шатунный технический ремонт
Назначение КШМ. Кривошипно-шатунный механизм преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршней, воспринимающих давление газов, во вращательное движение коленчатого вала.
Типы и виды КШМ
- а) Несмещенный (центральный) КШМ, у которого ось цилиндра пересекается с осью коленчатого вала.
- б) Смещенный КШМ, у которого ось цилиндра смещена относительно оси коленчатого вала на величину а;
- в) V-образный кшм (в том числе с прицепным шатуном), у которого два шатуна, работающие на левый и правый цилиндры, размещены на одном кривошипе коленчатого вала.
Состав КШМ. Детали кривошипно-шатунного механизма можно разделить на две группы: подвижные и неподвижные. К первым относится поршень с кольцами и поршневым пальцем, шатун, коленчатый вал и маховик, ко вторым - блок цилиндров, головка блока, крышка блока распределительных зубчатых колес и поддон (картер). В обе группы входят также и крепежные детали .
Конструктивное исполнение деталей. Головка блока цилиндров предназначена для закрытия цилиндра, в ней размещаются впускные и выпускные каналы и клапана, а также форсунка или свеча. По типам головки блока цилиндров подразделяются на индивидуальные (а), групповые (б) и общие (в).
Головка блока цилиндров, как правило, изготавливается из алюминиевых сплавов методами точного литья с последующей механической обработкой и имеет очень сложную форму. Головку крепят к блоку цилиндров болтами или шпильками, затяжка которых производится в определённой последовательности и с определённым моментом затяжки, рекомендованным заводом - изготовителем.
Цилиндр - одна из основных деталей машин и механизмов: полая деталь с цилиндрической внутренней поверхностью, в которой движется поршень. Цилиндры также как и головка блока цилиндров бывают: индивидуальные, групповые и общие .
Существует два типа гильз:
"Сухие" это гильзы, не имеющие непосредственного контакта с охлаждающей жидкостью.
"Мокрые" это гильзы, наружная поверхность которых омывается охлаждающей жидкостью.
Мокрые гильзы обеспечивают хороший теплоотвод, и могут быть легко заменены при ремонте. Они чаще всего используются в дизельных двигателях с диаметром цилиндра более 120 мм, но иногда применяется в двигателях с меньшим диаметром цилиндра. Сухие гильзы проще в изготовлении. Двигатели, снабженные сухими гильзами, обладают хорошей ремонтопригодностью. В случае износа гильзу можно легко заменить без расточки цилиндров. Сухие гильзы также можно использовать при ремонте двигателя, в котором раньше гильзы не применялись .
В большинстве современных двигателей легковых автомобилей цилиндры выполняются непосредственно путем расточки в блоке цилиндров. В случае, когда блок алюминиевый, на стенки цилиндров наносят специальные покрытия, а к сопрягаемым деталям (поршням и кольцам) предъявляются особые требования.
Внутренняя поверхность гильзы подвергается специальной обработке - хонингование, хромирование, азотирование. Гильзы отливают из чугуна высокой прочности или специальных сталей. Рубашки и корпус блока цилиндров изготавливают обычно из того же материала, что и станина двигателя.
Поршень - деталь, предназначенная для циклического восприятия давления расширяющихся газов и преобразования его в поступательное механическое движение, воспринимаемое далее кривошипно-шатунным механизмом. Служит также для выполнения вспомогательных тактов по очистке и наполнению цилиндра. Как правило, оснащён поршневыми кольцами для улучшения герметичности системы цилиндр - поршень. Поршни бывают составными и несоставными .
Поршень подразделяется на две части: головку и направляющая часть (юбка). В головку входят днище, камера сгорания и канавки для колец. В юбке есть две бабышки для отверстия под палец. Кольца бывают двух видов: компрессионные, служащие для исключения утечки газа из надпоршневого пространства и маслосъемные, предназначенные для удаления масла со стенок цилиндров.
Поршневой палец, служащий для шарнирного соединения поршня с шатуном, изготовляется пустотелым из стали с поверхностной закалкой токами высокой частоты. От продольного перемещения, что могло бы вызвать задиры на стенках цилиндров, палец удерживается в бобышках поршня при помощи двух стопорных колец, вставляемых в кольцевые выточки. Пальцы бывают закрепленными и незакрепленными.
Шатун предназначен для соединения поршня с коленчатым валом через палец. Совершает сложное качательное движение. Состоит из трех частей: верхняя головка шатуна, стержень, нижняя головка с крышкой для крепления на коленчатый вал .
Коленчатый вал предназначен для передачи крутящего момента потребителю и одновременного обеспечения возвратно-поступательного движения поршня за счет поворота кривошипа. У коленчатого вала есть носок и хвостовик, на котором установлен маховик.
Маховик - это массивный металлический диск, который крепится на коленчатом валу двигателя. Во время рабочего хода, поршень, через шатун и кривошип, раскручивает коленчатый вал двигателя, который и передает запас инерции маховику. Маховик же передает крутящий момент через сцепление на коробку передач.
Запасенная в массе маховика инерция позволяет ему, в обратном порядке, через коленчатый вал, шатун и поршень осуществлять подготовительные такты рабочего цикла двигателя. То есть, поршень движется вверх (при такте выпуска и сжатия) и вниз (при такте впуска), именно за счет отдаваемой маховиком энергии. Если же двигатель имеет несколько цилиндров, работающих в определенном порядке, то подготовительные такты в одних цилиндрах совершаются за счет энергии, развиваемой в других, ну и маховик конечно тоже помогает .
Материал из 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.
Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре во вращательное движение коленчатого вала двигателя.
У четырехцилиндрового двигателя кривошипно-шатунный механизм состоит из:
Блока цилиндров с картером, - головки блока цилиндров, - поддона картера двигателя, - поршней с кольцами и пальцами, - шатунов, - коленчатого вала, - 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.
Материал и конструкция основных деталей КШМ. Кривошипно-шатунный механизм состоит из: блока цилиндров с картером, головки цилиндров, поршней с кольцами, поршневых пальцев, шатунов, коленчатого вала, маховика и поддона картера.
Блок цилиндров. Блок цилиндров является основной деталью двигателя к которой крепятся все механизмы и детали.
Цилиндры в блоках изучаемых двигателей расположены У-образно в два ряда под углом 90° (рис. 1).
Блоки цилиндров отливают из чугуна (ЗИЛ-130) или алюминиевого сплава. В той же отливке выполнены картер и стенки полости охлаждения, окружающие цилиндры двигателя.
В блоке двигателя устанавливают вставные гильзы, омываемые охлаждающей жидкостью. Внутренняя поверхность гильзы служит направляющей для поршней. Гильзу растачивают под требуемый размер и шлифуют. Гильзы, омываемые охлаждающей жидкостью, называются мокрыми. Они в нижней части имеют уплотняющие кольца из специальной резины или медные. Вверху уплотнение гильз достигается за счет прокладки головки цилиндров.
Увеличение срока службы гильз цилиндров достигается в результате запрессовки в наиболее изнашиваемую (верхнюю) их часть коротких тонкостенных гильз из кислотоупорного чугуна. Применение такой вставки снижает износ верхней части гильзы в 2--4 раза.
Блок цилиндров У-образного двигателя ЗИЛ-130 сверху закрыт двумя головками из алюминиевого сплава . В головке цилиндров двигателя ЗИЛ-130 размещены камеры сгорания, в которых имеются резьбовые отверстия для свечей зажигания. Для охлаждения камер сгорания в головке вокруг них выполнена специальная полость.
На головке цилиндров закреплены детали газораспределительного механизма. В головке цилиндров выполнены впускные и выпускные каналы и установлены вставные седла и направляющие втулки 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. В двигателе ЗИЛ-130 она сталеасбестовая, . Для уплотнения стальной прокладки в расточку на нижней плоскости головки цилиндра запрессовано стальное кольцо с острым выступом.
Снизу картер двигателя закрыт поддоном, выштампованным из листовой стали. Поддон защищает картер от попадания пыли и грязи и используется в качестве резервуара для масла. Поддон крепится к плоскости разъема болтами, а для обеспечения герметичности соединения применяют прокладки из картона или из клееной пробковой крошки.
Во время работы двигателя в картер проникают газы, что может повлечь за собой повышение давления, прорыв прокладок и вытекание масла. Поэтому картер через специальную трубку (сапун) сообщается с атмосферой.
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 (рис. 2). 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 (внутреннюю поверхность цилиндра или его гильзы называют 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 юбку, а саму юбку в поперечном сечении изготавливают не цилиндрической формы, а в виде эллипса с большей осью его в плоскости, перпендикулярной поршневому пальцу. На юбке поршня может быть разрез. Благодаря овальной форме и разрезу юбки предотвращается заклинивание поршня при работе прогретого двигателя.
Общее устройство поршней всех двигателей принципиально одинаковое, но каждый из них отличается диаметром и рядом особенностей, присущих только данному двигателю. Например, в головке поршня двигателя ЗИЛ-130 залито чугунное кольцо, в котором сделана канавка под верхнее компрессионное кольцо. Такая конструкция способствует уменьшению износа канавки под поршневое кольцо.
Поршни двигателя ЗИЛ-130 после механической обработки покрывают оловом, что способствует лучшей приработке и уменьшению износа их в первоначальный период работы двигателя.
Поршневые кольца , применяемые в двигателе, подразделяются на компрессионные и маслосъемные. Компрессионные кольца уплотняют зазор между поршнем и цилиндром и служат для уменьшения прорыва газов из цилиндров в картер, а маслосъемные снимают излишки масла с зеркала цилиндров и не допускают проникновения масла в камеру сгорания. Кольца, изготовленные из чугуна или стали, имеют разрез (замок) (см. рис. 2).
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. Количество колец, устанавливаемых на поршнях двигателей, неодинаковое. На поршнях двигателей ЗИЛ-130 три компрессионных кольца, два верхних хромированы по поверхности, соприкасающейся с гильзой. Маслосъемное кольцо собрано из четырех отдельных элементов -- двух тонких стальных разрезных колец и двух гофрированных стальных расширителей (осевого и радиального).
Поршневой палец шарнирно соединяет поршень с верхней головкой шатуна. Палец изготовлен в виде пустотелого цилиндрического стержня, наружная поверхность которого закалена нагревом током высокой частоты.
На двигателе ЗиЛ-130 применяются «плавающие» пальцы, т. е. такие, которые могут свободно поворачиваться как в верхней головке шатуна, так и в бобышках поршня, что способствует равномерному износу пальца. Во избежание задиров цилиндров при выходе пальца из бобышек осевое перемещение его ограничивается двумя разрезными стальными кольцами, установленными в выточках в бобышках поршня.
Шатун служит для соединения коленчатого вала с поршнем. Через шатун давление на поршень при рабочем ходе передается на коленчатый вал. При вспомогательных тактах (впуск, сжатие и выпуск) через шатун поршень приводится в действие от коленчатого, вала. Шатун (рис. 3) состоит из стального стержня двутаврового сечения, верхней неразъемной и нижней разъемной головок. В верхней установлен поршневой палец, а нижняя закреплена на шатунной шейке коленчатого вала. Для уменьшения трения в верхнюю головку шатуна запрессована бронзовая или биметаллическая с бронзовым слоем втулка, а в нижнюю, состоящую из двух частей, установлены тонкостенные вкладыши, представляющие собой стальную ленту, внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем антифрикционного сплава (ЗиЛ-130 - высоко- оловянистый алюминий). Обе части нижней головки шатуна скреплены двумя болтами, гайки которых во избежание самоотвертывания фиксируются. В двигателе ЗИЛ-130 под гайки подкладываются специальные шайбы, момент затяжки гаек 80...90,Н-м., а самоотвертыванию препятствуют специальные штампованные стопорные гайки. Затяжку стопорной гайки необходимо производить путем ее поворота на 1,5 ... 2 грани от положения соприкосновения о основной гайкой.
На стержне шатуна выштампован номер детали, а на крышке метка. Номер на шатуне и метка на его крышке всегда должны быть обращены в одну сторону. К верхней и нижней головкам шатуна подводится масло: к нижней головке -- через канал в коленчатом валу, а к верхней -- через прорезь. Из нижней головки шатуна масло через отверстие выбрызгивается на стенки цилиндров.
В двигателях на одной шатунной шейке коленчатого вала закреплено по два шатуна. Для правильной их сборки с поршнями нужно помнить, что шатуны правого ряда цилиндров собраны с поршнями так, что номер на шатуне обращен назад по ходу автомобиля (см. рис. 3), а левого ряда -- вперед, т. е. совпадает с надписью на поршне.
Коленчатый вал воспринимает усилия, передаваемые от поршней шатунами, и преобразует их в крутящий момент, который затем через маховик передается агрегатам трансмиссии.
В двигателе ЗиЛ-130 коленчатый вал стальной.Коленчатый вал (рис. 4) состоит из шатунных и коренных шлифованных шеек, щек и противовесов. На переднем конце вала двигателей ЗМЗ-53-12 и ЗИЛ-130 имеется углубление для шпонки распределительной шестерни и шкива привода вентилятора, а также нарезное отверстие для крепления храповика; задняя часть вала выполнена в виде фланца, к которому болтами прикреплен маховик. В углублении задней торцовой части коленчатого вала расположен подшипник ведущего вала коробки передач.
Количество и расположение шатунных шеек коленчатого вала зависит от числа цилиндров. В V-образном двигателе количество шатунных шеек в два раза меньше числа цилиндров, так как на одну шатунную шейку вала установлено по два шатуна -- один левого и другой правого рядов цилиндров.
Шатунные шейки коленчатого вала многоцилиндровых двигателей выполнены в разных плоскостях, что необходимо для равномерного чередования рабочих тактов в разных цилиндрах.
В восьмицилиндровых V-образных двигателях коленчатые валы имеют по четыре шатунные шейки, расположенные под углом в 90°.
В двигателе число коренных шеек коленчатого вала на одну больше, чем шатунных, т. е. каждая шатунная шейка с двух сторон имеет коренную. Такой коленчатый вал называют полноопорным.
Коренные и шатунные шейки коленчатого вала соединены между собой щеками.
Для уменьшения центробежных сил, создаваемых кривошипами, на коленчатом валу выполнены противовесы, а шатунные шейки сделаны полыми. Для повышения твердости и увеличения срока службы поверхность коренных и шатунных шеек стальных валов закаливают нагревом токами высокой частоты.
Коренные и шатунные шейки вала соединены каналами (сверлениями) в щеках вала. Зти каналы предназначены для подвода масла от коренных подшипников к шатунным.
В каждой шатунной шейке вала имеется полость, которая выполняет роль грязеуловителя. Сюда поступает масло от коренных шеек. При вращении вала частицы грязи, находящиеся в масле, под действием центробежных сил отделяются от масла и оседают на стенке грязеуловителя, а к шатунным шейкам поступает очищенное масло. Очистка грязеуловителей осуществляется через завернутые в их торцах резьбовые пробки только при разборке двигателя.
Перемещение вала в продольном направлении ограничивается упорными сталебаббитовыми шайбами, которые расположены по обе стороны первого коренного подшипника или четырьмя сталеалюминиевыми полукольцами, установленными в выточке задней коренной опоры. В местах выхода коленчатого вала из картера двигателя имеются сальники и уплотнители, предотвращающие утечку масла.
На переднем конце вала установлен резиновый самоподжимный сальник, а на заднем конце выполнена маслосгонная резьба или маслоотражательный буртик.
В заднем коренном подшипнике сделаны маслоулови-тельные каналы, в которые сбрасывается масло с маслосгонной резьбы или маслоотражательного буртика и установлен сальник, состоящий из двух кусков асбестового шнура.
Шатунные и коренные подшипники. В работающем двигателе нагрузки на шатунные и коренные шейки коленчатого вала очень велики. Для уменьшения трения коренные шейки, как и шатунные, расположены в подшипниках скольжения, которые выполнены в виде вкладышей, аналогичных шатунным. Вкладыши каждого коренного или шатунного подшипника состоят из двух половинок, устанавливаемых в нижней разъемной головке шатуна и в гнезде блока и крышке коренного подшипника. От провертывания вкладыши удерживаются выступом, входящим в паз шатунного или коренного подшипника. Крышки коренных подшипников закреплены при помощи болтов и гаек, которые для предотвращения от самоотвертывания зашплинтованы проволокой либо застопорены замковыми пластинами.
Маховик уменьшает неравномерность работы двигателя, выводит поршни из мертвых точек, облегчает пуск двигателя и способствует плавному троганию автомобиля с места. Маховик изготовлен в виде массивного чугунного диска и прикреплен к фланцу коленчатого вала болтами с гайками. При изготовлении маховик балансируется вместе с коленчатым валом. Для предотвращения нарушения балансировки при разборке двигателя маховик установлен на несимметрично расположенные штифты или болты.
Картер двигателя , отлитый заодно с блоком цилиндров, является базисной (основной) деталью. К картеру крепятся детали кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов. Для повышения жесткости внутри картера выполнены ребра, в которых расточены гнезда коренных подшипников коленчатого вала и опорных шеек распределительного вала.
Снизу картер закрыт поддоном, выштампованным из тонкого стального листа.
Поддон является резервуаром для масла и в то же время защищает детали двигателя от пыли и грязи. В нижней части поддона предусмотрено отверстие для выпуска масла, закрываемое резьбовой пробкой. Поддон прикреплен к картеру болтами. Чтобы не было утечки масла, между поддоном и картером установлены прокладки и резиновые уплотнители.
Неисправности и способы их устранения. При значительных изнашиваниях и поломках детали КШМ восстанавливают или заменяют. Эти работы, как правило, выполняют, отправляя в централизованный ремонт.
Закоксование поршневых колец в канавках можно устранить без разборки двигателя. Для этого в конце рабочего дня, пока двигатель не остыл, в каждый цилиндр через отверстие для свечей зажигания заливают по 20 г смеси равных частей денатурированного спирта и керосина. Утром двигатель пускают и после его работы 10-15 мин на холодном ходу останавливают и заменяют масло.
Диагностирование кривошипно-шатунного механизма производится на посту Д-2. При выявлении пониженных тяговых качествах, замеренных во всех цилиндрах автомобиля на стенде тягово-экономических качеств.
Компрессию двигателя определяют при вывернутых свечах у прогретого двигателя при t = 70-80°С и полностью открытых воздушных и дроссельных заслонках. Установив резиновый наконечник компрессометра в отверстие свечи проверяемого цилиндра, проворачиваем коленчатый вал стартером на 10-15 оборотов и записываемпоказания монометра. Компрессия должна быть для исправного автомобиля 0,75 - 0,80 мПа. Разница в показателях между цилиндрами не должна быть более 0,07 - 0,1 мПа.
В результате износа цилиндра, поршня и поршневых колец происходит падение компрессии (давления конца сжатия), мощности, уменьшается частота вращения коленчатого вала, увеличивается расход топлива и смазочного масла, появляется дым в картере двигателя. Эти же явления могут наблюдаться и в результате закоксовывания поршневых колец. Падение компрессии в дизельных двигателях сильно затрудняет их пуск, особенно при низких температурах.
Детонационные стуки при работе карбюраторного двигателя на бензине соответствующей марки и при правильной установке зажигания возникают при повышенных отложениях нагара в камере сгорания и перегреве деталей. Преждевременная вспышка топлива также происходит в результате перегрева деталей и отложения нагаров.
Стуки поршней, пальцев, а также стуки в шатунных и коренных подшипниках возникают при сильном увеличении зазоров в сопряжениях этих деталей в процессе их износа.
Падение давления масла в смазочной системе происходит из-за увеличения зазоров в шатунных и коренных подшипниках.
Типы и виды КШМ
а) Несмещенный (центральный) кшм, у которого ось цилиндра пересекается с осью коленчатого вала.
б) Смещенный кшм, у которого ось цилиндра смещена относительно оси коленчатого вала на величину а;
в) V-образный кшм (в том числе с прицепным шатуном), у которого два шатуна, работающие на левый и правый цилиндры, размещены на одном кривошипе коленчатого вала.
Информационная модель технологического процесса боронования. Типы рабочих органов борон. Конструктивные компоновки дисковых и зубовых борон. Графический и аналитический методы расчёта основных конструктивных параметров дисковых и зубовых борон.
Сейчас существуют бороны, изготавливаемые двумя основными видами рабочих органов: дисковые бороны (похожи на тарельчатые диски) и зубовые бороны (в виде зубьев). Зубья – это особые металлические стержни, имеющие длину 100 миллиметров. Они располагаются на раме таким образом, что работая с их помощью, никакой из них не пойдет по следу другого. Также применяют сетчатые бороны, которые не имеют жесткую раму. А на каменистых почвах зачастую работают бороны, имеющие зубья похожие на пластинчатые пружины.
КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ
1. Назначение КШМ и принцип работы.
2. Состав и устройство узлов КШМ.
1. Назначение КШМ и принцип работы.
Определение: механическая передача передающая энергию с преобразовани-ем видов движения.
В соответствие с общей классификацией машин и механизмов - кривошипно-ползунковый механизм (КПМ).
Назначение: КШМ служит для преобразования поступательного движения поршня под действием энергии расширения продуктов сгорания топлива во вра-щательное движение коленчатого вала.
Принцип действия : четырехтактный поршневой двигатель состоит из ци-линдра и картера, который снизу закрыт поддоном. Внутри цилиндра перемеща-ется поршень с уплотнительными (компрессионными) кольцами. Поршень через поршневой палец и шатун связан с коленчатым валом, который вращается в ко-ренных подшипниках, расположенных в картере. Сверху цилиндр накрыт голов-кой с клапанами, открытие и закрытие которых строго согласовано с вращением коленчатого вала. Перемещение поршня ограничивается двумя крайними поло-жениями, при которых его скорость равна нулю: верхней и нижней мертвой точ-кой. Безостановочное движение поршня через мертвые точки обеспечивается ма-ховиком, имеющим форму диска с массивным ободом.
Состав и устройство узлов КШМ.
Состав: все детали КШМ делятся на подвижные (рис.1) и неподвижные (рис. 2). К неподвижным (детали остова двигателя)относятся: картер, блок цилиндров, головка блока цилиндров и соединяющие их детали (рис. 2, 3), к подвижным - поршень с пальцем и кольцами, шатун, коленчатый вал и маховик.
Блок цилиндров является основой двигателя. Большая часть навесного обо-рудования двигателя монтируется на блоке цилиндров.
По форме блока цилинд-ров ДВС классифицируют :
Рядный двигатель: цилиндры располагаются последовательно в одной плос-кости; ось цилиндров вертикальна, под углом или горизонтальна; число цилинд-ров - 2, 3, 4, 5, 6, 8;
- V-образный двигатель : цилиндры располагаются в двух плоскостях с обра-зованием конструкции V - образной формы; угол развала - от 30° до 90°; число цилиндров 2, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 24;
VR-образный двигатель: рядно-смещенное расположение цилиндров в шахматном порядке с углом развала 15°. Очень узкие V-образные двигатели тако-го типа долгое время делала итальянская фирма “Lancia”, и ее опыт используется концерном “Volkswagen”;
W-образный двигатель: два рядно-смещенных блока VR, объединенных в V-образную конфигурацию с углом развала 72 °С. W8-Volkswagen Passat, W12- VW Phaeton и Audi A8, W16-Bugatti EB 16.4 Veyron;
Оппозитный двигатель: противолежащие друг другу цилиндры располага-ются горизонтально, число цилиндров - 2,4,6. Subaru обозначает свои оппозитные двигатели индексом "B" (Boxer), добавляя к нему цифру "4" или "6", в зависимо-сти от числа цилиндров.
Нумерация цилиндров начинается от носка коленвала, а при двух-, и четы-рехрядном расположении цилиндров - слева, если смотреть со стороны носка ко-ленвала (за исключением «РЕНО»). Направление вращения коленвала - правое, то есть по часовой стрелке, если смотреть с носка коленвала (за исключением Honda, Mitsubishi).
В конструкцию блока входят гильзы цилиндров, рубашка охлаждения и гер-метизированные масляные полости и каналы. Во внутренних полостях блока цир-кулирует жидкость системы охлаждения, там же проходят и масляные каналы системы смазки двигателя. Блок имеет монтажные и опорные поверхности для ус-тановки вспомогательных устройств.
Картер служит опорой для подшипников, на которых вращается коленчатый вал. Обычно выполняется заодно с блоком цилиндров. Такая конструкция называ-ется блок-картер. Снизу картер закрывается поддоном, в котором обычно хранит-ся запас масла.
Чаще картер и блок цилиндров отливают как одно целое. Если картер изготовляют отдельно, то к нему крепят или отдельные цилиндры, или блок цилиндров. Блок-картер совре-менного поршневого двигателя — это наиболее сложная и дорогая деталь. Он обладает большой жесткостью. В зависимости от вос-приятия нагрузки различают силовые схемы с несущими цилиндрами, с несущим блоком цилиндров, с несущими силовыми шпильками.
В первой схеме под действием сил давления газов стенки цилиндров и рубашки охлаждения испытывают напряжение разрыва. Во второй схеме, получившей наибольшее распространение, нагрузки восприни-маются стенками цилиндров и рубашки охлаждения, поперечными пе-регородками картера. В этой схеме часто используют сменные гиль-зы «мокрые» или «сухие» (рис. 3).
Рис. 2. Неподвижные детали ДВС
В этом случае основную нагрузку несут стенки рубашки охлаждения. Конструкция в целом оказывается менее жесткой. В третьей схеме растягивающие нагрузки воспри-нимаются силовыми шпильками, а цилиндр (или блок цилиндров) оказывается сжатым.
Рис. 3. Гильза цилиндров (а) и схемы по-садки мокрой (б) и сухой (в) гильз
При работе силы давления газов, растягивая шпильки, разгружа-ют цилиндр. Блок-картер служит базовой деталью, на нем размеща-ются все навесные агрегаты, механизмы и системы двигателя. Блок- картер воспринимает все силы, развивающиеся в работающем двига-теле, отдельные его элементы подвергаются значительному местному нагреву, он подвержен действию колебаний, а те его элементы, кото-рые сопрягаются с подвижными деталями двигателя, в процессе экс-плуатации сильно изнашиваются.
При длительной работе блок-кар-тер коробится из-за деформаций, действия силовых и тепловых нагрузок и структурных изменений в материале. Как следствие, теря-ются параллельность осей цилиндров, перпендикулярность осей ци-линдров к оси коленчатого вала, возникают другие нарушения макро-геометрии блока картера, что весьма нежелательно из-за увеличения трения, износа и даже выхода из строя всего двигателя.
Головка цилиндра (рис. 4) обеспечивает герметизацию верхней части ци-линдра. Совместно с днищами поршней, образует камеру сгорания. Обычно уста-навливается одна головка для всех цилиндров рядного и VR-образного, или две - для V, W и оппозитного двигателя. Она крепится к блоку цилиндров и, при работе составляет с ним единое целое. Уплотнение стыка обеспечивается прокладкой.
На большинстве ДВС в головке размещается привод клапанов, сами клапаны, свечи зажигания или накаливания, форсунки. Так же, как и в блоке цилиндров - имеются жидкостные и масляные каналы и полости.
Головки цилиндров подвержены действию максималь-ных сил давления газов, контактируют с нагретыми газами.
Рис. 4. Головка блока цилиндров: а) вид сверху, б) вид снизу
Для изготовления блок-картеров и головок цилиндров использу-ют серые или легированные чугуны марок СЧ 15-32, СЧ 21-40 и алюминиевые сплавы. Чугуны содержат около 3-4% углерода , ле-гирующие элементы (марганец , хром, никель, титан, медь, молибден), примеси серы и фосфора, кремний. Твердость чугунов составляет 230-250 по Бринеллю. Для све-дения к минимуму в про-цессе эксплуатации дефор-мации блока применяют операцию искусственного старения отливок перед механической обработкой.
Стенки блока цилиндров при работе двигателя ис-пытывают циклические на-пряжения изгиба. Обычно стремятся уменьшить ам-плитудные значения на-пряжения, что достигается путем оребрения поперечных стенок. Что-бы снизить упругие остаточные деформации постелей коренных под-шипников коленчатого вала, обеспечить их соосность и улучшить работу кривошипно-шатунного механизма, часто вводят силовые свя-зи между крышками коренных опор и стенками блока.
Очень важно при сборке, изготовлении или ремонте снизить так называемые монтажные деформации гильзы в сборе с блоком. Повы-шенные монтажные деформации гильзы, как свидетельствует опыт эксплуатации дизелей Д-37Е, ЯМЗ-236 и др., приводят к повы-шенному трению и преждевременному износу гильзы. Равномерность деформаций достигается путем обеспечения примерного равенст-ва деформаций участка блока при затяжке каждой шпильки, а их минимизация — путем увеличения жесткости гнезда, в котором раз-мещается шпилька. Блоки цилиндров и гильзы двигателей с водяным охлаждением подвержены кавитационному износу.
Причиной воз-никновения кавитации стенок блока цилиндров и гильз являются ин-тенсивные вибрации, возникающие при осуществлении рабочего про-цесса и ударах. Во избежание кавитационных износов в блоке цилинд-ров размещают антикавитационную защиту (например, в двигателе ЯМЗ), представляющую собой специальное антикавитационное пло-ское резиновое кольцо, устанавливаемое с натягом на гильзе и попада-ющее вместе с гильзой при сборке в выточку в блоке и гильзе. Как правило, при демонтаже узел разрушается, поэтому в эксплуатации при переборках его нужно заменять новым. Равномерного распре-деления нагрузок добиваются также во всех элементах головки блока цилиндров.
Особое внимание уделяют совершенствованию технологии литья головок и блоков цилиндров, чтобы снизить нарушение размеров отливок, избежать отбеливания чугуна, обеспечить точность и ста-бильность литья. Должным образом доведенная конструкция блока цилиндров и головки обеспечивает наработку 8000 моточасов и более.
Важный элемент конструкции — прокладка головки блока ци-линдров , обеспечивающая плотное соединение головки и блока ци-линдров и препятствующая прорыву газов из камеры сгорания при работе двигателя. Про-кладки делают цельноме-таллическими из меди или алюминия, тонкого сталь-ного листа (набора тонких листов), а также из листов графитизированного асбес-тового картона, положен-ных на стальную сетку.
Металлические проклад-ки используют в дизелях с жесткими блоками и го-ловками и при большой силе затяжки шпилек. Ас-бестовые прокладки при-меняют в карбюраторных двигателях, а также в ди-зелях. Шпильки, которыми притягивают головки и прокладку к блоку цилинд-ров, изготовляют из угле-родистых и легированных сталей. Нижняя часть кар-тера (поддон ) в двигателях не является несущей. Ее отливают из алюминиевого сплава или штампуют из тонкого стального листа. Поддон обычно служит ванной для масла, в нем размещают маслоприемные устройства, успокоители против разбрызгивания. Устанавливают его на про-кладках для предотвращения вытекания масла.
Шпильки подвергают расчетам на прочность на знакопеременные нагрузки. Оценки напряжений в элементах головок и блоков цилинд-ров по формулам сопротивления материалов носят условный харак-тер. Лишь в последние годы, после того как был развит метод конеч-ных элементов, стала возможной постановка задачи о расчетах на прочность таких сложных по конфигурации деталей, как блок цилинд-ров и головка. Расчеты эти требуют применения мощных вычислитель-ных машин. Традиционно заводы-изготовители много времени и сил затрачивают на экспериментальное определение характеристик на-дежности, вибрационной стойкости деталей остова.
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) представляет собой важный механизм автомобильного двигателя , который преобразовывает поступательные движения поршневой системы во вращательное движение коленчатого вала двигателя, от которого, в свою очередь, это движение передается на колеса автомобиля, что и приводит машину в движение.
Принцип работы кривошипно-шатунного механизма
Под давлением газов, которые образуются в цилиндрах двигателя при сгорании топливно-воздушной смеси, поршень совершает поступательное движение по направлению к коленчатому валу.
Важные детали механизма, а именно: поршень, шатун и вал помогают преобразовывать движения поступательного характера в движения вращательного, что в свою очередь запускает вращение колес автомобиля.
«Cshaft». Под лицензией Public domain с сайта Викисклада - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cshaft.gif#mediaviewer/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Cshaft.gif
В обратном порядке взаимодействие вала и поршня выглядит следующим образом: вал при вращательном движении через детали механизма - вал, шатун и поршень, преобразовывает энергию в поступательное поршневое движение.
By A. Schierwagen using OpenOffice Draw , via Wikimedia Commons
Как устроен кривошипно-шатунный механизм
Рисунок: http://mediaport.net.ua
Механизм состоит из деталей, как подвижных, так и неподвижных.
Детали подвижного типа:
- поршень;
- маслосъемное кольцо (1);
- компрессионные кольца (2);
- поршневой палец (3);
- стопорное кольцо (4);
- шатун;
- крышка шатуна (5);
- крепежный болт (6);
- вкладыши (7);
- втулка (8);
- коленчатый вал;
- шатунная шейка (9);
- противовес (10);
- коренная шейка (11);
- маховик
Детали неподвижного типа:
- блок и головка цилиндров ;
Поршень с кольцами и пальцем
Поршень - это небольшая цилиндрическая деталь, изготовленная из алюминиевого сплава. Его основным назначением является преобразование давления выделяемых газов в поступательное движение, передаваемое в шатун. Возвратно-поступательное движение обеспечивается за счет гильзы.
Поршень состоит из юбки, головки и дна (днища). Дно может иметь разную форму (выпуклую, вогнутую или плоскую), в нем содержится камера сгорания. На головке расположены небольшие канавки для поршневых колец (маслосъемных и компрессионных).
Кольца компрессионного типа предотвращают возможное попадание газов в двигательный картер, а кольца малосъемного типа предназначены для удаления лишнего масла со стенок цилиндра.
Юбка оснащена специальными бобышками с отверстиями, для установления поршневого пальца, соединяющий поршень и шатун.
Шатун
Шатун - еще одна деталь КШМ, которая изготавливается из стали методом штамповки или ковки, оснащенная шарнирными соединениями. Шатун предназначен для передачи энергии движения от поршня к валу.
Шатун складывается из верхней, разборной нижней головки и стержня. Верхняя головка соединяется с поршневым пальцем. Нижнюю разборную головку можно соединять с шейкой вала с помощью крышек (шатунных).
Кривошип (колено)
К любому кривошипу (колено) крепится шатун поршня. Зачастую кривошип располагается от оси шеек в определенном радиусе, что определяет ход поршня. Именно эта деталь дала название кривошипно-шатунному механизму.
Коленчатый вал
Еще одна подвижная деталь механизма сложной конфигурации, изготовленная из чугуна или стали. Основным назначением вала является преобразование поступательного поршневого движения поршня во вращательный момент.
Коленчатый вал складывается из шеек (коренных, шатунных), щек (соединяющих шейки) и противовесов. Щеки создают равновесие при работе всего механизма. Внутри шейки и щеки оснащены небольшими отверстиями, через которые под давлением происходит подача масла.
Маховик
Маховик, как правило, установлен на конце вала. Изготавливается из чугуна. Маховик предназначен для повышения равномерного вращения вала для запуска двигателя с помощью стартера.
В настоящее время чаще применяются маховики двухмассового типа - два диска, которые достаточно плотно соединены между собой.
Блок цилиндров
Это неподвижная деталь КШМ, которая изготавливается из чугуна или алюминия. Блок предназначен для направления поршней, именно в них осуществляется весь рабочий процесс.
Блок цилиндров может быть оснащен рубашками охлаждения, постелями для подшипников (распределительного и коленчатого вала), точкой крепления.
Головка цилиндров
Эта деталь оснащена камерой сгорания, каналами (впускными и выпускными), отверстиями для свечей зажигания, втулками и седлами. Головка цилиндров изготавливается из алюминия.
Как и блок, головка также имеет рубашку охлаждения, которая соединяется с рубашкой цилиндра. А вот герметичность этого соединения обеспечивается специальная прокладка.
Закрывается головка небольшой штампованной крышкой, при этом между ними устанавливается резиновая прокладка, устойчивая к воздействию масел.
Поршень, гильза цилиндров и шатун образуют то, что автомобилисты обычно называют цилиндр. Двигатель может иметь от одного до 16, а иногда и больше цилиндров. Чем больше цилиндров, тем больше общий рабочий объем двигателя и, соответственно, тем больше его мощность. Но нужно понимать, что при этом одновременно с мощностью растет и расход топлива. Цилиндры в двигателе могут располагаться по различным компоновочным схемам:
- рядная (оси всех цилиндров располагаются в одной плоскости)
- V-образная компоновка (оси цилиндров располагаются под углом 60 или 120 градусов в двух плоскостях)
- оппозитная компоновка (оси цилиндров располагаются под углом 180 градусов)
- VR-компоновка (аналогично V-образной, но плоскости располагаются под небольшим углом относительно друг друга)
- W-образная компоновка представляет собой совмещение на одном коленчатом валу двух VR-компоновок, расположенных V-образно со смещением относительно вертикали
От компоновочной схемы зависит балансировка двигателя, а так же его размер. Наилучшей балансировкой обладает оппозитный двигатель, однако он редко используется на автомобилях из-за конструктивных особенностей.
Так же отличным балансом обладает рядный шестицилиндровый двигатель, но его применение на современных автомобилях практически невозможно из-за его громоздкости. Наибольшее распространение получили V-образные и W-образные двигатели из-за наилучшего сочетания динамических характеристик и конструктивных особенностей.
