Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм состоит из подвижных и неподвижных деталей, а так же деталей фиксации и крепления.

К подвижным деталям относятся: поршни в сборе с кольцами и поршневыми пальцами, шатун, коленчатый вал, маховик.

К неподвижным деталям относятся: блок цилиндров, цилиндры, головка блока или цилиндров, поддон картера.

К деталям фиксации и крепления относятся: шкивы, стопорные кольца и т.д.

1. Подвижные детали

Поршень состоит из трех основных частей (рис. 3): 1 — днища, 5 — уплотняющей и 6 — направляющей масти (юбки). Он изготавливается из алюминиевого или кремнисто-алюминиевого сплава, что позволяет значительно уменьшать массу двигателя в целом.

Днище разных двигателей имеет разнообразную форму: плоскую (наиболее распространены на карбюраторных двигателях, например на двигателях ЗМЗ), выпуклую (для большинства автомобилей ИЖ), фасонную (например, на дизелях). Оно в совокупности с головкой цилиндра (ее внутренней частью) составляет камеру сгорания, которая воспринимает давление расширяющихся газов.

В уплотняющей части проточены канавки для поршневых колец и юбки. Днище и уплотняющая часть — головка поршня, на ней расположены кольца (маслосъемные и компрессионные), количество которых соответствует определенной частоте вращения коленчатого вала и типу двигателя.

Диаметр головки поршня меньше диаметра направляющей части, а зазор между головкой и стенками цилиндра равен 0,4—0,6 мм. Это объясняется возникновением высоких температур при работе двигателя.

Между юбкой и зеркалом цилиндра также имеется зазор (от 10,04 до 0,08 мм при 80-90 С), который позволяет поршню свободно перемещаться.

Юбка имеет форму конуса, сечение которого является овалом. На ней расположены П- или Т-образные прорези, обеспечивающие юбке пружинящие свойства, а холодному двигателю — работу без стука и предупреждающие заклинивание при нагревании (у двигателей для автомобилей ВАЗ и УАЗ вместо прорезей в тело поршня заливается терморегулирующее кольцо или термокомпенсационная стальная пластина, у двигателей для дизелей прорезей тоже нет). Поршень в цилиндре устанавливается так, чтобы на прорези не действовало боковое давление при расширении (во время рабочего хода). Для охлаждения на внутренней стороне юбки расположены ребра. Там же располагаются бобышки, в которых имеются отверстия для поршневого пальца. Отверстия под поршневой палец смещается по ходу движения на 1,5 мм вправо (для уменьшения стука и перекашивания).

Для предотвращения задиров юбка поршня может быть покрыта тонким слоем олова или на поршне около торцов поршневого пальца делаются углубления, которые выполняют роль холодильников (отводят тепло).

Поршневые кольца разделяются на маслосъемные и компрессионные (рис. 4). Они предназначены для уплотнения, обеспечения герметичности, отвода тепла, масла. Изготавливаются из легированного чугуна или специальной стали. Имеют форму плоской разрезной пружины с зазором (замком), который предназначен для удобства установки и свободного расширения при высоких температурах. Для повышения износостойкости верхнее поршневое кольцо подвергается хромированию, а ос­тальные покрываются тонким слоем олова или молибдена.

Кольца устанавливаются таким образом, чтобы замки соседних колец были бы смещены относительно друг друга на некоторый угол (90-180). Если имеется чугунное маслосъемное кольцо, то замки всех колец смещаются на 90° относительно друг друга. При наличии составных маслосъемных колец только замки компрессионных колец смещаются на равные углы

Компрессионные кольца предназначены для уплотнения поршня в гильзе цилиндра. При установке компрессионные кольца сжимаются, что обеспечивает плотное прилегание их к поверхности цилиндра. Кольца располагаются в канавках поршня так, чтобы выточки на внутренней поверхности кольца были бы обращены вверх (в сторону днища). Нижнее компрессионное кольцо устанавливается так, чтобы конусность его наружной поверхности была обращена вниз. Изначально кольца подбираются с зазором 0,02—0,07 мм по высоте.

Маслосъемные кольца предназначены для удаления излишков масла со стенок цилиндра и дальнейшего отвода их в поддон картера. В канавках поршня, предназначенных для установки этих колец, имеются отверстия, предназначенные для попадания масла внутрь поршня.

Часто применяются составные маслосъемные кольца (например, встречаются на двигателях для автомобилей ГАЗ, УАЗ, ЗИЛ).

Зазор в замке равен:

1) для верхних компрессионных колец 0,25— 0,60 мм;

2) для нижних компрессионных колец 0,15— 0,40 мм;

3) для чугунного маслосъемного кольца 0,25— 0^60 мм;

4) для составных маслосъемных колец 0,8—1,4 мм.

Поршневой палец предназначен для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна

Изготавливается полым (в виде толстостенной трубки). Для того чтобы пальцы надежно работали при передаче больших усилий, они изготавливаются из сталей (легированных или углеродистых), подвергаются цементизации или закалке высокочастотными токами.

С шатуном поршневые пальцы соединяются по-разному. В зависимости от этого пальцы разделяются на закрепленные и плавающие (наиболее распространены). Плавающие пальцы устанавливаются так, чтобы могли свободно вращаться в бобышках и втулке, находящихся в верхней головке шатуна. Для исключения появления (из-за разного материала сопрягаемых деталей) стуков в бобышках при работе двигателя пальцы устанавливаются с натягом 0,005-0,015 мм (при 80-90Х).

Шатун предназначен для передачи усилий от поршня к коленчатому валу, изготавливается из легированной или углеродистой стали. При такте расширения (рабочего хода) он передает усилия, возникающие от давления газов на поршень, к валу, а при вспомогательных тактах (впуск, сжатие, выпуск) передает усилия от вала к поршню.

Нижняя головка и крышка соединяются болтами, затянутыми гайками, и стопорят шплинтами (или контргайками, шайбами)

Стальные вкладыши устанавливаются в нижнюю головку. Изнутри они покрываются тонким слоем антифрикционного оловянисто-алюминиевого сплава. Отогнутые усики (выступы) служат для предотвращения проворачивания и осевого смещения, они упираются в пазы шатуна и его крышки. Для впрыскивания масла во вкладыше, как и в нижней головке, имеется отверстие.

Во время работы двигателя шатун совершает сложные движения: возвратно-поступательное вдоль оси цилиндра и качательное относительно оси поршневого пальца.

В многоцилиндровых двигателях разница в массе шатунов должна быть не более 6 г (для уравновешенности).

Коленчатый вал предназначен для восприятия передаваемых шатунами усилий и преобразования их в крутящий момент, который затем трансмиссией передается колесам автомобиля. Изготавливаются из легированных сталей (штамповкой) или магниевых чугунов (отливкой).

Основными частями коленчатого вала являются (рис. 6):

Щеки и противовесы изготавливаются как одно целое (или соединяются болтами). В щеках имеются каналы для подвода масла, которые служат и грязеуловителями, собирают из масла частицы изнашивания

Задний конец коленчатого вала имеет отверстие для установки подшипника ведущего вала коробки передач и фланца для крепления маховика.

Шатунная шейка и щека составляет кривошип (или колено).

Вал, у которого коренные шейки расположены с обеих сторон от шатунной шейки, называется полноопорным. Такие валы расположены, например, на автомобилях ВАЗ-2110, -2112, ЗИЛ-508. Они способствуют повышению работоспособности всего кривошипно-шатунного механизма. В разных двигателях количество коренных шеек разное, например, в V-образном восьмицилиндровом коренных шеек пять, а в шестнадцатицилиндровом их мо­жет быть 4 или 7. Количество шатунных реек совпадает с количеством цилиндров.

Вкладыши коренных и шатунных подшипников одинаковы по конструкции, различаются только размерами, покрываются антифрикционным сплавом, обеспечивающим высокие антизадирные свойства. Они устанавливаются в выемках верхней части картера и в крышках коренных подшипников.

Маслоотражатели и самоподжимные сальники, установленные на концах коленчатого вала, служат для предотвращения утечки масла из картера двигателя (на легковых автомобилях они устанавливаются на переднем конце вала или и на переднем и на заднем концах).

Задняя шейка коленчатого вала снабжена маслоотгонной канавкой, имеющей спиральную форму, и маслосбрасывающим гребнем, от которого через специальные отверстия масло попадает в поддон картера.

К коленчатому валу крепится маховик (непосредственно или на фланце).

Маховик предназначен для вывода поршней из верхней и нижней мертвых точек, для обеспечения равномерности вращения вала на малых частотах, для передачи крутящего момента трансмиссии, для облегчения пуска двигателя, уменьшения перегрузок в начале движения автомобиля. Изготавливается из чугуна, балансируется в сборе с ко­ленчатым валом, при установке центрируется на фланце, к которому он крепится (на некоторых автомобилях, например, на КамАЗ—740, маховик крепится к коленчатому валу.

Для возможности вращения коленчатого вала стартером при пуске на его ободе имеется зубчатый венец. Часто на маховик наносятся метки, соответствующие верхней мертвой точке поршня первого цилиндра, кроме этих меток могут наносится и другие установочные метки. К маховику крепится механизм сцепления.

2. Неподвижные детали

Блок цилиндров представляет собой массивный литой корпус, на котором монтируются различные механизмы и системы двигателя. Рабочая поверхность цилиндров является направляющей при движении поршня и предназначена для совершения в ней рабочего цикла двигателя. Изготавливается отливкой из чугуна (например, для двигателей ВАЗ, ЗИЛ, КамАЗ) или алюминиевого сплава (например, для двигателей ГАЗ, ИЖ, ЗМЗ). Плос­кость разъема блока цилиндров может проходить через ось коленчатого вала, а может быть смещена относительно нее.

Картер — это нижняя часть блока цилиндров, в нем находятся опорные гнезда {рис. 7) для подшипников коленчатого вала. К нему снизу крепится поддон для масла. Подшипники скольжения под опорные шейки распределительного вала располагаются в отверстиях, находящихся в средней части блока цилиндров. Ее стенки могут быть отлиты как единое целое с цилиндром или же цилиндры изготавливаются в виде вставных гильз.

Между стенками блока и наружной поверхностью вставных гильз имеется специальная полость — рубашка охлаждения, предназначенная для жидкостного охлаждения двигателя. Ее стенки могут быть отлиты как единое целое с цилиндром или же цилиндры изготавливаются в виде вставных гильз.

К блоку цилиндров спереди прикреплена крышка распределительных шестерен, сзади — картер сцепления.

Внутренняя поверхность цилиндров из-за высокоточной обработки называется зеркалом цилиндра.

На него может быть нанесена сетка для удержания смазки.

В верхнюю часть цилиндров устанавливаются вставки (сухие гильзы) из легированного чугуна, обладающие высокой коррозийной и износостойкостью и предназначенные для уменьшения изнашивания (сухие гильзы запрессовываются в деталь, мокрые — омываются снаружи жидкостью для отвода теплоты, что обусловило их широкое применение).

При установке мокрые гильзы уплотняются сверху за счет выступания их над плоскостью разъема, а в нижней части уплотняются резиновыми кольцами или медными прокладками.

Головка блока или цилиндров предназначена для размещения камеры сгорания, там же расположены впускные и выпускные клапаны, свечи зажигания (в дизелях — форсунки). Изготавливается из алюминиевого сплава. У двигателя может быть одна головка блока цилиндров (при рядном расположении) или две головки (при V-образной компановке), при V-образной компоновке также возможно наличие четырех головок — по головке на три цилиндра. У КамАЗов у каждого цилиндра своя головка.

По форме камеры сгорания различны, например, в карбюраторных двигателях камера сгорания может быть полусферической, полуклиновой или смешанной.

В головку запрессовываются (или вставляются) седла впускных и выпускных клапанов и запрессовываются направляющие втулки клапанов. На головке могут располагаться каналы для подвода горючей смеси, охлаждающей жидкости и для отвода отработавших газов.

Головка крепится к блоку цилиндров равномерно затянутыми шпильками с гайками, болтами. Герметичность соединения обеспечивается металло-асбестовыми прокладками.

Поддон картера (нижняя часть картера) предназначен для защиты картера от попадания посторонних частиц, грязи, применяется как резервуар для масла. Также служит как резервуар для хранения масла. Изготавливается штамповкой из листовой стали. Располагается ниже оси коленчатого вала. Крепится болтами, для уплотнения используются пробковые прокладки.

Дата добавления: 2015-09-05