Кривошипно-шатунный механизм двигателей автомобилей с кранами

§ 9.

Кривошипно-шатунный механизм двигателей автомобилей с кранами

Устройство и принцип работы

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала 1 (см. рис. 8) и передачи воспринимаемых поршнем усилий трансмиссии автомобиля. В многоцилиндровых двигателях этот механизм состоит из блока 4 цилиндров, головки 6 блока цилиндров, поршней 3 с кольцами и поршневым пальцем, шатунов 15, коленчатого вала 1, подшипников, маховика и картера двигателя.

Блоком цилиндров называется отливка, в которой размещены цилиндры двигателя. Иногда блок цилиндров называют блок-картером, так как он отливается вместе с картером. Блок-картер вместе с головкой блока образуют корпус двигателя, на котором установлены все его детали, механизмы и приборы. В цилиндрах блока, закрытых головкой, происходит рабочий процесс двигателя, сопровождающийся высоким давлением и температурой. Кроме того, стенки цилиндра служат для направления движения поршня, поэтому для повышения прочности и износостойкости блоки двигателей ЗИЛ-130, ЯМЭ-236 отливают из специальных сортов чугуна.

При изготовлении блоков внутренние стенки цилиндра тщательно обрабатывают (шлифуют). Внутренняя шлифованная поверхность цилиндров называется рабочей поверхностью, или зеркалом, цилиндра.

Блок цилиндров — основная и наиболее трудоемкая в изготовлении и ремонте часть двигателя. Износ и повреждения цилиндров снижают мощность двигателя, ухудшают его работу, а иногда выводят двигатель из строя. Особенно подвержена износу вследствие действия высоких температур верхняя часть зеркала цилиндра. Для продления срока службы и снижения трудоемкости ремонта двигателей блоки изготовляют со вставными гильзами по всей рабочей длине цилиндра или с короткими гильзами в зоне наибольшего износа.

Блок цилиндров дизельного двигателя обладает более высокой прочностью по сравнению с блоком цилиндра карбюраторного двигателя, так как в дизелях давление газов при сгорании значительно выше, чем в карбюраторных двигателях, и детали дизелей испытывают большие нагрузки. Повышение прочности блоков цилиндров дизелей достигается утолщением стенок цилиндров и картера, а также введением в конструкцию блока и картера ребер жесткости.

Между стенками цилиндров и стенками отливки блока имеется полость, которая заполняется водой, охлаждающей двигатель. Эта полость называется водяной рубашкой двигателя. Если охлаждающая жидкость омывает непосредственно стенки гильз цилиндров, такие гильзы называются мокрыми (двигатели ЗИЛ-130, ЯМЭ-236). Мокрые гильзы устанавливают в блок цилиндров так, что они соприкасаются с блоком только верхним и нижним кольцевыми поясами. Чтобы в двигателях с мокрыми гильзами вода из водяной рубашки не просачивалась в картер, гильзы при установке в цилиндры уплотняют резиновыми кольцами. Гильзы, внешние стенки которых не соприкасаются непосредственно с охлаждающей жидкостью, называются сухими.

Головку блока цилиндров устанавливают на верхнюю фрезерованную поверхность блока. Головки блока отливают из алюминиевого сплава (у карбюраторных двигателей) или чугуна

(у дизелей). Применение алюминиевого сплава уменьшает общий вес двигателя и улучшает его охлаждение. Между головкой блока и блоком для уплотнення соединения устанавливают сталеасбестовую прокладку. Головка крепится к блоку гайками на шпильках. В головке над цилиндрами изготовлены углубления, образующие камеры сгорания, а также имеется водяная рубашка, сообщающаяся с водяной рубашкой блока. При верхнем расположении клапанов в головке установлены гнезда клапанов и отлиты впускной и выпускной каналы. В головке имеются отверстия для установки свечей зажигания (у карбюраторных двигателей) или форсунок (у дизелей).

Рис. 9. Камеры сгорания: а — боковая Г-образная, б — центральная, в — полу клиновая, е — клиновая

Конструкции камер сгорания автомобильных двигателей различны. У двигателей с верхним расположением клапанов применяют центральные камеры (рис. 9, б), а также камеры полукли-нового (рис. 9, в) и клинового (рис. 9, г) типов. При нижнем расположении клапанов основной объем камеры сгорания смещен в сторону от оси цилиндра (Г-образная форма); такая конструкция

камеры (рис. 9, а) способствует усилению завихрения горючей смеси и улучшает смесеобразование. На современных двигателях широко применяют камеры сгорания полуклинового и клинового типов.

Конструкция блока цилиндров и головки блока зависит от типа и расположения механизма газораспределения. Если двигатель имеет клапанный механизм с нижним расположением клапанов, то в конструкции блока имеется клапанная коробка с каналами для подачи горючей смеси и отвода отработавших газов,

а также сверления для направляющих втулок клапанов. Если применен клапанный механизм с верхним расположением клапанов, то клапаны, направляющие втулки, впускные и выпускные каналы размещены в головке блока.

Поршень с кольцами и поршневым пальцем образуют поршневую группу. Поршень служит для сжатия в цилиндре рабочей смеси, восприятия при рабочем ходе давления газов и передачи его через палец и шатун коленчатому валу.

Поршень (рис. 10) состоит из головки 8 и юбки 10. Верхняя плоскость головки поршня, называемая днищем, ограничивает снизу рабочую полость цилиндра и непосредственно воспринимает давление газов. В головке поршня имеются канавки для установки поршневых колец. Юбка поршня, соприкасаясь со стенками цилиндра, направляет движение поршня. В процессе работы двигателя на поршень действуют давление газов, силы инерции, возникающие при возвратно-поступательном движении деталей, боковые силы, возникающие вследствие отклонения шатуна от оси цилиндра, и силы трения между стенками поршня и зеркалом цилиндра. Кроме того, поршни подвергаются воздействию высоких температур. Поэтому поршень должен обладать достаточной прочностью, жесткостью и износостойкостью.

Рис. 10. Поршень двигателя внутреннего сгорания:
1 — стопорное кольцо поршневого пальца, 2 — гнездо стопорного кольца, - 3 — бобышка, 4 — канавки поршневых колец, 5 — компрессионные кольца, 6 — маслосъемное кольцо, 7 — днище поршня, 8 — головка поршня, 9 —- разрез юбки, 10 — юбка, 11 — поршневой палец

Для изготовления поршней применяют прочные алюминиевые сплавы или чугун. Наибольшее распространение получили поршни из алюминиевых сплавов, так как они обладают большей теплопроводностью и имеют сравнительно небольшой вес, что улучшает тепловой режим работы и способствует снижению сил

инерции и нагрузки на детали двигателя. Во внутренней полости поршня в средней ее части имеются специальные приливы, называемые бобышками, в которых имеются отверстия для установки поршневого пальца.

У большинства карбюраторных двигателей днище поршня плоское, у дизелей из-за высокой степени сжатия объем камеры сгорания невелик, поэтому для увеличения ее объема в днищах поршней делают углубления различной формы. С внутреннем стороны днище поршня усилено ребрами жесткости, увеличивающими прочность поршня и поверхность охлаждения.

Во время работы двигателя поршень и цилиндр расширяются от нагревания. Но условия охлаждения цилиндра, омываемого водой, значительно лучше, чем условия охлаждения поршня. Поэтому цилиндр расширяется меньше, чем поршень. Чтобы избежать заклинивания поршня в цилиндре, головку поршня делают меньших размеров, чем юбку. Кроме того, поршень устанавливают в цилиндр с небольшим зазором (около 0,1 мм в юбке и 0,2— 0,3 мм в головке поршня).

Чтобы обеспечить достаточно плотную посадку поршня в цилиндр и предотвратить стуки поршня на непрогретом двигателе, юбки алюминиевых поршней делают в форме эллиптического конуса. Меньшая ось эллипса находится в плоскости поршневого пальца, а меньшее основание конуса — в верхней части юбки. У холодного поршня разница между размерами большой и малой осей эллипса юбки 0,1—0,3 мм.

Во избежание заклинивания алюминиевых поршней в цилиндрах на юбке поршня имеются разрезы. Наличие разреза придает юбке поршня пружинящие свойства, что позволяет поршню плотно прилегать к стенкам цилиндра, несмотря на изменение температуры нагрева.

Для улучшения приработки поршня с цилиндром поверхность юбки покрывают тонким слоем олова, в результате чего она становится более твердой и пористой. Пористость способствует удержанию на поверхности смазки.

Комплект поршней, устанавливаемый на одном двигателе, тщательно подбирают по весу: разница в весе поршней допускается не более 5 г. При сборке двигателя поршни по весу подбирают в комплекте вместе с кольцами, пальцами, шатунами.

Поршневой палец И служит для шарнирного соединения поршня с шатуном и представляет собой короткую толстостенную трубку. Палец работает в тяжелых условиях, так как воспринимаемые им силы непрерывно изменяются по величине и направлению, поэтому наружная поверхность пальца должна быть твердой и износостойкой, а сердцевина — вязкой, способной воспринимать ударные нагрузки. Вследствие этого поршневые пальцы изготовляют из хромоникелевой стали с последующей цементацией поверхности или из среднеуглеродистой и хромистой сталей

с последующей поверхностной закалкой токами высокой частоты.

По способу закрепления пальца от смещения различают пальцы плавающие и закрепленные в головке шатуна. Плавающий палец может поворачиваться в головке шатуна и в бобышках 3 поршня. Перемещение пальца в осевом направлении ограничивается стопорными кольцами 1, устанавливаемыми в специальных проточках бобышек. Палец, закрепленный в головке шатуна, может поворачиваться только в бобышках 3 поршня, в которые запрессовываются бронзовые втулки. В этом случае головка шатуна имеет разрезную конструкцию и палец затягивается в ней стяжным болтом.

Поршневые к о л ь ц а по назначению разделяют на компрессионные и маслосъемные. Компрессионные поршневые кольца 5 создают уплотнение, препятствующее прорыву газов между стенкой цилиндра и поршнем. Маслосъемные кольца 6 удаляют со стенок цилиндров излишнее масло и через прорези в кольце и сверления в канавках поршня направляют его в картер двигателя.

Кольца устанавливают в верхней части поршня, выше поршневого пальца; причем компрессионные кольца устанавливают выше маслосъемных. Чтобы обеспечить хорошее уплотнение поршня в цилиндре, поршневые кольца должны плотно и равномерно прилегать к внутренним поверхностям цилиндра. Для этого кольца выполняют разрезными по форме, приближающейся к кругу, диаметр которого в свободном состоянии больше диаметра цилиндра. Место разреза кольца называется замком. Замок кольца у большинства двигателей прямой. При установке поршневых колец на поршень замки их сдвигают так, чтобы они не совпадали, что устраняет прорыв газов в картер двигателя.

Поршневые кольца отливают из серого или легированного различными присадками чугуна. Для повышения износостойкости верхнее компрессионное кольцо покрывают пористым хромом. Толщина хромированного слоя 0,1—0,15 мм. Остальные компрессионные, а также маслосъемные кольца для ускорения приработки покрывают тонким слоем олова. Для повышения упругости кольца радиальная ширина его больше высоты.

На поршне карбюраторного двигателя обычно устанавливают три или четыре поршневых кольца. Так, на поршне двигателя ЗИЛ-130 устанавливают три компрессионных кольца и одно маслосъемное; на поршне двигателя ЯМЭ-236 — три компрессионных и два маслосъемных.

Маслосъемные кольца конструктивно отличаются от компрессионных тем, что на их наружной цилиндрической поверхности есть кольцевая канавка, на дне которой имеются сквозные прорези, совпадающие с отверстиями в канавках поршня. При движении поршня вниз маслосъемное кольцо снимает масло со стенок

цилиндра и через прорези в кольце и отверстия в поршне отводит в картер двигателя.

Шатун (рис. 11) служит для соединения поршня с коленчатым валом, а также для передачи усилия от поршня к коленчатому валу во время рабочего хода и от коленчатого вала к поршню во время остальных тактов. Шатун вместе с коленчатым валом преобразовывает возвратно - поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Шатун состоит из стержня 3, верхней 1 и нижней 5 головок. В верхнюю головку шатуна запрессовывается бронзовая втулка 2. Нижняя головка разъемная, съемная крышка 8 головки соединяется с основной частью шатуна болтами 4 и гайками 7.

У V-образных двигателей ЗИЛ-130 и ЯМЗ-236 шатуны установлены попарно на одной шатунной шейке коленчатого вала. При соединении шатуна с валом необходимо следить за правильным взаимным расположением опорных поверхностей (вкладышей) нижней головки и крышки. Для снижения трения в процессе работы двигателя в нижней головке шатуна устанавливают вкладыши 6 шатунного подшипника.

После сборки гайки 7 шатунных болтов шплинтуют во избежание их самоотвинчивания.

У карбюраторных двигателей (ЗИЛ-130) вкладыши заливают баббитом СОС-6-6, содержащим 6% сурьмы,

6 — олова и 88— свинца. Вкладыши дизеля ЯМЭ-236 изготовляют из свинцовистой бронзы.

Шатуны и их крышки изготовляют из углеродистых или легированных сталей. Тело шатуна обычно имеет двутавровое сечение, которое постепенно увеличивается от верхней головки к нижней. Такая форма придает шатуну необходимую прочность и жесткость при минимальном весе. Для смазки поршневого пальца в теле шатуна вдоль его оси просверливается канал.

Коленчатый вал (рис. 12) воспринимает усилия от шатунов и передает крутящий момент трансмиссии автомобиля, а также приводит в движение распределительный механизм, водя-

ной и масляный насосы, вентилятор и генератор. Составными частями коленчатого вала являются шейки коренные 7 -и шатунные 3, щеки 8, соединяющие коренные и шатунные шейки, фланец 6 для крепления маховика. На переднем конце 1 вала устанавливают храповик пусковой рукоятки, распределительную шестерню 10 и шкив привода вентилятора.

Коренными шейками вал устанавливают в подшипниках картера двигателя. В качестве коренных подшипников применяют стальные вкладыши, залитые баббитом СОС-6-6 (ЗИЛ-130) или свинцовистой бронзой (ЯМЭ-236). На рабочей поверхности.вкладышей имеются маслораспределительные канавки. К шатунным шейкам присоединяют нижние головки шатунов. Закругления в местах перехода от шеек к щекам называют галтелями. Задняя коренная шейка коленчатого вала обычно имеет маслоотражательный гребень и маслосгонную резьбу для устранения утечки масла из картера двигателя.

Восьмицилиндровые двигатели имеют коленчатый вал с шатунными шейками, расположенными под углом 90°; шатунные шейки двух противолежащих цилиндров расположены рядом на одной оси.

Для подачи масла к шатунным подшипникам в щеках вала из коренных шеек к шатунным просверливают каналы И. Имеющиеся на щеках противовесы 4 служат для уравновешивания центробежных сил и сил инерции движущихся деталей. Шатунные шейки коленчатых валов имеют грязеуловители, которые способствуют очистке масла, поступающего к шатунным подшипникам, от механических примесей.

У современных отечественных двигателей (ЗИЛ-130; ЯМЭ-236) коленчатые валы кованые из углеродистой стали. Шейки вала закаливают токами высокой частоты и шлифуют.

Коленчатый вал динамически сбалансирован вместе со смонтированным в маховике сцеплением и ступицей шкива ременной передачи.

Рис. 11. Шатун двигателя:
I — верхняя головка, 2 —
втулка, 3 — стержень, 4 - болт, а — нижняя головка. б — вкладыш, 7 — гайка. 8 — съемная крышка

Рис. 12. Коленчатые валы двигателей

Маховик служит для равномерного вращения коленчатого вала и вывода поршня из положений в. м. т. и н. м. т. При пуске двигателя в результате раскручивания коленчатого вала посторонней силой (пусковым двигателем, стартером) маховик получает некоторый запас кинетической энергии и способствует преодолению сопротивления сжатия в цилиндрах. Накапливаемый маховиком запас энергии используется для преодоления кратковременных перегрузок двигателя.

Маховик, представляющий собой массивный тщательно сбалансированный чугунный диск определенного веса, крепится к фланцу коленчатого вала болтами. Он должен быть точно сцентрирован с осью коленчатого вала, для чего на фланце имеются установочные штифты или центрирующий бурт. На обод маховика напрессован зубчатый венец, в зацепление с которым входит

шестерня стартера. Для установки поршня первого цилиндра в верхнюю мертвую точку на маховике нанесена метка.

Картер воспринимает все нагрузки, возникающие при работе двигателя, изолирует от окружающей среды детали кривошипно-шатунного механизма и служит резервуаром для масла. Он состоит из двух частей — верхней и нижней.

Верхняя часть отливается вместе с блоком цилиндров и имеет перегородки и ребра жесткости, повышающие прочность. К фланцу верхней части крепится болтами нижняя часть картера (поддон). Поддон картера штампуется из стали и имеет перегородки, предохраняющие масло от разбрызгивания и вспенивания.

Между верхней и нижней частями картера устанавливают пробковую прокладку. На наружных стенках картера крепят детали и приборы системы охлаждения и смазки двигателя.

содержание .. 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 ..