Для устранения течи масла между крышкой и головкой блока цилиндров установлена уплотняющая прокладка 5. С правой стороны к головке блока цилиндров крепятся шпильками через металлоасбестовую прокладку впускной и выпускной трубопроводы, отлитые соответственно из алюминиевого сплава и чугуна.
Поршень служит для восприятия давления газов при рабочем ходе и осуществления вспомогательных тактов (впуска, сжатия, выпуска). Поршень 24 представляет собой полый цилиндр, отлитый из алюминиевого сплава. Он имеет днище 23, головку 22 и юбку 25. Снизу днище поршня усилено ребрами. В головке поршня выполнены канавки 21 для поршневых колец.
В юбке поршня находятся приливы 20 (бобышки) с отверстиями для поршневого пальца. В бобышках поршня залиты стальные термокомпенсационные пластины, уменьшающие расширение поршня от нагрева и исключающие его заклинивание в цилиндре двигателя. Юбка сделана овальной в поперечном сечении, конусной по высоте и с вырезами в нижней части. Овальность и конусность юбки так же, как и термокомпенсационные пластины, исключают заклинивание поршня, а вырезы – касание поршня с противовесами коленчатого вала. Кроме того, вырезы в юбке уменьшают массу поршня. Для лучшей приработки к цилиндру наружная поверхность юбки поршня покрыта тонким слоем олова. Отверстие в бобышках
carspec.info
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
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.
qvarto.ru
Б елорусский Национальный Технический Университет
Кафедра «Двигатели внутреннего сгорания»
Группа 101312
Отчет по ознакомительной (учебной) практикеПроходил: Куделко В. В.
Руководитель: Хатянович В. И.
Минск
-2003 -
Оглавление. 2
Принципиальные схемы КШМ... 3
1. Общие принципы конструирования и расчетов. 3
2. Компоновочные схемы двигателей. 4
Литература.. 9
Создание современного двигателя внутреннего сгорания -сложный процесс, в котором участвуют различные специалисты. Центральное место в этом процессе занимает разработка конструкторского проекта.
Конструирование двигателя заключается в инженерной разработке его конструкции. Научно-технический прогресс требует от конструкторов создания двигателей с высокими значениями основных показателей, главными из которых являются экономичность, надежность, ресурс, материалоемкость, доступность изготовления и простота обслуживания. Для того чтобы создаваемый двигатель удовлетворял перечисленным требованиям, необходимо при его проектировании использовать новые конструкторские решения. Это не отрицает преемственности конструкции и возможности применения хорошо зарекомендовавших себя конструкций, а также узлов и деталей.
Научно-технический прогресс в области двигателестроения зависит от развития отраслей, поставляющих материалы, комплектующие изделия, топлива и масла. Он осуществляется по комплексным планам, разрабатываемым на основе перспективных типажей двигателей, под которыми понимается обоснованная совокупность минимального числа типов и размеров двигателей. Типаж определяется мощностным рядом, в который входят двигатели, одинаковые по компоновке и конструкции основных узлов и деталей. Целесообразно, чтобы вновь создаваемый двигатель являлся одним из элементов мощностного ряда, что обусловит сокращение сроков освоения новой конструкции и повышение качества изготовления двигателя. Однако несмотря на все преимущества, связанные с внедрением разработанных типажей, в качестве базовой модели может быть принята принципиально новая и целесообразная с технико-экономической точки зрения конструкция двигателя.
При создании новых двигателей и их семейств большое внимание уделяется степени их стандартизации и унификации, которая оценивается долей стандартизованных и унифицированных элементов во всей конструкции двигателя. Степень унификации должна определяться оптимальностью общего решения компоновки конструкции и ее экономической целесообразностью.
Непрерывное форсирование современных двигателей по удельной мощности сопровождается ростом температур и напряжений в их деталях. Поэтому большую роль при создании современных двигателей приобретают расчеты на прочность.
Расчет на прочность деталей двигателя включает следующие основные этапы: составление расчетной схемы, отражающей наиболее существенные особенности конструкции и условий нагружения деталей; анализ этой схемы с помощью современных методов расчета; формулировку на основе проведенного анализа практических выводов применительно к реальной конструкции. Используемые ранее (при малых и средних уровнях форсирования), часто очень упрощенные, методы расчета на прочность деталей двигателя не вызывали возражений, так как заложенные в самих конструкциях двигателей запасы прочности при средних параметрах рабочего процесса были велики. В настоящее время требуются методы расчета, значительно более точно учитывающие геометрию деталей и условия их нагружения.
Особенности проектирования современных двигателей, предусматривающего (наряду с повышением качества) снижение его сроков при усложнении конструкции двигателя, обусловили создание автоматизированного проектирования. При этом особенно возрастает роль расчетов, которые должны быть ориентированы на систематическое применение ЭВМ и выполнены на качественно новом, более высоком уровне.
Разнообразие областей применения двигателей внутреннего сгорания и, следовательно, требований, предъявляемых к их конструкции, обусловливает сложность построения классификационной схемы двигателей по конструктивным признакам.
Основной задачей при разработке классификационных схем является отбор нескольких общих признаков, на базе которых может быть проведено построение частных классификаций. Для выявления этих признаков следует проанализировать требования, предъявляемые к двигателям в зависимости от их назначения.
Простота конструкции двигателя определяется необходимостью, с одной стороны, облегчения его производства и эксплуатации, а с другой-повышения надежности.
Размеры двигателя и его масса зависят от общей компоновки двигателя, конструктивных форм и размеров остова. Поэтому целесообразно в качестве основы для классификации двигателей выбрать прежде всего геометрические признаки, и в частности расположение в пространстве геометрических осей главнейших его деталей.
Как правило, современные двигатели внутреннего сгорания имеют механизмы для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала. К без-вальным двигателям относятся только свободнопоршневые генераторы газа, дизель-компрессоры, дизель-молоты и двигатель-трамбовка.
Один из основных факторов, определяющих конфигурацию двигателя,-расположение и число рабочих цилиндров. В двигателях с валом, но без кривошипно-шатунного механизма (с наклонной или иной шайбой) оси цилиндров расположены параллельно оси вала.
Если оси трех и более цилиндров находятся в одной плоскости, перпендикулярной оси вала, то они образуют так называемую звезду. Комбинирование отдельных цилиндров производят чаще всего вдоль коленчатого вала. Конструкцию, в которой звезды расположены вдоль коленчатого вала, называют многорядной звездой. В многорядных звездообразных двигателях оси цилиндров соседних звезд, в частности при
воздушном охлаждении, могут быть смещены на половину угла между цилиндрами. Формы конструкций двигателей зависят от взаимного расположения деталей, механизмов и вспомогательных агрегатов. Общая компоновка может зависеть, например, от числа и расположения распределительных валов (верхнее или нижнее), от расположения агрегатов воздухоснабжения и т. д. Хотя эти факторы не являются основными, тем не менее их следует учитывать при классификации отдельных узлов, систем вспомогательных агрегатов и устройств.
Однорядные двигатели характеризуются простотой конструкции и сравнительно высокой технологичностью изготовления. Указанные преимущества, а также большой опыт построения и эксплуатации двигателей с вертикально расположенными цилиндрами обусловливают широкое применение подобных двигателей. 
Основное преимущество V-образных двигателей перед однорядными такой же мощности-меньшие размеры и в первую очередь меньшая длина, вследствие чего увеличена жесткость таких ответственных деталей, как картера (блок-картера), крышки (головки) цилиндров и коленчатого вала. Наиболее часто применяемый угол между осями цилиндров 45-90°. Он определяется назначением двигателя, требованиями к размерам и порядком работы цилиндров, расположенных в одном ряду. Там, где основное требование-уменьшение размеров и в первую очередь высоты, этот угол может быть и больше 90°. Аналогичные преимущества имеют двигатели с W-образно расположенными цилиндрами (рис. 3), но большого распространения они не получили, главным образом вследствие сложности конструкции шатунов, подшипников и других узлов и деталей. Однако в последнее время конструкторы вновь стали применять эту схему.
В некоторых случаях двигатели выполняют с Х-образно расположенными цилиндрами (рис. 4). Такие двигатели имеют небольшие размеры по длине. Детали кривошипно-шатунного механизма, корпуса и распределительного механизма в этом случае имеют очень сложную конструкцию. Углы между осями цилиндров могут быть или разными (рис. 4), например 45, 60 и 120°, или одинаковыми.
В установках различного назначения применяют также двигатели с горизонтальными противолежащими цилиндрами (рис. 5). Для машин наземного транспорта небольшая высота двигателя данного типа и удобство размещения его в машине являются в некоторых случаях несомненными преимуществами по сравнению с двигателями, имеющими вертикально или V-образно
расположенные цилиндры. В двигателях со звездообразно расположенными цилиндрами (рис. 6) проще осуществлять воздушное охлаждение, чем в двигателях с цилиндрами, расположенными в ряд. Однако, как правило, шатуны и коленчатые валы звездообразных дви
гателей очень нагружены и имеют сложную конструкцию. Последнее особенно характерно для двигателей с цилиндрами расположенными в виде многорядной звезды (рис. 7), которые обладают меньшими размерами и массой при большей мощности по сравнению с другими одновальными двигателями mirznanii.com
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) предназначен для преобразования поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала (КВ). Основными движущимися деталями КШМ являются: поршни с кольцами, поршневые пальцы, шатуны, шатунные и коренные подшипники, маховик.Поршневая группа деталей дизелей Д-65 и Д-240 сконструирована одинаково.
Поршни 6 (рис. 1) изготовлены из алюминиевого сплава с тремя канавками под компрессионные 8, 9 и двумя под маслосъемные 7 кольца. В днище поршня выполнена камера сгорания. В канавках под маслосъемные кольца и ниже этих канавок просверлены отверстия для отвода масла внутрь поршня. По наружному диаметру юбки (в плоскости, перпендикулярной к плоскости поршневого пальца) поршни подразделяются на три размерные группы (табл. 1). Клеймо группы наносится на днище.
Комплектовочные размеры поршней и гильз. Таблица 1.
В комплект на двигатель поршни, шатуны и поршневые пальцы подбирают одинаковой размерной группы. Отклонение в массе поршней и шатунов в комплекте не должно превышать 15 г. По диаметру отверстия под поршневой палец поршни делят на две размерные группы (табл. 2), их маркируют краской на бабышках. Поршневые пальцы 5 полые, стальные. От осевого перемещения они удерживаются разжимными стопорными кольцами 4. установленными в канавки поршня. По наружному диаметру пальцы разделены на две группы (см. табл. 2). Маркировочная краска нанесена на внутренней поверхности пальца.
Комплектовочные размеры поршней и пальцев. Таблица 2.
Поршневые кольца изготовлены из специального чугуна. Верхнее компрессионное кольцо 9 прямоугольного сечения для уменьшения износа хромировано (по наружной поверхности). Второе и третье 8 кольца для улучшения компрессионных качеств имеют на внутренней поверхности торсионные выточки, которые при установке колец должны быть обращены вверх — к днищу поршня. В две нижней канавки поршня установлены маслосъемные 7 кольца скребкового типа (по два в каждую канавку). Верхним в канавке устанавливается кольцо с дренажными окнами на торце, а нижний — без окон; выточки наружной поверхности маслосъемных колец должны быть обращены вниз (к юбке поршня).
Замки поршневых колец располагают на ровном расстоянии по окружности. Нормальный зазор в замке новою кольца, установленного в новую гильзу 0,3…0,7 мм. Поршневые кольца заменяют, если зазор превышает 4 мм, а поршни меняют, если зазор между новым кольцом и канавкой в поршне по высоте превышает 0.4 мм. У дизеля Д-245 несколько иное расположение колец (рис. 2): под верхнее компрессионное кольцо трапецеидальной формы залито чугунную вставку 2, маслосъемное кольцо одно — как и у Д-240 — коробчатого типа.
Шатуны 3 (см. рис. 1) стальные, штампованные. В верхнюю головку запрессована биметаллическая втулка 10 (стальная со слоем бронзы). Для смазки поршневого пальца в верхней головке шатуна и втулки есть отверстие. По внутреннему диаметру втулки сортируются на две размерные группы: с большим диаметром маркируются черной краской, с меньшими — желтой.
Нижняя головка шатуна разъемная. Разъем выполнен косым для обеспечения прохода нижней части через гильзу при монтаже. Крышка 2 прикреплена к шатуну двумя болтами из высококачественной стали, застопоренными контровочной пластиной 3.
Коленчатый вал 26 (рис. 3) полноопорный, стальной (имеет пять коренных и четыре шатунных шейки, рабочие поверхности которых закалены токами высокой частоты. В шатунных шейках имеются полости для центробежной очистки масла при вращении вала. Полости закрыты резьбовыми заглушками 1, которые у двигателя должны быть одной группы (номер группы выбит на торце заглушки), чтобы не нарушилась балансировка вала. На первой, четвертой, пятой и восьмой щеках вала дизелей Д-240 и Д-245 закреплены съемные противовесы. Их наличие обусловлено большой частотой вращения коленчатого вала этих дизелей (2200 мин1), вследствие чего центробежные силы сильно возрастают. Установка противовесов значительно уменьшает нагрузки на подшипники. В коренных и шатунных шейках выполнены сверления, по которым подается масло к подшипникам (вкладышам).
На переднем конце вала смонтированы шестерня 24 привода распределения и насоса системы смазки, шкив 27 привода насоса системы охлаждения и генератора, маслоотражатель 25; на заднем — маслоотражатель и маховик 19 с напрессованным на нем зубчатым стальным венцом 20.
Коленчатые валы изготовлены с шейками двух номинальных размеров: для дизелей Д-65 диаметры коренных и шатунных шеек в первом номинале соответственно равны 85,25 мм и 75,25 мм, во втором — 85,0 мм и 75,0 мм; для дизелей Д-240 в первом — 75,25 мм и 68,25 мм, во втором — 75,0 мм и 68,0 мм. Валы с шейками второго стандартного размера имеют на первой щеке обозначение: 2КШ — все шейки вала второго номинала; 2К — коренные второго, а шатунные первого; 2Ш — шатунные второго, а коренные первого.
Вкладыши коренных 23 и шатунных 22 подшипников изготовлены из сталеалюмнневой ленты. От перемещений и проворачивания вкладыши стопорятся выштампованными на них усиками, входящими во фрезеровки в постелях вкладышей в блоке и шатуне. На наружной поверхности вкладыша проставляется товарный знак завода и размер, а на внутренней поверхности усика (выступа) — клеймо (« + » или « — ») группы вкладыша по высоте (вкладыши комплектуют так, чтобы один из них имел на усике знак « + » а другой « — » или оба без маркировки). Отверстия в верхних половинках коренных вкладышей совпадают с маслоподводящими каналами в блоке.
Зазор в подшипниках нового или отремонтированного двигателя в пределах 0,065…0,123 мм для шатунных и 0,070…0,134 мм для коренных. При увеличении зазора в шатунных подшипниках до 0,25 мм и овальности шейки более 0,06 мм или в коренных — соответственно до 0,3 и более 0,1 мм шейки вала шлифуют на соответствующий ремонтный размер.
Осевое перемещение вала ограничивается упорами пятой коренной шейки (допустимое в эксплуатации — 0,5 мм), осевое перемещение нижней головки шатуна допускаемое 0,7 мм. Коленчатый вал и маховик дизеля Д-240 изображены на рис. 4.
Статьи о КШМ двигателей тракторов: Кривошипно-шатунный механизм; Кривошипно-шатунный механизм двигателя СМД-60; Особенности эксплуатации КШМ; ТО КШМ и ГРМ двигателя трактора; Уход за кривошипно-шатунным механизмом
texnika.megapetroleum.ru
Кривошипно-шатунный механизм составляет основу конструкции большинства поршневых двигателей внутреннего сгорания. Назначение кривошипно-шатунного механизма состоит в том, чтобы воспринимать давление газов, возникающее в цилиндре, и преобразовывать прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Эти две функции, выполняемые механизмом, и обеспечивают решение сложной проблемы, связанной с преобразованием тепловой энергии топлива в механическую работу при сжигании топлива в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания.
В существующих поршневых двигателях применяются два типа кривошипно-шатунных механизмов: тронковые и крейцкопфные.
В тронковых механизмах шатун шарнирно соединен непосредственно с нижней направляющей (тронковой) частью поршня, тогда как в крейцкопфных механизмах поршень соединяется с шатуном через шток и крейцкопф, которые служат для поршня направляющей частью. Крейцкопфные механизмы более сложны и громоздки. Они увеличивают габариты двигателя по высоте и утяжеляют его конструкцию.
В быстроходных поршневых двигателях автомобильного и тракторного типов применяются более простые и компактные тронковые кривошипно-шатунные механизмы. Благодаря этим преимуществам тронковые механизмы в настоящее время широко применяются и в двигателях стационарного типа. Однако для двигателей двойного действия крейцкопфные механизмы остаются единственно возможными. Такие двигатели обычно строят двухтактными, позволяющими более чем в 3 раза увеличивать мощность силовых установок по сравнению с аналогичными установками, снабженными четырехтактными двигателями простого действия
Кривошипно-шатунный механизм тронковых двигателей состоит из неподвижных и подвижных деталей. К неподвижным относятся: цилиндр, крышка (головка) цилиндра и картер, образующие остов двигателя; подвижную группу составляют: поршневой комплект (поршень с поршневым пальцем и уплотняющими кольцами), шатун, коленчатый вал и маховик.
Иногда к кривошипно-шатунному механизму относят только группу перечисленных подвижных деталей, что нельзя признать правильным, тем более по отношению к двигателям внутреннего сгорания. Во-первых, это не согласуется с самим определением механизма, немыслимого без наличия направляющего звена — стойки. Во-вторых, кроме того что стенки цилиндра служат направляющими для поршня, цилиндр и его головка образуют замкнутую надпоршневую полость, без которой в двигателях внутреннего сгорания нельзя создать нужного давления газов над поршнем, которое он воспринимает и передает на коленчатый вал. Следовательно, отдельно от надпоршневой полости кривошипно-шатунный механизм поршневого двигателя не выполнял бы одну из основных своих функций.
Наиболее распространенные схемы компоновки кривошипно-шатупного механизма автомобильных двигателей приведены ниже.
Двигатели, построенные по схемам А, Б и В, называются однорядными. Чаще всего из них применяется схема А с вертикальным расположением цилиндров. В двигателях, предназначенных для автобусов, с успехом применяется схема В с горизонтальным расположением цилиндров. Такие двигатели удобно размещаются под полом кузова автобуса.
Сравнительно новой является схема Б с наклонным расположением цилиндров (под углом от 20 до 45° к вертикальной оси). Двигатели с такой компоновкой используют для ряда современных легковых автомобилей. При этом имеется возможность более рационально размещать вспомогательное оборудование и впускные трубопроводы.
Двигатели, построенные по схемам Г и Д, называются двухрядными. В настоящее время особенно широко применяется схема Г с V-образным расположением цилиндров. Четырех- и восьмицилиндровые V-образные двигатели по условиям их уравновешенности строят с углом между осями цилиндров равным 90°. Они выгодно отличаются по габаритам и весу от соответствующих однорядных и одинаково успешно используются на легковых автомобилях и на средних и тяжелых грузовиках, нуждающихся в силовых агрегатах повышенной мощности. Двигатели с кривошипным механизмом, выполненным по схеме Д, с углом между осями цилиндров 180° называются оппозитными. Такие двигатели с противолежащим расположением цилиндров применяются довольно редко, так как размещение их и обслуживание на автомобиле менее удобно, чем, например V-образных или однорядных горизонтальных.
Автомобильные двигатели, как правило, строят многоцилиндровыми. Они обычно имеют 2; 3; 4; 6; 8 и редко 12 или 16 цилиндров. Одноцилиндровые двигатели на автомобилях не применяются и вообще для этой цели не пригодны, так как не могут удовлетворительно работать в качестве автомобильных силовых агрегатов без утяжеленного маховика и сложного уравновешивающего устройства.
В самом деле, в одноцилиндровом, например, четырехтактном двигателе из двух оборотов вала только пол-оборота приходится на активный рабочий ход поршня. В течение остальных полутора оборотов скорость вращения коленчатого вала непрерывно замедляется, поскольку движение его в это время осуществляется за счет запаса кинетической энергии маховика, накапливаемой им в момент ускоренного движения при рабочем ходе поршня, когда последний «взрывом» газов отбрасывается к н.м.т. Следовательно, за время одного рабочего цикла коленчатый вал вращается с разной угловой скоростью, что крайне нежелательно.
Выравнивание угловой скорости вращения коленчатого вала в одноцилиндровом двигателе возможно только путем повышения уровня аккумулирования кинетической энергии маховика на участке ускоренного движения, т.е. за счет увеличения его инерции. Естественно, при неизменных установившихся оборотах коленчатого вала этого нельзя достигнуть без увеличения массы маховика. Маховик с большей массой будет вращаться равномернее, следовательно, уменьшится и колебание угловой скорости вращения вала. Однако такой путь полностью не избавит вал двигателя от неравномерности вращения. К тому же большая масса маховика требует и больше времени на его разгон до заданной скорости. Вследствие этого ухудшается приемистость двигателя и снижается динамика автомобиля, т.е. уменьшается быстрота раскрутки вала двигателя и разгона автомобиля.
Если предположить, что коленчатый вал вращается равномерно, то и в этом идеальном случае поршень в конце каждого хода меняет направление своего движения. В мертвых точках его скорость равна нулю, а потом нарастает до максимума, составляющего в автомобильных двигателях 15—25 м/сек при номинальном числе оборотов, и снова уменьшается до нуля в смежной мертвой точке.
Такое неравномерное движение поршня и связанного с ним комплекта деталей порождает переменные по величине и направлению силы инерции Pj возвратно-движущихся масс, действующие вдоль оси его движения, т. е. по оси цилиндра, как показано на рисунке.
Силы инерции Pj, периодически меняя величину и направление своего действия, если остаются неуравновешенными, вызывают раскачивание двигателя вне зависимости от принятой схемы кривошипно-шатунного механизма (см. рисунок). Возникающая при этом вибрация двигателя передается на его крепления и на раму автомобиля, разрушая его узлы и увеличивая интенсивность их износа. Вследствие вибрации повышаются уровень шума и утомляемость водителя, что увеличивает опасность движения.
Устранить вибрацию, вызываемую силами инерции масс кривошипно-шатунного механизма, совершающих возвратно-поступательное движение, можно только в случае, если удается создать силы, равные по величине и противоположно направленные силам, вызывающим вибрацию. Для этого, как установлено, двигатель должен иметь несколько цилиндров с общим коленчатым валом, допускающим организацию необходимого разнонаправленного движения поршней в отдельных цилиндрах. Это позволяет в известной мере уравновешивать двигатель, т.е. уменьшить воздействие на его остов сил, порождающих вибрацию.
Однако внешне уравновешенные силы инерции нагружают детали двигателя, вызывая изгиб вала, увеличивая нагрузку коренных опор, т. е. создают внутреннюю неуравновешенность двигателя.
В многоцилиндровых двигателях интервал между рабочими ходами, выраженный в градусах угла поворота вала, определяется числом цилиндров i. Для четырехтактных и двухтактных двигателей эти интервалы при равномерном чередовании рабочих ходов соответственно равны 720°/i и 360°/i.
Чем больше число цилиндров, тем меньше интервал между рабочими ходами и вал двигателя вращается равномернее.
Сравнительно хорошую степень уравновешенности и равномерность вращения вала имеет однорядный 6-цилиндровый двигатель. Ею считают полностью уравновешенным. При двухрядном V-образном расположении цилиндров с осями под углом 90° хорошую уравновешенность имеют 8-цилиндровые двигатели. 8-цилиндровые однорядные двигатели считаются уравновешенными, но в настоящее время они утратили практическое значение, так как линейное расположение цилиндров приводит к излишнему удлинению коленчатого вала и снижает его жесткость.
Силы давления газов в надпоршневой полости одинаково действуют как на поршень, так и на головку цилиндра, поэтому, имея всегда равную себе величину и противоположное направление (см. рисунок), эти силы взаимно уравновешиваются внутри системы и не оказывают влияния на вибрацию двигателя, но нагружают коленчатый вал и коренные подшипники. Равнодействующие газовых сил направлены по оси цилиндра, а величина их определяется из соотношения
Рг = pгFп,
где рг— избыточное удельное давление газов, взятое по индикаторной диаграмме, кГ/см2 (Мн/м2)\ Fп — площадь поршня, см2 (м2).
Силы давления газов Рги инерционные силы Pj, действующие по оси цилиндра, суммируясь, дают силу Р∑, которая, будучи приложена к поршневому пальцу, раскладывается на боковую силу Nб давления на стенку цилиндра и на силу Рш, действующую по оси шатуна (см. рисунок Е).
Если силу Рш, руководствуясь правилами механики, перенести по линии ее действия в центр шатунной шейки и разложить на составляющие, то получим силу Т, перпендикулярную к оси кривошипа, и силу Z, направленную по оси кривошипа (см. рисунок). Сила Т называется тангенциальной. Произведение силы Т на радиус кривошипа г называется крутящим моментом, который определяется по формуле, кГ·м (Мн·м),
Тr = Мкр,
где Мкр определяется путем непосредственного измерения с помощью динамометрического устройства испытательных тормозных установок. Крутящий момент измеряют для ряда чисел оборотов вала двигателя, а затем пересчетом определяют его мощность, развиваемую при этих оборотах вала. Полученная таким образом закономерность изменения мощности двигателя по числу оборотов вала называется скоростной характеристикой.
Источник: Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Двигатели внутреннего сгорания, 1971 г.
Newer news items:
Older news items:
azbukadvs.ru
Опубликовано: 27 Октябрь 2013
Кривошипно-шатунный механизм состоит из блока цилиндров с головкой и уплотняющей прокладкой, картера, поршней, поршневых колец, поршневых пальцев, шатунов, коленчатого вала, маховика.
Блок цилиндров (рис. 1) — основная (базовая) деталь, к которой крепят детали механизмов двигателя; ее выполняют в одной отливке с картером. Цилиндры в блоке могут быть расположены в один ряд (ЗМЗ-402) или V-образно в два ряда под углом 90° (двигатели ЗМЗ-53, ЗИЛ-508 и КамАЗ-740).
Блок цилиндров с верхней частью картера двигателей ЗМЗ-53 и ЗМЗ-402 отлит из алюминиевого сплава, а двигателей ЗИЛ-508 и КамАЗ-740 — из чугуна.
Рис. 1. Блоки цилиндров двигателей:
а —восьмицилиндрового; б — четырехцилиндрового
Полость между цилиндрами и наружными стенками блока называется рубашкой охлаждения.
В блоках двигателей ЗМЗ-53, ЗИЛ-508, КамАЗ-740 и ЗМЗ-402 цилиндры выполнены в виде вставных чугунных гильз, омываемых охлаждающей жидкостью; такие гильзы называют мокрыми (рис.2, в, г, д).
Рис.2. Схемы цилиндров двигателей: а – с короткой сухой вставкой; б – с сухой гильзой; в – д – с мокрыми гильзами; 1 – блок; 2 – рубашка охлаждения; 3 – «сухая» вставка; 4 – прокладка; 5 – «сухая» гильза; 6 – бурт; 7 – сменная «мокрая» гильза; 8 – резиновое кольцо; 9 – медная прокладка
Тщательно обработанная внутренняя поверхность гильзы цилиндра, направляющая движение поршня, называется зеркалом. Для увеличения срока службы в верхнюю часть гильзы запрессовывают короткие тонкостенные вставки из кислотоупорного чугуна (рис.2, а). Гильзы свободно вставляют в гнезда блока и уплотняют снизу медными 9 или резиновыми прокладками (кольцами) 8 и сверху прокладкой головки цилиндров (рис.6).
При установке гильз в блоки цилиндров двигателей ЗМЗ-53 и ЗМЗ-402 подбирают комплект медных уплотнительных колец так, чтобы гильза выступала над плоскостью разъема блока на 0,02 - 0,10 мм; этим достигают надежного уплотнения гильз при установке головок цилиндров.
Блок цилиндров двигателя ЗМЗ-402 имеет одну головку, в блоках цилиндров V-образных двигателей ЗМЗ-53 и ЗИЛ-508— по две головки (рис.3), в двигателе КамАЗ-740 каждый цилиндр имеет отдельную головку (рис.4).
Головки блока карбюраторных двигателей изготовлены из алюминиевого сплава. Этот сплав теплопроводнее чугуна, следовательно, от головок быстрее отводится теплота. В результате улучшаются условия протекания рабочего процесса в цилиндрах двигателя. В головках размещены камеры сгорания и имеются резьбовые отверстия для свечей зажигания (только у карбюраторных двигателей). У двигателя КамАЗ-740 камера сгорания выполнена в днище поршня. Стенки камер сгорания окружены рубашкой охлаждения.
Сверху на головке цилиндров закреплены детали газораспределительного механизма.
Во впускные и выпускные каналы отливки головки запрессованы вставные седла и направляющие втулки клапанов.
Рис.3. Головка блока цилиндров двигателя ЗИЛ-508
Рис.4. Головка блока цилиндров двигателя КамАЗ-740
Головка цилиндров сверху закрыта штампованной или литой крышкой (рис.5), для уплотнения между ними ставят прокладку из маслостойкой резины.
Рис.5.Крышка головки цилиндров двигателя КамАЗ-740
Крепят головку к блоку болтами или шпильками с гайками. Прокладка между блоком цилиндров и головкой создает герметичность; в двигателях ЗМЗ-53 и ЗМЗ-402она сталеасбестовая (рис.6), в двигателях КамАЗ-740 — стальная.
Рис.6.Прокладка под головку двигателя ЗИЛ-508
Картер, выполненный в одной отливке с блоком, имеет несколько усиленных ребрами перегородок, в которых расположены коренные подшипники коленчатого вала и просверлены отверстия для опорных шеек распределительного вала. Снизу к картеру прикрепляют поддон (рис.7). Место соединения картера и поддона уплотнено прокладкой.
Рис.7. Поддон
Поршень 6 (рис. 8) воспринимает при рабочем ходе силу давления газов и передает ее через шатун 10 коленчатому валу, а также совершает вспомогательные такты.
Верхняя часть поршня, называемая головкой, снизу усилена ребрами. По окружности головки проточены канавки для установки поршневых колец. Нижняя, направляющая часть поршня (юбка) снабжена приливами (бобышками) с отверстиями, в которые устанавливают поршневой палец.
Поршни отливают из алюминиевого сплава, обладающего малой плотностью и хорошей теплопроводностью. В поршни двигателей ЗИЛ-508 и КамАЗ-740 заделывают чугунную вставку, в которой протачивают канавку для верхнего кольца, что повышает долговечность поршня.
В верхней части головки поршня некоторых двигателей протачивают узкую канавку, уменьшающую передачу теплоты к верхнему кольцу.
Поршень устанавливают в цилиндре с зазором, для того чтобы при нагревании поршня не происходило заедания. Зазор между поршнем и зеркалом цилиндра уплотняют поршневыми кольцами. Юбку выполняют в виде эллипса, большая ось которого расположена перпендикулярно оси поршневого пальца. Такая форма юбки предотвращает стук при холодном двигателе и заседание в результате ее округления при нагреве. В отверстии для поршневого пальца имеются канавки для стопорных колец.
В выемки юбок поршней изучаемых двигателей проходят противовесы коленчатого вала.
Дополнительно для предотвращения заедания поршней в цилиндрах на их юбках делают Т- или П-образные прорези. Благодаря этому при расширении металла диаметры поршней не увеличиваются.
Поверхность юбки поршней двигателей ЗМЗ-53, ЗИЛ-508 иЗМЗ-402 покрывают слоем олова, а двигателей КамАЗ-740 — коллоидно-графитовой смесью, что улучшает приработку и уменьшает износ.
Рис. 8. Поршень, шатун, кольца и палец:
1 — горизонтальный расширитель; 2 — маслосъемное кольцо; 3 — нижнее компрессионное кольцо; 4 — среднее компрессионное кольцо; 5 — верхнее компрессионное кольцо; 6 — поршень; 7 — стопорные кольца; 8—поршневой палец; 9 — втулка верхней головки шатуна; 10 — шатун; 11— крышка нижней головки шатуна; 12 — вкладыши нижней головки шатуна; 13, 14 — болты крепления крышки нижней головки шатуна.
Для правильной сборки поршня с шатуном на днищах головок поршней двигателя ЗИЛ-508 выполнена лыска, на боковой поверхности поршней двигателей ЗМЗ-53 у отверстия бобышки — надпись «Вперед», на боковой стенке поршней двигателей ЗМЗ-402 — надпись «Назад».
Поршневые кольца компрессионные 3, 4, 5 и маслосъемные 2 (рис.8)изготовляют из чугуна или стали; у колец выполнен разрез («замок»). В свободном состоянии диаметр колец больше диаметра цилиндра. При установке поршней в цилиндры кольца сжимают, благодаря чему они за счет своей упругости плотно прилегают к стенкам цилиндров.
Компрессионные кольца уменьшают прорыв газов из цилиндра в картер.
Верхнее компрессионное кольцо (у двигателей ЗИЛ-508 два кольца) для повышения износостойкости покрывают слоем хрома, поверхность остальных колец для лучшей прирабатываемости— слоем олова.
Маслосъемное кольцо снимает излишки масла со стенок цилиндра.
На поршнях всех карбюраторных двигателей ставят по одному маслосъемному кольцу. В канавке для этого кольца выполнены сквозные отверстия.
Маслосъемное кольцо двигателя ЗМЗ-53 — чугунное, имеет сквозные прорези для съема и отвода масла. У двигателей ЗИЛ-508 и ЗМЗ-402 маслосъемное кольцо состоит из четырех стальных деталей — двух плоских колец, осевого и радиального расширителей, у двигателя КамАЗ-740 оно имеет коробчатое сечение. Рабочая поверхность колец покрыта хромом, у КамАЗ-740 — молибденом.
Кольца устанавливают на поршень разрезами в разные стороны. Благодаря фаскам кольца сильнее прижимаются к стенкам цилиндра и быстрее прирабатываются.
Поршневой палец 8 (рис.8) стальной, трубчатый. Он соединяет поршень с шатуном. Поверхность пальца закалена с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ). При работе палец проворачивается в бобышках поршня и втулке верхней головки шатуна; при такой установке палец называют плавающим. От осевого смещения палец удерживается стопорными кольцами, установленными в выточках бобышек поршней.
Шатун 10 ( рис.8) передает при рабочем ходе силу от поршня кривошипу коленчатого вала, а при вспомогательных тактах — от кривошипа поршню.
Шатун выполнен из стали. Он состоит из стержня двутаврового сечения, верхней неразъемной головки с бронзовой втулкой 9 для поршневого пальца и нижней разъемной головки, закрепляемой на шатунной шейке коленчатого вала. Для направленного разбрызгивания масла на стенки цилиндра в нижней головке шатуна выполнено отверстие. Для уменьшения трения между шейкой вала и нижней головкой шатуна в нее вставляют тонкостенные вкладыши 12, образующие шатунный подшипник.
У двигателей ЗМЗ-53 и ЗМЗ-402 вкладыши биметаллические, состоящие из стальной ленты с нанесенным на нее антифрикционным сплавом алюминия с медью и оловом. У двигателей ЗИЛ-508 вкладыш триметаллический, изготовленный из стальной ленты, на которую нанесен медноникелевый подслой, покрытый антифрикционным сплавом СОС-6-6, у вкладышей двигателя КамАЗ-740 покрытие трехслойное с рабочим слоем из свинцовой бронзы. От проворачивания в головке шатуна вкладыши удерживаются выштампованными на них выступами (рис.9).
Рис.9.Конструкция вкладышей
Обе части нижней головки шатуна скреплены двумя болтами с гайками, которые стопорятся шплинтами или при помощи контргаек, штампованных из листовой стали (например, в ЗМЗ-402). Номера, выбитые на головке и крышке шатуна, обращены в одну сторону.
Коленчатый вал (рис. 10) воспринимает силы у шатунов и преобразует их в крутящий момент, передаваемый механизмам трансмиссии через маховик.
Рис.10. Вал коленчатый: 1 - коренные шейки; 2 – щеки коленвала; 3 – шатунные шейки; 4 - противовесы
Коленчатый вал двигателей ЗМЗ-53 и ЗМЗ-402 литой из легированного чугуна, а двигателей ЗИЛ-508 и КамАЗ-740 — кованый, стальной.
Вал состоит из коренных 1 и шатунных шеек 3, соединенных щёками 2, продолжением которых являются противовесы 4, разгружающие коренные подшипники от инерционных нагрузок. С этой же целью шатунные шейки сделаны полыми.
У изучаемых двигателей коленчатый вал пятиопорный, т. е. имеет пять коренных подшипников, в которых установлены вкладыши, изготовленные из такого же материала, как и шатунные. Чугунные крышки подшипников крепят к блоку двумя или четырьмя болтами и шплинтуют.
Шатунные шейки, число которых у рядных двигателей равно числу цилиндров, у четырехцилиндровых двигателей расположены попарно под углом 180°.
К каждой шатунной шейке коленчатого вала V-образных двигателей крепят по два шатуна, соединяющие ее соответственно с поршнями правого и левого рядов цилиндров. Поэтому шатунных шеек у таких двигателей вдвое меньше числа цилиндров. У восьмицилиндровых V-образных двигателей шатунные шейки располагают под углом 90° друг к другу.
Масло от коренных подшипников к шатунным поступает через каналы в щеках вала и грязеуловители, закрытые пробками.
На переднем конце коленчатого вала крепят распределительную шестерню и шкив привода вентилятора, а в торец вала вворачивают храповик, используемый для проворачивания коленчатого вала пусковой рукояткой. Осевое перемещение вала ограничивают сталебаббитовые кольца, установленные в переднем коренном подшипнике, или сталеалюминиевые полукольца, установленные в выточке задней коренной опоры (КамАЗ-740). К фланцу заднего конца коленчатого вала крепят маховик.
У многих двигателей вытекание масла из картера в местах выхода коленчатого вала предотвращает маслоотбрасывающий буртик, маслоотгонная резьба на его заднем конце и маслоотражатель на переднем конце. Кроме того, места выхода вала уплотняют сальниками.
Маховик — чугунный диск с тяжелым ободом (рис.11). Он увеличивает момент инерции коленчатого вала и этим повышает плавность работы, облегчает пуск двигателя и трогание автомобиля с места. На ободе маховика напрессован зубчатый венец для пуска двигателя от стартера. Маховик крепят несимметрично расположенными болтами, которые должны быть затянуты с моментом 140 - 150 Н-м (14...15 кгс • м) и зашплинтованы.
Рис.11. Маховик
Крепление двигателя к раме или подрамнику должно быть надежным, но упругим, чтобы вибрация двигателя не передавалась кузову, а перекосы рамы при движении не вызывали повреждения деталей креплений. Для этого между опорными лапами двигателя и рамой помещают резиновые подушки.
Двигатель ЗМЗ-402 крепят в трех точках: две — в передней части двигателя по его сторонам, одна — сзади под задней крышкой коробки передач.
Двигатель ЗМЗ-53 крепят в четырех точках: спереди штампованными кронштейнами, привернутыми к блоку цилиндров, сзади двумя приливами картера сцепления. Двигатель КамАЗ-740 также крепится в четырех точках.
Двигатель ЗИЛ-508 имеет три точки крепления: передней опорой служит кронштейн, установленный под крышкой распределительных шестерен, задними опорами — лапы картера сцепления, от продольного смещения двигатель ЗИЛ-508 удерживается тягой, соединенной с поперечиной рамы.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ:
1. Пузанков А.Г. Автомобили: устройство и техническое обслуживание. - М.: Академия, 2007. - 640 с.
2. Морозов Н.Д. и др. Устройство и ремонт автомобилей. Учебник. Изд.2-е,перераб. и доп. М.,"Высшая школа", 1972. -304 с.
3. Иллюстрации, находящиеся в сети Интернет в свободном доступе.
4. Материалы сайта: mustangs.ru/
ПодробностиПросмотров: 1157
dobrovolskij.ru
