Кшм общее устройство – Общее устройство кривошипно-шатунного механизма (КШМ)

Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) служит для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

КШМ состоит из неподвижных и подвижных деталей. Группу неподвижных деталей составляют блок цилиндров, головки цилиндров, гильзы, вкладыши, крышки коренных подшипников.

В группу подвижных деталей входят поршни, поршневые кольца, поршневые пальцы, шатуны, коленчатый вал с маховиком.

Неподвижные детали кшм

Блок цилиндров является базовой деталью (остовом) двигателя (рис. 3). На нем устанавливаются все основные механизмы и системы двигателя.

Рисунок 3. Неподвижные детали кривошипно-шатунного механизма: 1 – крышка блока зубчатых колес ГРМ; 2 – сталеасбестовая прокладка; 2 – головка блока цилиндров; 4, 10 – входные отверстия водяной рубашки; 5, 9 – выходные отверстия водяной рубашки; 6, 8 – каналы для подачи горючей смеси; 11 – седло клапана; 12 – гильза; 13 – шпильки крепления; 14 –верхняя часть; 15 – блок цилиндров; 16 – гнезда гильз

В автотракторных многоцилиндровых двигателях с жидкостным охлаждением все цилиндры выполняются в виде общей отливки, которая и называется блоком цилиндров. Такая конструкция обладает наиболее высокой жесткостью и хорошей технологичностью. С раздельными цилиндрами в настоящее время выполняются только двигатели воздушного охлаждения.

Блок цилиндров работает в условиях значительного до 2000 °С и неравномерного нагрева и давления (9,0…10,0 МПа). Чтобы противостоять действию значительных силовых и температурных нагрузок, блок цилиндров должен обладать высокой жесткостью, обеспечивающей минимальные деформации всех его элементов, гарантировать герметичность всех полостей (цилиндры, рубашка охлаждения, каналы и т. д.), иметь высокий срок службы, простую и технологичную конструкцию.

Для изготовления блока цилиндров применяют серый чугун или алюминиевые сплавы. Наиболее предпочтительным материалом для изготовления блока цилиндров в настоящее время является чугун, т.к. он дешев, обладает большой прочностью и мало поддается температурным деформациям.

В конце шестидесятых годов отечественная промышленность освоила литье чугунных блоков с толщиной стенок 2,5…3,5 мм. Такие блоки характеризуются высокой прочностью, жесткостью и стабильностью размеров, почти не уступают алюминиевым по массе.

Существенным недостатком блоков из алюминиевых сплавов является их повышенное тепловое расширение и относительно невысокие механические качества.

Расположение цилиндров может быть однорядным (вертикальным или наклонным), двухрядным или V-образным, с углом развала между цилиндрами 60°, 75°, 90°. Двигатели с углом развала 180° называются оппозитными. V-образная компоновка в 80-е годы XX века получила широкое распространение, так как обеспечивает большую компактность и меньшую удельную массу двигателя. Жесткость коленвала и его опор в этом случае повышается, что способствует увеличению срока службы двигателя. Меньшая длина двигателя облегчает компоновку его на машине и при одинаковой колесной базе позволяет получить большую полезную площадь грузовой платформы.

На двигателях с однорядным расположением цилиндров их номеруют, начиная с переднего. На V-образных двигателях номера присваивают вначале правому ряду цилиндров, начиная с переднего, а затем маркируют левый ряд.

Цилиндр в большинстве автотракторных двигателей выполняется в виде гильз, устанавливаемых в блок. Гильзы по способу установки делятся на сухие и мокрые.

Мокрые гильзы, омываемые снаружи охлаждающей жидкостью, обеспечивают лучший тепло отвод и более удобны при ремонте, т.к. могут быть легко заменены без использования специального инструмента и приспособлений.

Герметичность мокрой гильзы обеспечивают уплотнением нижней части резиновым кольцом и установкой медной прокладки под верхним буртиком. Применение мокрых гильз улучшает отвод от цилиндров избыточного тепла, однако снижает жесткость блока цилиндров.

Сухие гильзы используются преимущественно в двухтактных двигателях, где применение мокрых гильз затруднительно.

Гильза воспринимает высокое давление рабочих газов, имеющих значительную температуру. Поэтому гильзы изготовляют, как правило, из легированного чугуна, хорошо противостоящего эрозийному и абразивному износу и обладающего удовлетворительной коррозийной стойкостью. Внутренняя поверхность гильзы – зеркало цилиндра – тщательно обработана.

Поскольку условия работы верхней части гильзы наиболее тяжелые, а изнашивается она наиболее интенсивно, в современных двигателях равномерность износа цилиндров по высоте обеспечивается короткими вставками из противокоррозийного высоколегированного аустенитного чугуна (нирезиста). Использование такой вставки повышает срок службы гильз в 2,5 раза.

Головка цилиндров служит для размещения камер сгорания, впускных и выпускных клапанов, свечей зажигания или форсунок.

В процессе работы двигателя головка цилиндров подвергается воздействию высоких температур и давлений. Нагрев отдельных частей головки неравномерен, т.к. одни из них соприкасаются с продуктами сгорания, имеющими температуру до 2500° С, а другие омываются охлаждающей жидкостью.

Основные требования к конструкции головки цилиндров: - высокая жесткость, исключающая деформации от механических нагрузок и коробление при рабочих температурах; простота; технологичность конструкции и небольшая масса.

Головка цилиндров выполняется отливкой из чугуна или алюминиевого сплава. Выбор материала зависит от типа двигателя. В карбюраторных двигателях, где сжимается горючая смесь, предпочтение отдается более теплопроводным алюминиевым сплавам, т. к. это обеспечивает бездетонационную работу. В дизельных двигателях, где сжимается воздух, головка цилиндров из чугуна способствует повышению температуры стенок камер сгорания, что улучшает протекание рабочего процесса, особенно при запуске в холодное время.

Головки цилиндров могут выполняться индивидуальными или общими. Индивидуальные головки, как правило, применяют в двигателях воздушного охлаждения. В большинстве двигателей, имеющих жидкостное охлаждение, применяют общие головки для каждого ряда цилиндров. В некоторых случаях, при большой длине блока цилиндров, применяют головки для группы в два -три цилиндра (например, у двигателя ЯМЗ-240 и А=01 Л).

У двигателя ЯМЗ-740 головки цилиндров отдельные на каждый цилиндр. Применение отдельных головок повышает надежность двигателя, позволяет избежать перекоса головки при неравномерной затяжке ее и прорыва газов через прокладку.

У карбюраторных двигателей и у некоторых типов дизелей обычно камеры сгорания располагают в головках цилиндров. Форма и расположение камер сгорания, впускных и выпускных каналов являются важным конструктивным параметром, определяющим мощностные и экономические показатели двигателей.

Форма камеры сгорания должна обеспечивать наилучшие условия для наполнения цилиндра свежим зарядом, полное и бездетонационное сгорание смеси, а также хорошую очистку цилиндра от продуктов сгорания.

В настоящее время у дизелей предпочтение отдается камерам сгорания, расположенным в поршнях. Такие камеры имеют меньшую поверхность и, следовательно, небольшие тепловые потери. Двигатели с камерами сгорания в поршне обладают более высокими антидетонационными качествами и повышенным коэффициентом наполнения.

Технология изготовления головки цилиндров в двигателях с камерой сгорания в поршне не сложная. Камеру в поршне легко получить при отливке и последующей механической обработкой довести объем камеры до заданного с высокой точностью.

Длительная работа головки цилиндров без деформации и коробления обеспечивается рациональным охлаждением, т.е. более интенсивным отводом тепла от наиболее нагретых ее частей.

studfile.net

Подвижные детали кшм

Поршень (рис. 4) воспринимает давление газов и передает его через поршневой палец и шатун на коленчатый вал. В двухтактных двигателях наряду с этим поршень выполняет роль золотника механизма газораспределения.

Поршни работают в весьма тяжелых условиях: они испытывают воздействие горячих газов и воспринимают большие динамические нагрузки. Например, в начале рабочего хода на днище поршня диаметром 100 мм действует сила 20…40 кН у карбюраторного двигателя и 6…100 кН – у дизельного. Поршень движется в цилиндре с высокой (до 2 м/с) переменной скоростью, вследствие чего в шатунно-поршневых комплектах возникают значительные (до 15…20 кН) знакопеременные силы инерции (с частотой изменения знака до 200 Гц).

Рисунок. 4. Поршень двигателя ЗИЛ-130: а – общий вид; б – поршневые кольца; в – размещение колец в поршне: 1– ребро поршня; 2 – канавки для поршневых колец; 3 – бобышки; 4 – днище поршня; 5 – головка поршня; 6 – юбка поршня; 7 – компрессионные кольца; 8 – нижнее коническое компрессионное кольцо; 9, 10, 11, 12 – маслосъемные кольца с расширителями; 13 – чугунная всатвка

Применение поршней из алюминиевых сплавов дает возможность снизить конструкционную массу и, следовательно, силы инерции на 20…30% по сравнению с чугунными. Наряду с этим поршни из алюминиевого сплава имеют и недостатки: меньшую механическую прочность, повышенный износ, больший коэффициент линейного расширения (в 2…2,5 раза).

Поскольку поршень непосредственно охлаждаться не может, он нагревается значительно сильнее, чем охлаждаемая гильза. Чтобы предотвратить заклинивание поршня в гильзе, необходимо иметь между ними определенный зазор, когда они находятся в холодном состоянии. Этот зазор уменьшается при прогреве двигателя.

В настоящее время с целью уменьшения коэффициента линейного расширения и повышения прочности применяют поршни, изготовленные из высококремнистого алюминиевого сплава (содержание кремния до 22%, как например, у семейства двигателей ЯМЗ).

Для предотвращения заклинивания поршня его устанавливают в цилиндр с зазором. Поскольку днище и головка поршня нагреваются интенсивнее, чем юбка, зазор между цилиндром и головкой делают большим.

Конструкция и размеры поршня определяются главным образом величиной и скоростью нарастания давления газов и быстроходностью двигателя. Поршни дизелей имеют более массивную и жесткую конструкцию, большее число поршневых колец.

На долговечность поршня и бесшумность его работы большое влияние оказывает размещение оси поршневого пальца. С целью обеспечения одинаковых условий работы поршня при различных направлениях его движения ось поршневого пальца несколько смещают вниз и располагают на высоте 0,64…0,68 рабочей высоты юбки. Чтобы избежать стуков при переходе через мертвые точки, ось поршневого пальца смещают на 1,4…1,6 мм от оси поршня в сторону действия боковой силы при рабочем ходе (противоположную направлению вращения).

Поршневой палец служит для шарнирного соединения поршня с шатуном. Для уменьшения массы и снижения сил инерции его делают пустотелым. Поршневой палец работает под воздействием ударных нагрузок, переменных по величине и направлению, подвергается изгибу и истиранию. Чтобы противостоять этим нагрузкам, поршневой палец должен иметь мягкую сердцевину и, твердую поверхность. Этим требованиям удовлетворяют поршневые пальцы, изготовленные из углеродистой или малолегированной стали. Их подвергают термической обработке – цементации на глубину 0,5…1,0 мм, с последующей поверхностной закалкой токами высокой частоты на глубину 1,0…1,5 мм. Наружную поверхность пальца шлифуют и полируют.

Подавляющее распространение на современных двигателях получили плавающие поршневые пальцы, которые могут проворачиваться как в верхней головке шатуна, так и в бобышках поршня. Такая конструкция обеспечивает более равномерный износ сопряжения. Осевая фиксация поршневого пальца осуществляется стопорными пружинными кольцами, устанавливаемыми в бобышках поршня.

Поршневые компрессионные кольца

служат для герметизации надпоршневого пространства и предотвращают прорыв газов в картер двигателя. Поршневое кольцо представляет собой криволинейный брус, имеющий в свободном состоянии вырез. При установке в цилиндр кольцо сжимается и благодаря своей упругости прижимается наружной поверхностью к зеркалу цилиндра. Уплотняющее действие поршневых колец тем лучше, чем больше их число. В карбюраторных двигателях устанавливают на поршне 2 - 3 компрессионных кольца, в дизельных – 3 - 4.

Поршневые кольца современных быстроходных двигателей работают в чрезвычайно тяжелых условиях, под воздействием высоких давлений и температур, сил инерции и трения. В наиболее тяжелых условиях работает верхнее компрессионное кольцо.

Самым распространенным материалом для изготовления поршневых компрессионных колец является легированный чугун. Чугунные поршневые кольца получают из индивидуально отлитых заготовок. Однако качество литых чугунных колец не полностью удовлетворяет современным требованиям.

В настоящее время часто применяют стальные кольца. Более перспективными являются кольца из металлокерамических материалов, обладающие большей износостойкостью. Такие кольца получают прессованием порошкообразной смеси железа, меди и графита под большим давлением и при высокой температуре.

В процессе работы двигателя компрессионные кольца попеременно прижимаются к верхней и нижней кромкам канавок поршня и действуют как насос, стремясь перекачивать масло со стенок цилиндра в камеру сгорания. Поэтому на поршнях устанавливают, кроме компрессионных, маслосъемные кольца. Они снимают масло со стенок цилиндра, направляя его обратно в картер двигателя. Длительное время маслосъемные кольца изготовлялись из чугуна. В настоящее время широкое распространение получили стальные составные маслосъемные кольца. Обладая гибкостью, относительной подвижностью элементов и высоким давлением на стенки цилиндра, стальное кольцо хорошо приспосабливается к поверхности цилиндра, имеющего искаженную форму (вследствие износа) и обеспечивает хорошее распределение масла по поверхности цилиндра как в новом, так и в изношенном двигателе. Переход с чугунных маслосъемных колец на стальные позволил уменьшить расход смазочного масла в 2 раза, а пробег двигателя до замены колец увеличить до 150000 км.

Шатун обеспечивает шарнирную связь прямолинейно движущегося поршня с вращающимся коленчатым валом. Он передает от поршня коленчатому валу силу давления газов при рабочем ходе. Шатун совершает сложное плоскопараллельное движение: возвратно-поступательное вдоль оси цилиндра и качательное относительно оси поршневого пальца. Шатун испытывает значительные знакопеременные нагрузки, действующие по его продольной оси. Во время рабочего хода сила давления газов сжимает шатун. Силы инерции стремятся оторвать поршень от коленчатого вала и растягивают шатун. Наряду с этим качательное движение вызывает знакопеременные силы инерции, изгибающие шатун в плоскости его качания.

Указанные условия работы предъявляют к конструкции шатуна следующие требования: высокая жесткость; достаточная усталостная прочность; небольшая масса; простота и технологичность. Габаритные размеры нижней головки шатуна не должны препятствовать его проходу через цилиндр при сборке двигателя.

Основными элементами шатуна являются верхняя (неразъемная) и нижняя (разъемная) головки и соединяющий их стержень. Наилучшей формой поперечного сечения стержня шатуна, обеспечивающей ему высокую жесткость при минимальной массе, является двутавр.

В верхнюю головку шатуна устанавливаются бронзовые втулки, обладающие высокой износостойкостью и сопротивляемостью усталостным разрушениям.

В нижнюю головку шатуна устанавливаются тонкостенные шатунные вкладыши, которые выполняются подобно вкладышам коренных подшипников, с тем же материалом антифрикционного слоя.

Шатуны для карбюраторных двигателей изготовляют из углеродистой или легированной стали. В дизельных двигателях шатуны работают при больших динамических нагрузках, поэтому для их изготовления требуются высоколегированная сталь и увеличенные сечения элементов (утяжеление конструкции).

Коленчатый вал (рис. 5) воспринимает усилия от шатунов и преобразует их в крутящийся момент. Коленчатый вал является наиболее напряженной деталью КШМ. Он подвергается растяжению, сжатию, изгибу, скручиванию, срезу, поверхностному трению, продольным и поперечным деформациям. При этом нагрузки носят динамический характер и достигают значительных величин.

При большой длине вала эти нагрузки могут вызвать заметные продольные и угловые деформации и привести к усталостным разрушениям.

Исходя из условий работы, характера и величены нагрузок, коленчатый вал должен удовлетворять следующим требованиям: обладать статической и динамической уравновешенностью; быть достаточно жестким и долговечным при небольшой массе; иметь высокую усталостную прочность; быть устойчивым против вибрации и крутильных колебаний; иметь точные размеры и высокую износостойкость трущихся поверхностей (коренных и шатунных шеек).

Коленчатые валы изготовляют ковкой или штамповкой из углеродистой или низколегированной стали. В последние годы получают распространение литые валы из магниевого чугуна. Они имеют меньшую массу и дешевле, чем кованые.

Валы подвергают термической обработке – закалке и отпуску. Шейки коленчатого вала закаливают токами высокой частоты на глубину 3…4 мм, шлифуют и полируют.

Рисунок 5. Подвижные детали кривошипно-шатунного механизма: 1 – храповик; 2 – фиксаторные шайбы; 3, 13 – шатунные шейки; 4 – вкладыши шатунных шеек; 5 – пружинное кольцо; 6 – поршневой палец; 7 – верхняя головка шатуна; 8 – стержень шатуна; 9 – болты; 10 – нижняя головка шатуна; 11 – крышка шатуна; 12, 19, 24, 29 – коренные шейки коленчатого вала;

14, 26 – вкладыши коренных шеек; 15, 16 – поршни; 17, 28 – противовесы; 18 – маховик; 20 – задняя часть вала; 21 – стопорное кольцо; 22, 27, 30 – крышки; 23 – масляная полость; 31 – шестерня привода ГРМ; 32 – передняя часть вала; 33 – шкив ременной передачи

Коленчатый вал имеет коренные и шатунные шейки, соединенные друг с другом при помощи щек. Коренные шейки выполняются одинаковыми по диаметру. Шатунная шейка со смежными щеками составляет колено, кривошип вала. Все шатунные шейки по длине и диаметру одинаковы.

В автотракторных двигателях коленчатые валы могут вращаться в подшипниках качения и скольжения. Подшипники качения обеспечивают уменьшение потерь на трение, что обеспечивает значительное облегчение запуска двигателя в холодное время. Однако в многоцилиндровых двигателях конструкция блока цилиндров и коленчатого вала с подшипниками качения значительно усложняется. Имеются и другие недостатки. Поэтому чаще всего используются подшипники скольжения. Коренные подшипники скольжения выполняют в виде тонкостенных стальных вкладышей (полуколец), которые устанавливают в расточках блока цилиндров. На внутреннюю поверхность вкладыша наносится слой из антифрикционного сплава, состав и свойства которого зависят от степени нагруженности.

В карбюраторных двигателях длительное время использовались свинцовооловянистые сплавы (баббиты). Широкое распространение получил сплав СОС–6–6 на свинцовой основе, содержащей 6% олова, 6% сурьмы, 0,5% меди. Однако свинцовооловянистые сплавы чувствительны к повышению температуры и, имеют недостаточную сопротивляемость уста-лостным выкрашиваниям.

В связи с этим в настоящее время получили широкое применение сталеалюминиевые вкладыши, обладающие высокой усталостной прочностью и хорошими противокоррозийными качествами. Сталеалюминиевые вкладыши широко применяются на современных V-образных карбюраторных двигателях и обеспечивают им достаточно высокий межремонтный срок службы.

В дизельных двигателях, имеющих повышенную нагрузку на подшипники, применяются стальные вкладыши с антифрикционным сплавом из свинцовистой бронзы, содержащей 30% свинца, улучшающего противозадирные свойства. Подшипники из свинцовистой бронзы выдерживают без усталостных разрушений почти вдвое большую нагрузку, чем баббиты и стабильно работают при нагреве до 140…150°С, в то время как для баббитов предельно допустимой является температура 120°С.

Вместе с тем антифрикционный сплав из свинцовистой бронзы плохо поглащает твердые абразивные частицы, недостаточно хорошо прирабатывается, имеет склонность к коррозии. Поэтому в двигателях с подшипниками из свинцовистой бронзы можно применять только специальное масло с противокоррозийной присадкой.

Маховик устанавливают на задний конец коленчатого вала для уменьшения неравномерности работы двигателя и выведения поршней из мертвых точек.

В многоцилиндровых двигателях рабочие ходы протекают с частичным перекрытием, что обеспечивает хорошую равномерность и позволяет кривошипному механизму проходить мертвые точки без помощи маховика. В этих случаях маховик обеспечивает плавную работу двигателя на малой частоте вращения, облегчает трогание машины и способствует пуску двигателя.

Маховик отливают из серого чугуна и крепят к фланцу коленчатого вала. На обод маховика напрессовывают стальной зубчатый венец, служащий для пуска двигателя от стартера.

На торцевой поверхности маховика наносят метки, соответствующие ВМТ и моменту зажигания. Этими метками пользуются при установке зажигания или впрыска, а также при проведении различных регулировок. В сборе с коленчатым валом маховик должен быть динамически сбалансирован.

При работе двигателя на детали КШМ действуют давление газов на поршень, силы инерции масс, движущихся возвратно-поступательно (поршень и часть массы шатуна) и вращающихся (колено вала и часть массы шатуна), силы веса. По мере вращения вала эти силы, за исключением силы веса, меняют величину и направление.

studfile.net

Кривошипно-шатунный механизм — Энциклопедия журнала "За рулем"

В одноцилиндровом четырехтактном двигателе на каждые два оборота коленчатого вала приходится четыре хода поршня, только один из которых - рабочий. Это приводит к неравномерной работе двигателя. Для небольших двигателей, таких? Как легкие лодочные моторы, двигатели мопедов, легких мотоциклов и т. д., такая неравномерность не представляет большой проблемы. Для более тяжелых автомобилей требуется большая мощность двигателя, а, следовательно, и больший рабочий объем цилиндра. В этом случае неравномерность работы двигателя становится более заметной. Вот почему на современных автомобилях применяются многоцилиндровые ДВС. Применение нескольких цилиндров, в которых рабочий ход происходит в разные моменты времени, дает возможность сгладить пульсации крутящего момента на вале двигателя. Большинство легковых автомобилей малого класса имеют четырехцилиндровые двигатели, хотя иногда используются двухцилиндровые и трехцилиндровые. На более тяжелых автомобилях, требующих большой мощности, наряду с четырехцилиндровыми, могут применяться пятицилиндровые и шестицилиндровые двигатели. Легковые автомобили высшего класса оборудуются восьмицилиндровыми и двенадцатицилиндровыми двигателями, хотя встречаются двигатели с десятью цилиндрами. Большинство грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности имеют двигатели с шестью и восемью цилиндрами.

Неподвижные детали кривошипно-шатунного механизма

Кривошипно-шатунный механизм многоцилиндрового двигателя состоит из подвижных и неподвижных деталей.
К подвижным деталям КШМ относятся: поршень, поршневые кольца, поршневой палец, шатун, коленчатый вал, вкладыш подшипника и маховик. Неподвижными деталями КШМ являются: блок цилиндров, головка блока цилиндров и прокладка головки блока.
Кривошипно-шатунный механизм воспринимает давление газов, возникающих при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, и преобразует это давление в механическую работу по вращению коленчатого вала.

Схемы расположения цилиндров в двигателях различной компоновки:
а — рядный четырехцилиндровый;
б — V-образный шестицилиндровый;
в — оппозитный четырехцилиндровый;
г — VR-двигатель шестицилиндровый;
д и е — W-образные 12-цилиндровые двигатели;
α — угол развала

Расположение цилиндров в блоке определяет компоновочную схему двигателя. Если оси цилиндров расположены в одной плоскости, то такие двигатели называют рядными.
Рядные двигатели устанавливаются на автомобиле или вертикально, или под углом к вертикальной плоскости для уменьшения высоты, занимаемой двигателем, а в некоторых случаях - горизонтально, например при размещении под полом автобуса. В V-образных двигателях оси цилиндров находятся в двух плоскостях, расположенных под углом друг к другу. Угол между осями цилиндров может быть различным. Разновидностью такого двигателя можно считать двигатель с так называемыми оппозитными (противолежащими) цилиндрами (в некоторых странах такую компоновку называют «boxer»), у которого этот угол составляет 180°. Сравнительно недавно появился двигатель W12, разработанный группой компаний Volkswagen, схема которого представляет собой как бы два V-образных двигателя с разными углами между осями цилиндров, имеющими общий коленчатый вал.

Двигатель W12, устанавливаемый на AudiA8 с 2001г., практически состоит из двух двигателей V6 с различными углами развала цилиндров, использующих общий коленчатый вал

Базовые понятия КШМ ДВС - это диаметр цилиндра и ход поршня. Диаметр цилиндра - это диаметр отверстия, под поршень, выполненного в блоке цилиндров .. Ход поршня — расстояние между ВМТ и НМТ. Диаметр цилиндра и ход поршня принято измерять в миллиметрах, а объем двигателя – в литрах. Понятно, что два двигателя одинакового объема могут иметь различное число цилиндров и различную компоновку.

Если диаметр цилиндра больше хода поршня, то такой двигатель называют короткоходным. Данные двигатели развивают более высокие максимальные обороты коленчатого вала, и в них упрощается размещение впускных и выпускных клапанов, что дает возможность получения высокой мощности. Если ход поршня превышает диаметр цилиндра, то двигатель считается длинноходным. Такие двигатели, как правило, более экономичны и характеризуются большими значениями крутящего момента. Длинноходные двигатели имеют большую высоту, но короче по длине.
При разработке конструкции двигателя приходится решать вопрос о выборе величины объема отдельного цилиндра. Если объем цилиндра сделать очень маленьким, то он будет плохо заполняться топливно-воздушной смесью, и мощность такого двигателя будет низкой. В то же время нельзя безгранично увеличивать объем цилиндра, потому что при этом фронт распространения пламени может не успеть дойти до стенок цилиндра за то короткое время, которое отводится на рабочий ход, а это приведет к уменьшению давления в цилиндре и скажется на уменьшении мощностных показателей двигателя.
В современных автомобильных двигателях объем отдельного цилиндра редко превышает 0,8л, а в большинстве двигателей составляет около 0,5л.
Чем большее число цилиндров имеет двигатель, тем равномернее он работает. Пульсации, возникающие при работе ДВС, могут быть уменьшены применением массивного маховика, устанавливаемого на конце коленчатого вала. Чем меньше цилиндров имеет двигатель, тем большей массой должен обладать маховик. В то же время массивный маховик из-за своей инерционности ухудшает способность двигателя быстро набирать обороты. Поэтому конструкторам двигателей приходится принимать компромиссные решения.

wiki.zr.ru

Лекция "Устройство кривошипно-шатунного механизма"

Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно – КШМ) – механизм двигателя. Основным назначением КШМ является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала в двигателе внутреннего сгорания и наоборот.

- Устройство КШМ:

• Поршень

hello_html_579eb007.jpgИмеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения. Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки, обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.

• Шатун

hello_html_mb1c2f76.jpg

Изготовленный штамповкой или кованый стальной (реже – титановый) шатун имеет шарнирные соединения. Основная роль шатуна состоит в передаче поршневого усилия к коленчатому валу. Конструкция шатуна предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с двутавровым сечением. В верхней головке и бобышках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка – разборная, позволяющая, тем самым, обеспечить тесное соединение с шейкой вала. Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.

• Коленчатый вал

hello_html_m534ef87f.jpg

Изготовленный из стали или чугуна высокой прочности коленчатый вал состоит из шатунных и коренных шеек, соединенных щеками и вращающихся в подшипниках скольжения. Щеки создают противовес шатунным шейкам. Основная функция коленчатого вала состоит в восприятии усилия от шатуна для преобразования его в крутящий момент. Внутри щек и шеек вала предусмотрены отверстия для подачи под давлением масла системой смазки двигателя.

• Маховик

hello_html_m5731e491.jpg

Устанавливается на конце коленчатого вала. На сегодняшний день находят широкое применение двухмассовые маховики, имеющие вид двух, упруго соединенных между собой, дисков. Зубчатый венец маховика принимает непосредственное участие в запуске двигателя через стартер.

• Блок и головка блока цилиндров

hello_html_253a05d0.jpg

Блок цилиндров и головка блока цилиндров отливаются из чугуна (реже – сплавов алюминия). В блоке цилиндров предусмотрены рубашки охлаждения, постели для подшипников коленчатого и распределительного валов, а также точки крепления приборов и узлов. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндра располагает в себе камеру сгорания, впускные-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей системы зажигания, втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечены прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.

hello_html_74407242.jpg

hello_html_m1bd89d4e.jpg

infourok.ru

Тема 1.3. Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для восприятия давления газов и преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Механизм состоит из неподвижных и подвижных деталей. К подвижным деталям относятся: блок цилиндров, гильзы цилиндров, головка блока цилиндров, к неподвижным – поршень в сборе, шатун, коленчатый вал и маховик.

Блок цилиндров составляет одно целое с верхней частью картера и служит основанием для крепления всех основных деталей и агрегатов, обслуживающих двигатель. Он отлит из чугуна (может быть и силуминовый). Когда блок выполнен с верхней частью картера, эту конструкцию называют блок-картером.

Блок цилиндров имеет обработанные посадочные отверстия для гильз цилиндров, а на поверхностях, сопрягаемых с головкой блока, имеются отверстия для подачи охлаждающей жидкости из водяной рубашки в головки блока цилиндров.

Нижняя внутренняя часть блока цилиндров разделена поперечными перегородками на отсеки, в каждом из которых расположено по цилиндру. В нижней части блока с наружной стороны имеются водораспределительные каналы, а с внутренней стороны – камеры штанг толкателей. В блоке просверлены каналы для прохода масла.

Поперечные вертикальные перегородки внутри блока цилиндров совместно с передней и задней стенками картера двигателя обеспечивают необходимые прочность и жёсткость блока цилиндров. В этих перегородках, а также в передней и задней стенках картера, растачивают гнёзда под верхние половины коренных подшипников коленчатого вала, нижние половины которых помещаются в специальных крышках, крепящихся к блоку цилиндров болтами.

Гильзы цилиндров обычно мокрого типа, они отлиты из специального модифицированного чугуна, обладающего повышенной прочностью и износостойкостью или из сталей марок 35ХМЮ, 35ХМЮА и др. С целью повышения износостойкости втулок используют азотированные стальные втулки. Мокрые – снаружи омываются охлаждающей жидкостью, в отличие от сухих, которые устанавливаются в специальные отверстия в блоке и с охлаждающейся жидкостью не соприкасаются.

Головка блока цилиндров вместе с днищем поршня и стенками цилиндров образует камеру сгорания. Конструкция головки блока цилиндра зависит от формы камеры сгорания, числа и расположения клапанов, форсунок или свечей зажигания, впускных и выпускных каналов, системы охлаждения.

Головка отливается из чугуна или алюминия. В верхнюю часть запрессованы направляющие втулки клапанов. Головка крепится шпильками. В нижней части головки имеются отверстия для запрессовки сёдел клапанов. На верхней плоскости головки размещены клапаны с пружинами, коромысла клапанов со стойками, а также латунные стаканы под форсунки для дизельных двигателей. Сверху головка закрыта стальной штампованной крышкой. Уплотнение обеспечивается прокладками.

Поршень представляет собой металлический стакан, установленный в цилиндре с некоторым зазором. Верхняя, усиленная часть поршня, воспринимающая давление газов, называется головкой, а нижняя, направляющая часть, – тронком или юбкой. Приливы в стенках тронка, служащие для установки поршневого пальца, называются бобышками.

Поршни бензиновых двигателей изготавливают из алюминиевых сплавов, а дизельных – из чугуна или стали. Поршни бывают сплошные и составные.

В бензиновых двигателях головка поршня имеет плоское днище и толстые стенки с внутренними рёбрами, повышающими её прочность и обеспечивающими хороший отвод тепла. В дизелях конструкции головок поршней весьма разнообразны и зависят от типа дизеля и системы смесеобразования. В головке на боковой наружной поверхности имеются канавки для установки поршневых колец.

Для улучшения приработки поршней в цилиндрах и для уменьшения износа на тронк поршня наносят специальные покрытия. Обычно трущуюся поверхность тронка лудят – покрывают очень тонким слоем олова (толщиной 0,004…0,006 мм). В средней части тронка делают приливы-бобышки с отверстиями для установки поршневого пальца.

Для того чтобы при нагревании поршень мог бы расширяться без заедания в цилиндре, поршень устанавливают с зазором между стенкой цилиндра и тронком. Чтобы в холодном двигателе зазор между поршнем и цилиндром не был чрезмерно большим, что может вызвать стуки поршня и прорыв газов из цилиндра, в алюминиевых поршнях применяют пружинящие разрезные тронки. При боковом разрезе по всей длине тронк несколько пружинит, и поршень вставляется в цилиндр холодного двигателя плотно, с малым зазором. При нагревании поршня разрез даёт возможность тронку расширяться без заедания поршня в цилиндре. Применяют также поршни с частичным, несквозным разрезом Т – или П - образной формы, что повышает жёсткость тронка.

Для уменьшения бокового зазора сечение тронка делают не круглой, а овальной формы. Величина овальности равна примерно 0,15…0,29 мм. Поршень устанавливают в цилиндре холодного двигателя с минимальным зазором по большой оси овала тронка, располагаемой в плоскости качания шатуна, где действуют боковые силы, прижимающие поршень к стенкам цилиндра.

Поршневые кольца устанавливаемые в поршне, разделяются на компрессионные и маслосъёмные (рис. 3).

Рис.3. Поршневые кольца и эпюра давления

Компрессионные кольца уплотняют поршень в цилиндре и служат для предотвращения прорыва газов через зазор между тронком поршня и стенкой цилиндра. Маслосъёмные снимают излишки масла со стенок цилиндров, препятствуя проникновению его в камеру сгорания.

Компрессионные кольца устанавливают в верхние канавки на головке поршня (два-три кольца). Верхнее уплотнительное кольцо работает в очень тяжёлых условиях (нагрев от стенок головки, трения и соприкосновения с горячими газами), поэтому сложно обеспечить надлежащую смазку. Уплотняющее действие достигается благодаря прижатию к зеркалу цилиндра и лабиринтному действию уплотнения, которое обеспечивается путем перетекания газа через зазоры под кольцами в заколечные полости поршневых колец. Маслосъёмные кольца (одно или два) располагают под компрессионными кольцами на головке или одно кольцо размещают внизу на тронке.

Компрессионные кольца изготавливают из чугуна путём их индивидуальной отливки и последующей обработки. На кольце делают вырез, называемый замок, и позволяющий кольцу пружинить. Замки бывают прямые, косые и составные.

Для увеличения плотности прилегания кольца к стенке цилиндра его изготовляют таким образом, что в свободном состоянии форма кольца отклоняется от окружности, вследствие чего при сжатии его и установке в цилиндр обеспечивается правильное распределение давления кольца на стенку цилиндра по всей окружности.

Для улучшения условий работы компрессионные кольца, работающие в наиболее тяжёлых условиях, обычно покрывают пористым хромом (общая толщина покрытия 0,10…0,15 мм, толщина слоя пористого хрома

0,04…0,06 мм). Хромированная поверхность износоустойчива, а пористый слой хрома хорошо удерживает в себе смазку.

Маслосъёмные кольца для улучшения прилегания к зеркалу цилиндра имеют расширитель (осевой 4 и радиальный 5). Оба расширителя представляют собой стальные гофрированные пружинящие кольца. Рабочая поверхность покрыта хромом. Для удаления масла, скапливающегося под кольцами, предусмотрены прорези или сверления в самих кольцах, а также радиальные отверстия в стенке направляющей поршня.

Маслосъёмные кольца изготавливаются из чугуна. Кроме чугунных применяют стальные составные кольца.

Поршневой палец предназначен для шарнирного соединения поршня с шатуном. Палец, представляющий собой короткую стальную трубку, которая проходит через верхнюю головку шатуна и концами лежит в бобышках поршня. При работе двигателя на палец действуют силы, стремящиеся его изогнуть; поверхность пальца подвергается износу в верхней головке шатуна и в бобышках поршня. Палец изготавливается из мягкой углеродистой стали и подвергается термической обработке (цементации или закаливанию).

Шатун служит для передачи действующего на поршень усилия от давления газов на шейку кривошипа коленчатого вала.

Шатун состоит из стержня, верхней и нижней головок, вкладышей и шатунных болтов. Требования к шатуну: обеспечение необходимой прочности и надёжности конструкции в целом, а также работоспособность верхней и нижней головок. Основной конструктивной характеристикой является отношение , где- радиус кривошипа,- длина шатуна. Снижениеуменьшает нормальное давление поршня на стенку цилиндра, однако приводит к увеличению длины шатуна.

Шатун изготавливают из высококачественной стали 35, 45, 40ХН, 40Х и др. Стержень шатуна имеет двутавровое сечение. В случае принудительной смазки поршневого пальца в стержне шатуна высверливают отверстие. Верхняя головка шатуна предназначена для установки поршневого пальца. При плавающем пальце головку изготавливают цельной и в неё запрессовывают одну или две втулки из оловянистой бронзы. Для смазки трущейся поверхности в головке и втулках сделаны отверстия.

Нижняя головка шатуна служит для соединения его с шатунной шейкой коленчатого вала. Для возможности сборки с валом нижнюю головку шатуна делают разъёмной. В нижнюю головку шатуна устанавливают шатунный подшипник, выполненный в виде двух тонкостенных вкладышей, залитых антифрикционным сплавом: оловянисто-алюминиевым, баббитом, свинцовистой бронзой. От проворачивания и сдвига вкладыши фиксируются в головке шатуна отогнутыми усиками, входящими в соответствующие пазы головки.

Основание вкладышей изготовляют из малоуглеродистой стальной ленты толщиной 1…2 мм, на которую наплавляют тонкий слой баббита толщиной 0,2…0,4 мм. Наибольшее применение имеет баббит на свинцовой основе с добавлением примесей, повышающих его качества. Так, широко применяется баббит марки СОС-6-6, содержащий 5,5…6,5% сурьмы, 5,5…6,5% олова, остальное − свинец. Такие вкладыши получили название биметаллических. В целях дальнейшего повышения долговечности подшипников в последние годы стали применять триметаллические тонкостенные вкладыши. В них между стальным основанием и наружным слоем баббита имеется металлокерамический подслой.

Стальные вкладыши у дизелей заливают свинцовистой бронзой, выдерживающей без разрушения большие нагрузки, чем баббит. Применяют также сталеалюминиевые вкладыши, изготовленные из биметаллической ленты.

Коленчатый вал воспринимает усилия от поршней шатунами и преобразует в крутящий момент. Имеет коренные и шатунные шейки, щеки, соединяющие их, противовесы (если они есть), фланец для крепления маховика, носок, на котором установлен храповик для завода рукояткой, распределительная шестерня и шкив привода вентилятора и водяного насоса.

Коленчатые валы являются наиболее ответственными, напряжёнными и трудоёмкими в изготовлении деталей двигателей. Вал воспринимает нагрузки от давления газов, сил инерции поступательно-движущихся и вращательных масс, вызывающие значительные знакопеременные скручивающие и изгибающие моменты. Периодически изменяющийся крутящий момент при определённых условиях может вызвать крутильные и продольные колебания вала, которые приводят к появлению дополнительных напряжений.

Коленчатые валы изготовляют цельными, составными и полусоставными. Коренные и шатунные шейки имеют одинаковый диаметр.

Газораспределительный механизм состоит из следующих деталей: распределительного вала, толкателей, штанги, коромысла, клапанов и распределительных шестерён. Распределительный вал обеспечивает своевременное открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов. Материалами служат стали 15, 25, 35, 15ХА и др. или чугун. Втулки опорных шеек изготавливают из стали, покрытой свинцовистым баббитом.

На распределительном валу расположены кулачки, шестерни привода масляного насоса и прерывателя-распределителя, эксцентрик привода топливного насоса. Распределительный вал получает вращение от коленчатого вала.

В четырёхтактных двигателях распределительный вал вращается в два раза медленнее коленчатого вала, а в двухтактном число оборотов одинаковое. Привод может быть либо шестерёнчатым, либо цепным. Для уменьшения шума шестерни привода изготавливают косозубыми.

Толкатели предназначены для передачи усилия от кулачков к штангам. Они изготовляются из стали, торцы для уменьшения изнашиваемости делают сферическим (или ролики) и наплавляют отбелённым чугуном.

Штанга передаёт усилие от толкателей к коромыслам и изготавливается либо из дюралюминиевого прутка, либо стали, имеет трубчатое сечение и на концах стальные наконечники. С одной стороны штанга упирается в толкатель, а с другой – в сферическую поверхность регулировочного винта, ввёрнутого в коромысло.

Коромысло передаёт усилие от штанги клапану. Коромысло изготавливают из стали или чугуна и устанавливают в бронзовую втулку на полую ось. Плечи коромысла неодинаковые – со стороны клапана длиннее. Этим уменьшается высота подъёма толкателя и штанги. В короткое плечо коромысла ввёрнут винт для регулировки теплового зазора.

Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные каналы. Клапан состоит из тарельчатой головки и стержня. Для улучшения наполнения диаметр головки впускного клапана изготовляют больше, чем выпускного.

Изготавливают клапаны из легированных жаропрочных сталей. Переход от тарелки к стержню сделан с большой галтелью, из-за возникающих в этом месте больших температурных напряжений. Форма тарелок клапана определяет его жёсткость и аэродинамичность. Плоская форма, тюльпанообразная − для впускных, выпуклая − для выпускных. Есть клапаны с внутренним охлаждением. При значительных массах целесообразно переходить на две пружины.

Сёдла клапанов для упрощения делают вставными. Материалом может служить жаропрочный чугун. Сёдла запрессовывают в выточки головки цилиндров. С целью повышения износостойкости и коррозионностойкости клапана опорную фаску тарелки, а иногда и фаску клапанного седла, покрывают стеллитом.

studfile.net

Общее устройство и работа кривошипно-шатунного механизма

Категория:

   Тракторы-2

Публикация:

   Общее устройство и работа кривошипно-шатунного механизма

Читать далее:



Общее устройство и работа кривошипно-шатунного механизма

Кривошипно-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.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

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.

Рекламные предложения:


Читать далее: Цилиндры, блок-картеры, головки цилиндров двигателя трактора

Категория: - Тракторы-2

Главная → Справочник → Статьи → Форум


stroy-technics.ru

Изучение устройства конструкций кривошипно-шатунного механизма (КШМ)

Лабораторная работа № 1

Тема: Изучение устройства конструкций кривошипно-шатунного механизма (КШМ)

1. Цель: Ознакомиться с устройством КШМ различных двигателей, уметь анализировать их конструктивные особенности

2. Краткие сведения

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре во вращательное движение коленчатого вала двигателя.

hello_html_m5e82a544.png

Рис. 1 Общий вид четырехцилиндрового двигателя (продольный и поперечный разрез)

1 – блок цилиндров; 2 – головка блока цилиндров; 3 – поддон картера двигателя; 4 – поршни с кольцами и пальцами; 5 – шатуны; 6 – коленчатый вал; 7 – маховик; 8 – распределительный вал; 9 – рычаги; 10 – впускные клапаны; 11 – выпускные клапаны; 12 – пружины клапанов; 13 – впускные и выпускные каналы

У четырехцилиндрового двигателя кривошипно-шатунный механизм состоит из:

  1. блока цилиндров с картером,

  2. головки блока цилиндров,

  3. поддона картера двигателя,

  4. поршней с кольцами и пальцами,

  5. шатунов,

  6. коленчатого вала,

  7. маховика.

В состав КШМ кривошипно-шатунного механизма двигателя входит две группы деталей: неподвижные и подвижные.

К неподвижным деталям относятся блок цилиндров, служащий основой двигателя, цилиндр, головки блока или головки цилиндров и поддон картера. Подвижными деталями являются поршни с кольцами и поршневыми пальцами, шатун, коленчатый вал, маховик. Кривошипно-шатунный механизм воспринимает давление газов при такте сгорание-расширение и преобразовывает прямолинейное, возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. У  V-образных двигателей блок цилиндров представляет собой массивный литой корпус, снаружи и внутри которого монтируются все механизмы и системы. Блок цилиндров объединяет в себе не только цилиндры и шатунно-поршневую группу, но и другие системы двигателя. Он является основой двигателя, в которой есть множество литых каналов и сверлений, подшипников и заглушек. Именно в блоке цилиндров вращается (на подшипниках) коленчатый вал. Во внутренних полостях блока циркулирует жидкость системы охлаждения, там же проходят и масляные каналы системы смазки двигателя. Большая часть из навесного оборудования двигателя монтируется, опять же, на блоке цилиндров. Нижняя часть блока является картером, в литых поперечинах которого расположены опорные гнезда для подшипников коленчатого вала. Такую отливку часто называют блок-картером. В средней части блока цилиндров имеются отверстия для установки подшипников скольжения под опорные шейки распределительного вала. Плоскость разъема блока может проходить по оси коленчатого вала или быть смещенной относительно ее вниз. К нижней части блок-картера крепится стальной штампованный поддон, служащий резервуаром для масла. По каналам в блоке масло из поддона подается к трущимся деталям двигателя. На V-образных двигателях для повышения жесткости блока цилиндров его плоскость разъема, расположена ниже оси коленчатого вала. В отливке блока цилиндров имеется рубашка для жидкостного охлаждения двигателя, представляющая собой полость между стенками блока и наружной поверхностью вставных гильз. Охлаждающая жидкость подается в рубашку охлаждения через два канала, расположенные по обеим сторонам блока цилиндров. К передней части блока цилиндров крепится крышка распределительных шестерен, а к задней – картер сцепления.

Блок цилиндров  отливается из серого чугуна или из алюминиевого сплава.

Рабочая поверхность цилиндров является направляющей при движениях поршня и вместе с ним и головкой блока цилиндров образует замкнутое пространство, в котором происходит рабочий цикл двигателя. Для плотного прилегания поршня и поршневых колец к цилиндру и уменьшения сил трения между ними внутреннюю полость цилиндров тщательно обрабатывают  с высокой степенью точности и чистоты, и поэтому она называется зеркалом цилиндра. Цилиндры могут быть отлиты как одно целое со стенками рубашки охлаждения или изготовлены отдельно от блока в виде вставных гильз. Последние подразделяются на "сухие" гильзы, запрессованные в расточенный блок, и сменные, "мокрые" гильзы, омываемые с наружной стороны охлаждающей жидкостью. При сгорании рабочей смеси верхняя часть цилиндров сильно нагревается и подвергается окислительному воздействию продуктов сгорания, поэтому в верхнюю часть блока цилиндров или гильз, как правило, запрессовывают короткие вставки - сухие гильзы длиной 40 - 50 мм. Вставки изготовляют из легированного чугуна, обладающего высокой износо- и коррозионной стойкостью. При установке мокрой гильзы ее борт выступает над плоскостью разъема на 0,02 - 0,15 мм. Это позволяет уплотнять ее, зажимая борт через прокладку между блоком и головкой цилиндров. В нижней части гильза уплотняется двумя резиновыми кольцами или медными прокладками, установленными по торцу нижнего пояса гильзы. Преимущественное  применение в двигателях мокрых гильз связано с тем, что  они обеспечивают лучший отвод тепла. Это повышает работоспособность и срок службы деталей цилиндропоршневой группы, при этом снижаются затраты, связанные с ремонтом двигателей в процессе эксплуатации. Головка блока цилиндров является второй по значимости и по величине составной частью двигателя. В головке расположены камеры сгорания, клапаны и свечи цилиндров, в ней же на подшипниках вращается распределительный вал с кулачками. Так же, как и в блоке цилиндров, в его головке имеются водяные и масляные каналы и полости. Головка крепится к блоку цилиндров и, при работе двигателя, составляет с блоком единое целое.

В головке цилиндров размещены камеры сгорания, в которых установлены впускные и выпускные клапаны, свечи зажигания или форсунки. На головке цилиндров крепятся детали и узлы привода клапанного механизма.Значительное влияние на процесс смесеобразования как в карбюраторных двигателях, так и в дизельных имеют формы камеры сгорания. В карбюраторных двигателях наибольшее распространение получили цилиндрические полусферические и клиновые камеры с верхним расположением клапанов. Для создания герметичности между блоком и головкой цилиндров установлена прокладка, а крепление головки к блоку цилиндров осуществлено шпильками с гайками. Прокладка должна быть прочной, жаростойкой и эластичной. Поршень воспринимает давление газов при рабочем такте и передает его через поршневой палец и шатун на коленчатый вал. Поршень представляет собой перевернутый цилиндрический стакан, отлитый из алюминиевого сплава. В верхней части поршня расположена головка с канавками, в которые вставлены поршневые кольца. Ниже головки выполнена юбка, направляющая движение поршня. В юбке поршня имеются приливы-бобышки с отверстиями для поршневого пальца.

При работе двигателя поршень, нагреваясь, расширится и, если между ним и зеркалом цилиндра не будет необходимого зазора, заклинится в цилиндре и двигатель прекратит работу. Однако большой зазор между поршнем и зеркалом цилиндра также нежелателен, так как это приводит к прорыву части газов в картер двигателя, падению давления в цилиндре и уменьшению мощности двигателя. Чтобы поршень не заклинивался при прогретом двигателе, головку поршня выполняют меньшего диаметра, чем юбка, а саму юбку в поперечном сечении изготавливают не цилиндрической формы, а в виде эллипса с большой осью его в плоскости, перпендикулярной поршневому пальцу. На юбке поршня может быть разрез. Благодаря овальной форме и разрезу юбка предотвращает заклинивание поршня при работе прогретого двигателя.

Поршневые кольца, применяемые в двигателях, подразделяются на компрессионные и маслосъемные. Компрессионные кольца уплотняют зазор между поршнем и цилиндром и служат для уменьшения прорыва газов из цилиндров в картер, а малосъемные снимают излишки масла с зеркала цилиндров и не допускают проникновение масла в камеру сгорания. Кольца, изготовленные из чугуна или стали, имеют разрез (замок). При установке поршня в цилиндр поршневое кольцо предварительно сжимают, в результате чего обеспечивается его плотное прилегание к зеркалу цилиндра при разжатии. На кольцах имеются фаски, за счет которых кольцо несколько перекашивается и быстрее притирается к зеркалу цилиндра, и уменьшается насосное действие колец. При установке колец на поршень их замки следует размещать в разные стороны. Для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна служит поршневой палец. Через пальцы передаются значительные усилия, поэтому их изготовляют из легированных или углеродистых сталей с последующей цементацией или закалкой ТВЧ. Поршневой палец представляет собой толстостенную трубку с тщательно отшлифованной наружной поверхностью, проходящую через верхнюю головку шатуна и концами опирающуюся на бобышки поршня. По способу соединения с шатуном и поршнем пальцы делятся на плавающие и закрепленные (обычно в головке шатуна). Наибольшее распространение получили плавающие поршневые пальцы, которые свободно поворачиваются в бобышках и во втулке, установленной в верхней головке шатуна. Осевое перемещение поршневого пальца ограничивается стопорными кольцами, расположенными в выточках бобышек поршня. При работающем двигателе в бобышках поршня возможны стуки пальцев из-за различного коэффициента линейного сплава и стали. Шатун служит для соединения поршня с кривошипом коленчатого вала и обеспечивает при такте рабочего хода передачу усилия от давления газов на поршень к коленчатому валу, а при вспомогательных тактах (впуск, сжатия, выпуск), наоборот, от коленчатого вала к поршню. При работе двигателя шатун совершает сложное движение. Он движется возвратно-поступательно вдоль оси цилиндра и качается относительно оси поршневого кольца. Шатун штампуют из легированной или углеродистой стали. Он состоит из стержня двутсеврового сечения, верхней головки, нижней головки и крышки. В стержне шатуна при принудительном смазывании плавающего поршневого пальца (в основном у дизелей) сверлится сквозное отверстие - масляный канал. Нижнюю головку, как правило, делают разъемной в плоскости, перпендикулярной к оси шатуна. В тех случаях, когда нижняя головка имеет значительные размеры и превышает диаметр цилиндра. Крышка шатуна изготовляется из той же стали, что и шатун, и обрабатывается совместно с нижней головкой, поэтому перестановка крышки с одного шатуна на другой не допускается. На шатунах и крышках с этой целью делают метки, чтобы обеспечить высокую точность при сборке нижней головки шатуна, его крышку фиксируют шлифованными поясками болтов, которые затягивают гайками и стопорят шклинтами или шайбами. В нижнюю головку устанавливают шатунный подшипник в виде тонкостенных стальных вкладышей, которые с внутренней стороны покрыты слоем антифрикционного сплава. От осевого смещения и провертывания вкладыши удерживаются выступами (усиками), которые входят в канавки нижней головки шатуна и его крышки. В нижней головке шатуна и во вкладыши делается отверстие для периодического выбрызгивания масла на зеркало цилиндра или на распределительный вал.

Для лучшей уравновешенности кривошипно-шатунного механизма разница в масле шатунов не должна превышать 6 - 8 г. В V-образных двигателях на каждой шатунной шейке коленчатого вала расположены два шатуна. В этих двигателях для правильной сборки шатуннопоршневой группы поршни и шатуны устанавливают строго по меткам. Коленчатый вал воспринимает силу давления газов на поршень и силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс кривошипно-шатунного механизма. Силы, передающиеся поршнями на коленчатый вал, создают крутящий момент, который при помощи трансмиссии передается на колеса автомобиля. Коленчатый вал изготовляют штамповкой из легированных сталей или отливают из высокопрочных чугунов. Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек, противовесов, заднего конца с отверстием для установки шарикоподшипника ведущего вала коробки передач и фланца для крепления маховика, переднего конца, на котором установлен хроповик пусковой рукоятки и шестерня газораспределения, шкива привода вентилятора, жидкостного насоса и генератора. Шатунные шейки со щеками образуют кривошипы. Для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил служат противовесы, которые изготовляют за одно целое со щеками, имеющими каналы для подвода масла, или прикрепляют к ним болтами. Если с обеих сторон шатунной шейки расположены коренные шейки, то такой коленчатый вал называется полнопорным.

В щеках коленчатого вала просверлены наклонные каналы для подвода масла от коренных подшипников к масляным полостям, выполненных в шатунных шейках в виде каналов большого диаметра, закрываемых резьбовыми заглушками. Эти полости являются грязеуловителями, в которых под действием центробежных сил при вращениии коленчатого вала собираются продукты изнашивания, содержащиеся в масле. Гнезда в блоке цилиндров под коренные подшипники и их крышки растачивают совместно, поэтому при сборке двигателя их необходимо устанавливать по меткам только на свои места. Тонкостенные вкладыши коренных подшипников покрыты таким же антифрикционным сплавом, что и вкладыши шатунных подшипников, и отличаются от последних только размерами. Широкое использование триметаллических сталеалюминиевых и сталесвинцовых вкладышей связано с тем, что слой антифрикционного покрытия обладает хорошими противоударными свойствами и повышенной прочностью. От продольного смещения и проворачивания вкладыши удерживаются выступами, входящие в соответствующие пазы в гнездах блока и их крышках. Осевые нагрузки коленчатого вала в большинстве карбюраторных двигателей воспринимаются упорной шайбой и стальными упорными кольцами, залитыми с внутренней стороны антифрикционным сплавом СОС-6-6, содержащим свинец, олово и сурьму. Осевые нагрузки коленчатого вала дизелей воспринимаются двумя парами упорных полуколец из бронзы или сталеалюминия, установленных в выточках задней коренной опоры.Маховик служит для обеспечения вывода поршней из мертвых точек, более равномерного вращения коленчатого вала многоцилиндрового двигателя при его работе на режиме холостого хода, облегчение пуска двигателя, снижение кратно-временных перегрузок при трогании автомобиля с места и передачи крутящего момента агрегатам трансмиссии на всех режимах работы двигателя. Маховик изготовляют из чугуна и динамически балансируют в сборе с коленчатым валом. На фланце маховика центрируются в строго определенном положении с помощью штифтов или болтов, которыми он крепится к фланцу. На обод маховика напрессован зубчатый венец, предназначенный для вращения коленчатого вала стартером при пуске двигателя. На торце или ободе маховика многих двигателей наносят метки, по которым определяют в. м. т. поршня первого цилиндра при установке зажигания (у карбюраторных двигателей) или момента начала подачи топлива (у дизелей).

Кривошипно-шатунный механизм состоит из следующих основных частей: цилиндра 7 (рис. 2), поршня 6 с кольцами 5, шатуна 3 с подшипником 2, поршневого пальца 4, коленчатого вала 10 с противовесами 9, вращающегося в подшипниках 1, и маховика 8. Детали кривошипно-шатунного механизма воспринимают большое давление (до 6...8 МПа) газов, возникающих при сгорании топлива в цилиндрах, а некоторые из них, кроме того, работают в условиях высоких температур (350° и выше) и при большой частоте вращения коленчатого вала (свыше 2000 мин"'). Чтобы детали могли удовлетворительно работать длительное время (не менее 8...9 тыс. часов) в таких тяжелых условиях, обеспечивая работоспособность двигателя, их изготавливают с большой точностью из высококачественных прочных металлов и их сплавов, а детали из черных металлов (сталь, чугун), кроме того, подвергают термической обработке (цементации, закалке).

hello_html_6ca2beeb.jpg

Рисунок 2 Кривошипно-шатунный механизм: 1 – коренной подшипник; 2 – шатунный подшипник; 3 – шатун; 4 – поршневой палец; 5 – поршневые кольца; 6 – поршень; 7 – цилиндр; 8 – маховик; 9 – противовес; 10 – коленчатый вал

В двигателе внутреннего сгорания топливо сгорает внутри цилиндров и тепловая энергия, выделяющаяся при этом, преобразуется в механическую работу. Рабочим циклом называется совокупность процессов, периодически повторяющихся в определенной последовательности в цилиндре. В четырехтактном двигателе рабочий цикл совершается за четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход (сгорание и расширение) и выпуск, или, иначе говоря, за два оборота коленчатого вала.

Такт – это процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня.

Ход поршня S - путь, проходимый поршнем от одной мертвой точки до другой.

Мертвыми точками называются крайние верхнее и нижнее положения поршня, где его скорость равна нулю. Верхняя мертвая точка сокращенно обозначается в.м.т., нижняя мертвая точка – н.м.т.

Рабочий объем цилиндра Vр – объем, освобождаемый поршнем при движении от в.м.т. до н.м.т.

Литраж – рабочий объем всех цилиндров двигателя.

Объем камеры сгорания Vc - объем, образующийся над поршнем, когда последний находится в в.м.т.

Полный объем цилиндра Vп – это его рабочий объем плюс объем камеры сгорания.

Индикаторная мощность – мощность, развиваемая расширяющимися газамитпри сгорании топлива в цилиндрах двигателя (без учета потерь).

Эффективная мощность – мощность, получаемая на маховике коленчатого вала. Она на 10 – 15% меньше индикаторной из-за потерь на трение в двигателе и приведение в движение его вспомогательных механизмов и приборов.

Литровой мощностью называется наибольшая эффективная мощность, получаемая с одного литра рабочего объема (литража) цилиндрического двигателя.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя происходит следующим образом.

Первый такт – впуск. При движении поршня от в.м.т. (вниз) вследствие увеличения объема в цилиндре создается разрежение, под действием которого из карбюратора через открывающийся впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь (паров бензина с воздухом). В цилиндре горючая смесь смешивается с оставшимися в нем от предыдущего рабочего цикла отработавшими газами и образует рабочую смесь.

Второй такт – сжатие. Поршень движется вверх, при этом оба клапана закрыты. Так как объем в цилиндре уменьшается, то происходит сжатие рабочей смеси.

Третий такт – рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется электрической искрой и быстро сгорает (за 0,001 – 0,002 с). При этом происходит выделение большого количества тепла и газы, расширяясь, создают сильное давление на поршень, перемещая его вниз. Сила давления газов от поршня передается через поршневой палец и шатун на коленчатый вал, создавая на нем определенный крутящий момент. Таким образом, во время рабочего хода происходит преобразование тепловой энергии в механическую работу.

Четвертый такт – выпуск. После совершения полезной работы поршень движется вверх и выталкивает отработавшие газы наружу через открывающийся выпускной клапан.

Из рабочего цикла двигателя видно, что полезная работа совершается только в течение рабочего хода, а остальные три такта являются вспомогательными. Для равномерности вращения коленчатого вала на его конце устанавливают маховик, обладающий значительной массой. Маховик получает энергию при рабочем ходе и часть ее отдает на совершение вспомогательных тактов.

В целях получения большей мощности и равномерного вращения коленчатого вала двигатели делают многоцилиндровые. Так, в четырехцилиндровом двигателе за два оборота коленчатого вала получается не один, а четыре рабочих хода.

3. Учебные пособия, приспособления и инструменты

3.1. Учебные плакаты, стенды с разрезами КШМ, отдельные узлы и детали КШМ

4. Порядок проведения работы

4.1 Изучить принцип работы КШМ

4.2 Изучить устройство КШМ

4.3 Изучить неподвижные и подвижные детали КШМ

5. Содержание отчета

5.1 Описать назначение, общее устройство и работу КШМ

5.2 Описание принципа действия КШМ

5.3 Описание особенностей сборки деталей и узлов КШМ

5.4 Начертить схему КШМ

5.5. Описание материалов, применяемых для изготовления деталей КШМ

6. Контрольные вопросы

6.1. Назначение, устройство и принцип работы КШМ?

6.2. Краткое конструктивное описание элементов входящих в КШМ?

6.3. Порядок работы четырех-, шести- и восьмитактных двигателей?

6.4. Применяемые материалы для изготовления деталей КШМ двигателя?

6.5. Способ фиксации коленчатого вала от осевых перемещений у изучаемых двигателей?

6.6. Как установить поршень первого цилиндра в ВМТ?

6.7. Основные особенности устройства КШМ изучаемых двигателей?

6.8. Основные параметры двигателя?

6.9.Классификация двигателей?

6.10. Для чего служит дезаксаж двигателя?

6.11. Способы повышения надежности деталей и узлов КШМ?

Список литературы

  1. Боровских Ю.Л,Кленников В.М., усторйство автомобиля. М Высшая школа, 1983г

  2. Михайловский Е.В., Серебряков Е.Я. « Устройство автомобиля». Машиносртоение, 1985г.

  3. Соснин Д. А. « Автотроника», СОЛОН- Р, 2001 г

  4. Соснин Д. А., Колесниченко В.Н. « Теоретические аспекты современных электорнных систем зажигание для ДВС». Сборник трудов МАДИ. 1981 г.

  5. Спинов В.Р. « Системы впрыска бензиновых двигателей» М. Машиностроение , 1995 г.

  6. Селифонов В.В., Бирюков М.К. « Устройство и техническое обслуживание атобусов» , за рулем, федеральный комплект учебников.

  7. ЮТТ В.Е. Электрооборудование автомобилей,- М Транспорт, 1989-

  8. М.Н. Фесенко.Теория, конструкция и расчет автотракторного электрооборудование М- машиностроение.

infourok.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о