Для чего предназначен кшм – Кривошипно-шатунный Механизм Двигателя, Назначение, Принцип Действия и Характеристика КШМ, Диагностика и Ремонт Неисправностей, Конструкция с Чертежами и Схемами

  • 25.09.2019

Содержание

Кривошипно-шатунный механизм — Википедия. Что такое Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение (например, во вращательное движение коленчатого вала в двигателях внутреннего сгорания), и наоборот. Детали КШМ делят на две группы, это подвижные и неподвижные детали:

  • Подвижные: поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец, шатун, коленчатый вал с подшипниками или кривошип, маховик.
  • Неподвижные: блок цилиндров (является базовой деталью двигателя внутреннего сгорания) и представляет собой общую отливку с картером, головка цилиндров, картер маховика и сцепления, нижний картер (поддон), гильзы цилиндров, крышки блока, крепежные детали, прокладки крышек блока, кронштейны, полукольца коленчатого вала.

Принцип действия

Прямая схема: Поршень под действием давления газов совершает поступательное движение в сторону коленчатого вала. С помощью кинематических пар «поршень-шатун» и «шатун-вал» поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал состоит из:

  • шатунных шеек
  • коренных шеек
  • противовеса

Обратная схема: Коленчатый вал под действием приложенного внешнего крутящего момента совершает вращательное движение, которое через кинематическую цепь «вал-шатун-поршень» преобразуется в поступательное движение поршня.

История

В природе

Задние конечности кузнечиков представляют собой кривошипно-шатунный механизм с неполным оборотом.
Бедро и голень человека и роботов-андроидов тоже представляют собой кривошипно-шатунный механизм с неполным оборотом.

В Римской империи

Самые ранние свидетельства появления на машине рукоятки в сочетании с шатуном относятся к пилораме из Иераполиса, 3-й век нашей эры, римский период, а также византийским каменным пилорамам в Герасе, Сирии и Эфесе, Малая Азия (6-й век нашей эры).

[1] Ещё одна такая пилорама возможно существовала во 2 веке н. э. в римском городе Августа-Раурика (современная Швейцария), где был найден металлический кривошип.[2]

Уравнения движения поршня

Диаграмма показывающая геометрическое положение шатуннопоршневой оси — P, кривошипношатунной оси — N и центра кривошипа — O

Определения

l — длина шатуна (расстояние между шатуннопоршневой осью и кривошипношатунной осью)
r — радиус кривошипа (расстояние между кривошипношатунной осью и центром кривошипа, то есть половина хода поршня
A — угол поворота кривошипа (от «верхней мёртвой точки» до «нижней мёртвой точки»)
x — положение шатуннопоршневой оси (от центра кривошипа вдоль оси цилиндра)
v

 — скорость шатуннопоршневой оси (от центра кривошипа вдоль оси цилиндра)
a — ускорение шатуннопоршневой оси (от центра кривошипа вдоль оси цилиндра)
ω — угловая скорость кривошипа в радианах в секунду (рад/сек)

Угловая скорость

Угловая скорость кривошипа в оборотах в минуту (RPM):

ω=2π⋅RPM60{\displaystyle \omega ={\frac {2\pi \cdot \mathrm {RPM} }{60}}}

Отношения в треугольнике

Как показано в диаграмме, центр кривошипа, кривошипношатунная ось и шатуннопоршневая ось образуют треугольник NOP.
Из теоремы косинусов следует, что:

l2=r2+x2−2⋅r⋅x⋅cos⁡A{\displaystyle l^{2}=r^{2}+x^{2}-2\cdot r\cdot x\cdot \cos A}

Уравнения по отношению к угловому положению кривошипа (Угловая область)

Уравнения, которые описывают циклическое движение поршня по отношению к углу поворота кривошипа.
Примеры графиков этих уравнений показаны ниже.

Положение

Положение относительно угла кривошипа (преобразованием отношений в треугольнике):

l2−r2=x2−2⋅r⋅x⋅cos⁡A{\displaystyle l^{2}-r^{2}=x^{2}-2\cdot r\cdot x\cdot \cos A}
l2−r2=x2−2⋅r⋅x⋅cos⁡A+r2[(cos2⁡A+sin2⁡A)−1]{\displaystyle l^{2}-r^{2}=x^{2}-2\cdot r\cdot x\cdot \cos A+r^{2}[(\cos ^{2}A+\sin ^{2}A)-1]}
l2−r2+r2−r2sin2⁡A=x2−2⋅r⋅x⋅cos⁡A+r2cos2⁡A{\displaystyle l^{2}-r^{2}+r^{2}-r^{2}\sin ^{2}A=x^{2}-2\cdot r\cdot x\cdot \cos A+r^{2}\cos ^{2}A}
l2−r2sin2⁡A=(x−r⋅cos⁡A)2{\displaystyle l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A=(x-r\cdot \cos A)^{2}}
x−r⋅cos⁡A=l2−r2sin2⁡A{\displaystyle x-r\cdot \cos A={\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}}
x=rcos⁡A+l2−(rsin⁡A)2{\displaystyle x=r\cos A+{\sqrt {l^{2}-(r\sin A)^{2}}}}

Скорость

Скорость по отношению к углу поворота кривошипа (первая производная взята, используя правило дифференцирования сложной функции):

x′=dxdA=−rsin⁡A+(12).(−2).r2sin⁡Acos⁡Al2−r2sin2⁡A=−rsin⁡A−r2sin⁡Acos⁡Al2−r2sin2⁡A{\displaystyle {\begin{array}{lcl}x’&=&{\frac {dx}{dA}}\\&=&-r\sin A+{\frac {({\frac {1}{2}}).(-2).r^{2}\sin A\cos A}{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}}\\&=&-r\sin A-{\frac {r^{2}\sin A\cos A}{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}}\end{array}}}

Ускорение

Ускорение относительно угла кривошипа (вторая производная взята, используя правило дифференцирования сложной функции и частное правило):

x″=d2xdA2=−rcos⁡A−r2cos2⁡Al2−r2sin2⁡A−−r2sin2⁡Al2−r2sin2⁡A−r2sin⁡Acos⁡A.(−12)⋅(−2).r2sin⁡Acos⁡A(l2−r2sin2⁡A)3=−rcos⁡A−r2(cos2⁡A−sin2⁡A)l2−r2sin2⁡A−r4sin2⁡Acos2⁡A(l2−r2sin2⁡A)3{\displaystyle {\begin{array}{lcl}x»&=&{\frac {d^{2}x}{dA^{2}}}\\&=&-r\cos A-{\frac {r^{2}\cos ^{2}A}{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}}-{\frac {-r^{2}\sin ^{2}A}{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}}-{\frac {r^{2}\sin A\cos A.(-{\frac {1}{2}})\cdot (-2).r^{2}\sin A\cos A}{\left({\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}\right)^{3}}}\\&=&-r\cos A-{\frac {r^{2}(\cos ^{2}A-\sin ^{2}A)}{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}}-{\frac {r^{4}\sin ^{2}A\cos ^{2}A}{\left({\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}\right)^{3}}}\end{array}}}

Пример графиков движения поршня

График показывает x, x’, x» по отношению к углу поворота кривошипа для различных радиусов кривошипа, где L — длина шатуна (l) и R — радиус кривошипа (r):

{\displaystyle {\begin{array}{lcl}x Единицами вертикальных осей являются: [дюймы] для положения, [дюймы/рад] для скорости, [дюймы/рад²] для ускорения.
Единицами горизонтальных осей является угол поворота кривошипа в [градусах].

Анимация движения поршня с шатуном одинаковой длины и с кривошипом переменного радиуса на графике выше:

{\displaystyle {\begin{array}{lcl}x

Анимация движения поршня с различными радиусами кривошипа

Применение

{\displaystyle {\begin{array}{lcl}x

Кривошипно-шатунный механизм используется в двигателях внутреннего сгорания, поршневых компрессорах, поршневых насосах, швейных машинах, кривошипных прессах, в приводе задвижек некоторых квартирных и сейфовых дверей. Также кривошипно-шатунный механизм применялся в брусовых косилках.

См. также

Другие способы преобразования вращательного движения в прямолинейное

Здесь была возможность смены Хойкена.

Примечания

  1. 1 2 Ritti, Tullia; Grewe, Klaus; Kessener, Paul (2007), «A Relief of a Water-powered Stone Saw Mill on a Sarcophagus at Hierapolis and its Implications», Journal of Roman Archaeology, 20, pp. 138—163
  2. ↑ Schiöler, 2009

Литература

  • Schiöler, Thorkild (2009), «Die Kurbelwelle von Augst und die römische Steinsägemühle», Helvetia Archaeologica Т. 40 (159/160): 113–124 

Ссылки

Как устроен и для чего служит кривошипно-шатунный механизм? 7 основных неисправностей, которые могут возникнуть в его работе

Если у вас есть автомобиль, то с вероятностью 99.99%, в нём есть кривошипно-шатунный механизм (КШМ). Его нет только в «чистых» электромобилях, а также автомобилях с роторно-поршневым двигателем, а также в газотурбинных двигателях. Все остальные автомобильные двигатели внутреннего сгорания построены именно на базе КШМ, и неважно, дизельные они или бензиновые. Данная система передаёт энергию горения рабочей смеси через коленчатый вал и далее трансмиссию на колёса автомобиля, преобразуя возвратно-поступательное (туда и обратно) движение поршней в цилиндрах мотора во вращательное движение коленчатого вала.

Как устроен и для чего служит кривошипно-шатунный механизм? 7 основных неисправностей, которые могут возникнуть в его работе

Содержание статьи

Устройство механизма

Классический кривошипно-шатунный механизм был известен ещё в Древнем Риме. Использовался похожий принцип в Римской пилораме, только там вращение, под воздействием течения реки, водяного колеса превращалось в возвратно-поступательное движение пилы.

В паровых машинах также использовался КШМ, похожий на использующийся сейчас в автомобильных двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Только в нём поршень был соединён с шатуном через шток и цилиндр низкого давления. Схожая конструкция используется иногда в ДВС и по сей день.

В так называемых крейцкопфных двигателях поршень жёстко соединён с крейцкопфом – деталью, движущейся по неподвижным направляющим в одном измерении, как и поршень, через шток, а далее по привычной схеме – шатун с коленвалом. Это позволяет увеличить рабочий ход поршня, а иногда делает цилиндр двусторонним, в таких конструкциях добавлена ещё одна камера сгорания. Такой тип КШМ применяется чаще всего в судовых дизелях и другой крупной технике.

Как устроен и для чего служит кривошипно-шатунный механизм? 7 основных неисправностей, которые могут возникнуть в его работе

Кривошипно-шатунный механизм состоит из двух основных групп деталей – подвижных и неподвижных:

  1. К подвижным частям КШМ относятся следующие детали: поршни, которые вместе с кольцами и пальцами объединены в поршневую группу, шатуны, коленчатый вал (в просторечном сокращении — коленвал), подшипники коленвала и маховик.
  2. Неподвижные – это картер, объединённый с блоком цилиндров, гильзы цилиндров, головка блока цилиндров. Также к ним относятся поддон (нижний картер), полукольца коленвала, картер маховика и сцепления, а также кронштейны и детали крепежа.

Иногда выделяют и цилиндропоршневую группу, в которую входит поршневая и гильза цилиндра.

Блок цилиндров

Блок цилиндров сейчас неотделим от картера блока. Так, кстати, было не всегда – на старых двигателях (у «Запорожца», например) они могли быть изготовлены раздельно. Именно картер вместе с блоком цилиндров – основной узел конструкции двигателя автомобиля.

Внутри блока и происходит вся полезная работа двигателя. К блоку цилиндров крепятся внизу — нижний картер (поддон), сверху — головка блока, сзади — картер маховика, топливная, выпускная системы и другие детали двигателя. Сам блок прикреплён к шасси автомобиля через специальные «подушки».

Материал, из которого изготовлена эта важная часть двигателя – чаще всего либо алюминий, либо чугун. На спортивных автомобилях могут применяться и композитные материалы. В блок запрессованы съёмные гильзы, которые облегчают ход поршней и ремонтопригодность блока – то есть его расточку под «ремонтные» поршни и кольца. Гильзы делают из чугуна, стали или композитных сплавов. Существует два вида гильз:

  • «сухие» — когда внешняя поверхность гильз не омывается охлаждающей жидкостью;
  • «мокрые» — когда гильзу снаружи охлаждает поток жидкости.

Каждый вариант имеет свои достоинства и недостатки.

Поршни

Поршень – это металлическая деталь, которая имеет форму стакана, и в некоторых автопредприятиях водители и автослесари со стажем старые поршни, очищенные от нагара, в качестве стаканов и использовали. Однако основное его предназначение, естественно, не в этом, а для того, чтобы преобразовывать потенциальную энергию давления и термическую энергию температуры газов в кинетическую энергию вращения коленчатого вала в момент рабочего хода.

Как устроен и для чего служит кривошипно-шатунный механизм? 7 основных неисправностей, которые могут возникнуть в его работе

Во время тактов впуска он служит в качестве насоса, затягивающего воздух или горючую смесь, в ходе такта сжатия сжимает её, а в ходе такта выпуска — помогает удалению отработанных газов. Во время рабочего хода (точнее, чуть раньше) смесь воспламеняется (или форсунка впрыскивает топливо на дизельных двигателях), и горящие газы давят на поршень, заставляя его выполнять работу по преобразованию термической энергии в кинетическую.

Поршень современного автомобильного двигателя выполнен чаще всего из сплавов на основе алюминия. Они обеспечивают хороший отвод лишнего тепла, к тому же довольно лёгкие.

Составные части поршня автомобильного двигателя – это днище, уплотняющяя часть и юбка. Поршень соединяется с шатуном при помощи находящегося в юбке пальца. Для обеспечения плотности соединения поршня со стенкой цилиндра применяются поршневые кольца.

Поршневые кольца

Это плоские незамкнутые (с разъёмом в несколько десятых долей миллиметра) стальные или чугунные кольца, надеваемые в специальные канавки на уплотнительную часть поршня. Они служат для нескольких целей:

  1. Уплотнение. Качественные, неизношенные кольца повышают компрессию (давление в цилиндре).
  2. Теплопередача. Компрессионные кольца передают лишнее тепло гильзе цилиндра, предотвращая перегрев двигателя.
  3. Не пропускают моторное масло из картера в камеру сгорания, но оставляют на стенках гильзы небольшой слой масла для смазки цилиндра. Самое нижнее кольцо называется маслосъёмным. Его конструкция специально разработана под эту задачу.

Поршневые пальцы

Поршневой палец нужен для того, чтобы связать поршень с шатуном. Он находится во внутренней части юбки поршня и представляет собой металлический цилиндр, отдалённо похожий на палец (отсюда и название). Шатун не крепится жёстко на пальце, ведь надо обеспечивать максимально ровную передачу крутящего момента от поршня к шатуну и далее. Выполнены пальцы обычно из легированной стали.

Пальцы делятся на фиксированные и плавающие. Фиксированный жёстко прикреплён к юбке поршня, и двигается на нём только шатун, а плавающий палец как в поршневой юбке, и на шатуне может крутиться. Сейчас в конструкциях автомоторов преобладают плавающие пальцы, обеспечивающие более полную и плавную передачу крутящего момента и снижающие нагрузку на детали КШМ.

Шатун

Как устроен и для чего служит кривошипно-шатунный механизм? 7 основных неисправностей, которые могут возникнуть в его работе

Для того, чтоб передать крутящий момент с поршня на коленвал, служит шатун, соединяющий две этих важных детали. Для того, чтобы ремонт шатуна не вызывал особых трудностей, в нём применяются специальные вкладыши, фактически разборный подшипник скольжения, хотя в некоторых двигателях с малой скоростью вращения коленвала по-прежнему применяются баббитовые вкладки, а в быстроходных моторах в обеих головках шатуна (как нижней, так и верхней) установлены подшипники качения. По форме шатун похож на рычаг или гаечный ключ с двутавровым сечением. Его верхняя, обычно неразъёмная головка соединяет его с пальцем поршня, а нижняя, разъёмная соединяет шатун с коленчатым валом. Делают шатуны чаще всего из легированной, иногда из углеродистой стали.

Коленчатый вал

Коленчатый вал, или сокращённо коленвал – одна из важнейших деталей мотора, впрочем, лишних деталей не бывает. Он имеет форму вала с «искривлениями» в сторону, к которой через оси прикреплены шатуны двигателя. Он состоит из следующих деталей:

  1. Шейки. Они нужны для того, чтобы закрепить коленвал на картере и шатуны на нём. Подразделяются на коренные и шатунные. На коренных крепится к картеру сам коленчатый вал, на шатунных шейках к коленвалу крепятся шатуны.
  2. Щёки – они и являются своего рода «коленями» коленчатого вала, именно они крутятся вокруг оси коленчатого вала. Щёки коленвала соединяют коренные и шатунные шейки.
  3. Передняя выходная часть вала. К ней присоединены шкивы отбора мощности для привода через ремень, цепь или шестерни распредвала, системы охлаждения генератора и других агрегатов.
  4. Задняя выходная часть вала. Она соединена с маховиком и служит для отбора мощности для «основного предназначения» автомобиля – для движения.

В конструкции коленчатого вала также предусмотрены дополнительные детали, например, противовесы, предназначенные для компенсации вибраций вала, возникающих при ударных нагрузках.

Коленчатые валы чаще всего изготавливаются либо из стали, либо из высококачественного лёгкого чугуна. Чугунные коленвалы изготавливаются при помощи литья, стальные – при помощи штамповки.

Картер двигателя

Картер, отливаемый вместе с блоком цилиндров – основная деталь двигателя автомобиля, можно сказать, что рама двигателя. Именно на картере закреплены основные части двигателя, в нём крутится коленчатый вал, в цилиндрах двигаются поршни и происходит непосредственный процесс превращения энергии сгорания топлива в энергию вращения колёс вашего автомобиля.

Ещё картер является основным местом для размещения моторного масла, которое смазывает двигатель. Для хранения масла также предназначен поддон – нижняя часть картера.

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма

Во время основного такта работы автомобильного двигателя – рабочего хода (расширения), горящие газы давят на поршень, а тот двигается вниз — от верхней мёртвой точки к нижней, тем самым передавая энергию посредством пальца и шатуна на коленчатый вал. Шатун может ограниченно поворачиваться и вокруг оси пальца поршня, и вокруг шатунной шейки коленвала, и таким образом поступательное движение поршня превращается во вращательное.

Как устроен и для чего служит кривошипно-шатунный механизм? 7 основных неисправностей, которые могут возникнуть в его работе

Стоит заметить, что при остальных тактах коленчатый вал через шатун, наоборот, сообщает возвратно-поступательное движение поршню. Где он его берёт? Из «рабочих» цилиндров, энергии коленвала и маховика, а при запуске – стартера.

Неисправности, возникающие при работе КШМ и их причины

Неполадки и поломки в кривошипно-шатунном механизме могут произойти в самых разных его узлах. Чтобы свести риск возникновения этих неприятностей до минимума, необходимо знать, отчего они происходят. Чаще всего это нагар на деталях и их износ. Наиболее часто происходят поломки КШМ от использования некачественного автомобильного топлива и масла. Особенно это чревато для дизелей, которые требовательны к качеству горюче-смазочных материалов, что может вывести из строя не только КШМ. Редкая смена масла, несвоевременная замена топливных, воздушных и масляных фильтров – всё это также несёт потенциальную угрозу поломок. Может послужить причиной неисправности перегрев двигателя, а также утечка и снижение уровня моторного масла в двигателе.

Перегрев двигателя может привести даже к заклиниванию. Чтобы этого не случилось, заливайте качественную охлаждающую жидкость и следите за состоянием системы охлаждения.

Бывает, что проблема в системе питания или в зажигании. Тогда смесь сгорает не полностью или неравномерно.

Ещё одна распространённая причина поломок – это использование некачественных запчастей. Не покупайте фейк и пользуйтесь услугами проверенных автосервисов.

Перечень неисправностей КШМ

Главные неприятности, которые могут случится с кривошипно-шатунным механизмом:

  1. Как шатунные, так и коренные шейки коленчатого вала подвержены износу и механическим повреждениям.
  2. Износ, механические повреждения и даже расплавление могут угрожать и вкладышам (подшипникам) шеек коленвала.
  3. «Болезни» поршневых колец – это закоксовывание не до конца сгоревшими продуктами горения (углеводороды окисляются только до углерода), их залегание и даже поломки, что может привести к фатальным последствиям.
  4. Цилиндропоршневая группа также подвержена износу. В современных «движках» это не так заметно, всё-таки они созданы по последнему слову техники, но у каждой детали имеется конечный ресурс.
  5. На днище поршня может отложиться нагар.
  6. В деталях могут появиться трещины, они могут прогореть, обломиться и даже расплавиться.
  7. Двигатель может даже заклинить.

Признаки наличия неисправностей в работе КШМ

Могут насторожить посторонние стуки в двигателе. Возможно, это связано с детонацией или вам попалось не слишком качественное топливо. Последствия как детонации, так и некачественного топлива могут быть печальными. Звук при детонации более звонкий, а вот глухой звук может свидетельствовать о том, что износились шейки коленвала. Если же он совсем звонкий и происходит не только при резком увеличении оборотов (например, если вы быстро тронулись с места), то вполне возможно, что вкладыши шейки коленвала начинают плавиться. Возможно, причиной масляное голодание, но так или иначе – в сервис.

Также многое может сказать дым из двигателя. Если он сизый, то значит, что в камеру сгорания попадает масло. Возможно, виной тому маслосъёмные колпачки ГРМ, а возможно, проблема в поршневых кольцах. Накопление нагара на поршнях и цилиндрах приводит к увеличению трения и повышенному износу деталей. Если проблема в кольцах, то будет снижена компрессия, хотя понижение компрессии может быть связано и с другими причинами.

Обслуживание КШМ

Прежде всего, общие советы: «машина любит ласку, чистоту и смазку». Следует вовремя проверять уровень масла, не допускать перегрева двигателя и заправляться только качественным горючим. Серьёзные проблемы с КШМ решаются только в автосервисе. Разумеется, есть автолюбители, которые самостоятельно могут расточить цилиндр до ремонтного размера, но это всё же характерно для не самых новых автомобилей.

В «закоксованных» двигателях можно провести раскоксовку, которая делается как с разбором двигателя, так и при помощи специальных средств – без такового. Однако, подобные манипуляции лучше доверить профессионалам. Соблюдайте сроки ТО.

Заключение

Кривошипно-шатунный механизм – это важнейший агрегат в автомобиле. От его функционирования зависит состояние всего автомобиля и настроение его владельца. Следите за его технической исправностью, и двигатель будет работать долго, радуя вас мощностью и экономичностью.

Кривошип — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 26 июля 2019; проверки требует 1 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 26 июля 2019; проверки требует 1 правка. Пистолет Люгера. При откате затвора кривошипный механизм выводится из положения «мёртвой точки» боковыми выступами рамки, воздействующими на цилиндрические выступы кривошипа на шарнире. Кривошип начинает вращаться и отправляет затвор в крайнее заднее положение.

Кривошип (англ. crank) — звено кривошипно-шатунного механизма, совершающее циклическое вращательное движение на полный оборот вокруг неподвижной оси. Используется для преобразования кругового движения в возвратно-поступательное и наоборот. Как правило, выступает в роли ведущего звена рычажных и зубчато-рычажных механизмов. Название кривошипа у коленчатых валов тяжелых двигателей — мотыль[1]. Переход от коренной шейки к шатунной, который и образует кривошип, также может называться «щека»[2].

При рассмотрении кривошипа в качестве входного звена механизмов, независимой переменной является угол поворота кривошипа φ. Его движение может быть как односторонним, так и реверсивным.

Из геометрических параметров выделяют радиус кривошипа r. В центральном кривошипно-шатунном механизме он находится в простейшем кинематическом соотношении с ходом поршня (ползуна):

S=2r{\displaystyle S=2r}

Как правило, в динамических расчетах ДВС все детали вращательного движения сводят к группе кривошипа с приведенной массой mк сведенной в точку на радиусе r.

На кривошип действует внешние силы, приложенные к шатунному шарниру (сила давления газов, силы сопротивления резанию и т.д.). При анализе их обычно раскладывают на тангенциальную и радиальную составляющие.

{\displaystyle S=2r} Кривошип (образован коренной и шатунной шейкой и двумя щёками). Прилив напротив шатунной шейки — противовес.

Также на кривошип действует центробежная сила, функция угловой скорости кривошипа:

KR = mк ω2 r

Эта сила является одним из факторов неуравновешенности КШМ. С ней борются установкой противовесов на шейке коленвала.

Изгибающий момент на кривошип может передаваться только в границах сил трения в шарнире, как правило в реальных конструкциях он незначителен.

В коренной шейке кривошипа возникают реакции, при анализе раскладываемые на горизонтальную и вертикальную.

В расчетах на прочность в рычажных механизмах обычно проверяют кривошип на сжатие и на разрыв. Кручение как правило отсутствует, а изгиб может появиться у тонких длинных стержней при потере устойчивости.

В зернотёрках кривошип представлен неявно, как часть диска. Отверстия вне центра указывают на не сохранившиеся рукояти. Римская кривошипная ручная дрель из Augusta Raurica, датированная 2-м веком до н.э.

Одним из первых примеров применения идеи кривошипа являются зернотерки. Первоначально в них использовалось поступательное движение жерновов, но в позднем каменном веке изобретены дисковые жернова с приводом от кривошипа.

В античности имелся большой набор инструментов использующих кривошип, например дрели-коловороты, в т.ч. для хирургических целей.

Кривошипы применялись в подъемных механизмах, метательных машинах и т.д. Распространение в странах с системами ирригации получили насосы с круговым приводом от упряжки животных или группы людей, которая воздействовала на кривошип. Аналогично действовали механизмы подъема якоря.

Одна из особенностей кривошипов в древности — сильная привязка к антропометрическим размерам. Как правило механизмы приводились в действие мускульной силой, поэтому радиус кривошипа был не более длины руки человека.

{\displaystyle S=2r} Кованые кривошипы коленчатого вала

В современных машинах кривошип выступает как отдельная деталь, так и как часть коленчатого вала.

Основные методы получения кривошипного колена в составе коленчатого вала:

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) двигателя | Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)

Кривошипно-шатунный механизм состоит из неподвижных деталей цилиндров 13 или блока цилиндров с головкой 12, картеров двигателя и маховика, подвижных деталей — поршней 15 с поршневыми кольцами и пальцами 16, шатунов 17, коленчатого вала 19 с подшипниками и маховика 18. В зависимости от расположения цилиндров различают рядные и V-образные двигатели. Все цилиндры рядных двигателей расположены вер­тикально в один ряд, а V-образных — в два ряда с наклоном (развалом).

Устройство одноцилиндрового четырехтактного карбюра­торного двигателя

Рисунок. Устройство одноцилиндрового четырехтактного карбюра­торного двигателя:
1 — шестерни приводи распределительного вала; 2 — распределительный вал; 3 — толкатель; 4 — пружина; 5 — выпускная труба; 6 — впускная труба; 7 — карбюратор; 8 — выпускной клапан; 9 — провод к свече; 10 — искровая зажигательная свеча; 11 — впускной клапан; 12 — головка цилиндра; 13 — цилиндр: 14 — водяная рубашка; 15 — поршень; 16 — поршневой палец; 17 — шатун; 18 — маховик; 19 — коленчатый вал; 20 — резервуар для масла (поддон картера).

Остов двигателя — это совокупность неподвижных деталей, соединенных между собой. Внутри и снаружи остова расположены детали механизмов и систем двигателя. В автотракторных двигателях основной деталью остова служит блок-картер. Остов двигателя с помощью опор крепят к раме трактора или автомобиля.

Верхняя часть блок-картера представляет собой блок цилиндров, нижняя — картер. Сверху блок цилиндров закрывают головкой. Головки крепят к блок-картеру шпильками или болтами. Между блок-картером и головкой ус­танавливают уплотнительную прокладку. Снизу к картеру также через уплотнительную прокладку крепят поддон.

На внешней поверхности поршня нарезаны кольцевые канавки под компрессионные (верхние) и маслосъемные (нижние) кольца. Поршневые кольца, обеспечивающие создание компрессии в цилиндре двигателя, называют компрессионными, а снимающие излишнее масло со стенок цилиндра — маслосъемными.

Поршневые пальцы служат для шарнирного соединения поршня с шатуном. Их выполняют в виде гладких цилиндрических стержней.

Шатун преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Соединяя поршень с коленчатым валом, шатун передает последнему усилие от давления газов и инерционные силы. В верхнюю головку шатуна запрессовывают латунную или бронзовую втулку, в нижнюю (разъемную) головку шатуна — вкладыши шатунного подшипника.

Шатунные подшипники обеспечивают снижение трения и ин­тенсивности изнашивания шейки коленчатого вала во время работы двигателя.

Коленчатый вал преобразует усилия, воспринимаемые от поршней через шатуны, во вращающий момент и передает его механизмам трансмиссии и другим механизмам двигателя. Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек. Коренные и шатунные шейки соединяются между собой щеками и образуют колена (кривошипы). Коренными шейками вал устанавливают в подшипники скольжения, расположенные в перегородках блок-картера двигателя, а к шатунным шейкам присоединяют нижние головки шатунов. В У-образных двигателях с каждой шатунной шейкой соединяют два шатуна.

Видео: Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм — это… Что такое Кривошипно-шатунный механизм?

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение (например, во вращательное движение коленчатого вала в двигателях внутреннего сгорания), и наоборот. Детали КШМ делят на две группы, это подвижные и неподвижные детали:

  • подвижные: поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец, шатун, коленчатый вал с подшипниками или кривошип, маховик.
  • неподвижные: блок цилиндров (является базовой деталью двигателя внутреннего сгорания) и представляет собой общую отливку с картером, головка цилиндров, картер маховика и сцепления, нижний картер (поддон), гильзы цилиндров, крышки блока, крепежные детали, прокладки крышек блока, кронштейны, полукольца коленчатого вала.

Принцип действия

Прямая схема: Поршень под действием давления газов совершает поступательное движение в сторону коленчатого вала. С помощью кинематических пар «поршень-шатун» и «шатун-вал» поступательное движение поршня преобразовывается во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал состоит из:

  • шатунные шейки
  • коренные шейки
  • противовес

Обратная схема: Коленчатый вал под действием приложенного внешнего крутящего момента совершает вращательное движение, которое через кинематическую цепь «вал-шатун-поршень» преобразовывается в поступательное движение поршня.

Применение

Кривошипно-шатунный механизм используется в двигателях внутреннего сгорания, поршневых компрессорах, поршневых насосах, швейных машинах

См. также

Другие способы преобразования вращательного движения в прямолинейное

Ссылки

Кривошипно-шатунный механизм | Конструкции судовых двигателей внутреннего сгорания

Основные подвижные детали ДВС входят в состав кривошипно-шатунного механизма, назначением которого является преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. В зависимости от конструкции кривошипно-шатунного механизма двигатели, как и их поршни, бывают тронковые и крейцкопфные, простого и двойного действия. В отличие от тронковых крейцкопфные двигатели имеют наряду с поршнем, шатуном и коленчатым валом поршневой шток и ползун (крейцкопф), перемещающийся вдоль поперечины.

Тронковый поршень одновременно является как бы ползуном, поэтому он имеет длинную направляющую часть, называемую юбкой или тронком. Примером такого поршня может служить поршень четырехтактного дизеля, изображенный на рис. 43. Поршень состоит из головки 1 и тронка 7, имеющего внутри камеру. Головка поршня включает в себя донышко и боковую поверхность, на которой расположены канавки для поршневых уплотнительных 2 и маслосъемных 3 колец. Такая же. канавка для маслосъемных колец расположена на нижней части тронка.

Направляющая часть поршня имеет устройство для соединения его с шатуном, состоящее из поршневого пальца 5, втулок 6 и заглушек 4. В практике распространены два способа установки поршневого пальца в бобышках направляющей части поршня: палец закрепляется в бобышках жестко, шатун посажен на него неподвижно; палец не закрепляется в бобышках, шатун также имеет возможность поворота вокруг него (так называемый плавающий палец). В последнем случае конструкция пальца (рис. 43, поз. 5) имеет несомненные преимущества, так как износ пальца уменьшается и происходит более равномерно, улучшаются условия работы пальца.


Рис. 43. Тронковый поршень четырехтактного двигателя.

При диаметре цилиндра более 400 мм поршни тронковых двигателей изготовляют разъемными.

Поршни крейцкопфных двигателей отличаются от тронковых тем, что имеют жесткое соединение поршня со штоком. Поршневой шток обычно заканчивается фланцем, который соединяется с поршнем посредством шпилек.

Во избежание перегрева донышка поршня у двигателей с ползунами, как и у тронковых двигателей с цилиндрами больших диаметров, применяют искусственное охлаждение донышек. Для этой цели используют пресную или забортную воду и масло.

На рис. 44 показан укороченный поршень современного двухтактного дизеля с наддувом. В таких дизелях нижняя полость цилиндра используется в качестве продувочного насоса, поэтому направляющая часть поршня значительно сокращается (короткий или укороченный поршень). Кованая стальная головка поршня 4 имеет снаружи канавки для уплотнительных колец 3, а внутри головки поршня расположен вытеснитель 5, предназначенный для ускорения движения охлаждающего масла. В направляющей части поршня 1, изготовленной из чугуна, предусмотрены канавки для направляющих колец 2. Внутри направляющей части находятся шпильки 7 для крепления штока поршня 8 с головкой поршня через отверстия в направляющей части. Донышко поршня охлаждается маслом, которое подводится по каналу 9 в штоке поршня, а отводится из верхней полости по трубе 6. Наиболее нагруженная часть поршней всех видов — головка поршня. На донышко головки в процессе работы двигателя давят горячие газы, которые нагревают его и, кроме того, стремятся прорваться внутрь двигателя. Вследствие этого донышко головки поршня имеет особую конфигурацию, обусловленную требуемой формой камеры сгорания, и охлаждаемую внутреннюю поверхность.


Рис. 44. Укороченный поршень двухтактного дизеля с наддувом.

Высота боковой поверхности головки поршня зависит от размеров и числа поршневых уплотнительных колец. Поршневые кольца обеспечивают не только уплотнения цилиндра от прорыва газов, но и передачу тепла от головки поршня к стенкам рабочей втулки цилиндра. Эти функции обычно выполняют два-три верхних кольца, а остальные являются как бы вспомогательными, повышая надежность их работы. В тихоходных двигателях обычно ставят пять — семь поршневых колец, а в быстроходных, благодаря уменьшению времени протекания газа через неплотности между поршнем и стенками цилиндра, достаточно трех— пяти.

Поршневые кольца изготовляют прямоугольного или реже трапециевидного сечения из более мягкого металла, чем втулка цилиндра. Для возможности установки колец в пазы поршня их делают разрезными, а место стыка, называемое замком, выполняют с косым, ступенчатым (внахлестку) или прямым срезом. Благодаря разрезной конструкции и пружинящим свойствам материала поршневые кольца плотно прижимаются к стенкам втулки цилиндра, предотвращая трение о них поршня. Тем самым улучшаются условия работы поршня и уменьшается износ втулки.

В отличие от уплотнительных маслосъемные кольца служат для предотвращения попадания масла в камеру сгорания и снятие его излишка со стенок цилиндровой втулки.

Шатун двигателя предназначен для передачи усилия от поршня коленчатому валу. Он состоит из трех основных частей (рис. 45): нижней головки I, стержня II и верхней головки III. Шатуны, как и поршни, бывают тронковые и крейцкопфные. Их различие определяется в основном конструкцией верхней головки и расположением шатуна по отношению к поршню.


Рис. 45. Шатун тронкового двигателя.

Верхняя головка шатуна тронковых двигателей (двигатели малой и средней мощности) выполняется неразъемной. В отверстие головки 1 (рис. 45) запрессовывают бронзовую втулку 2, которая выполняет роль головного подшипника и служит для соединения шатуна с поршнем при помощи поршневого пальца. Втулка 2 имеет по внутренней поверхности кольцевую канавку 3 и отверстия 4 для подвода смазки из центрального канала 5, просверленного в стержне.

Шатуны крейцкопфных двигателей, к которым относятся в основном двигатели большой мощности (как правило, двухтактные дизели с цилиндровой мощностью более 300 э.л.с.), изготовляют с разъемной верхней головкой. Такая головка крепится болтами к верхней части шатуна, имеющей форму развилки или прямоугольного фланца. Стержень 6 шатуна выполняют круглого сечения с центральным каналом 5, что характерно для тихоходных двигателей.

Стержни шатунов быстроходных двигателей имеют обычно кольцевую или двутавровую форму сечений, часто изготовляются заодно с верхней половиной нижней головки, что способствует уменьшению веса шатуна. Нижняя головка шатуна служит для расположения в ней мотылевого подшипника, посредством которого шатун соединяется с мотылевой шейкой коленчатого вала. Головка состоит из двух половин, снабженных бронзовыми или стальными взаимозаменяемыми вкладышами, внутренняя поверхность которых заливается слоем баббита.

В тихоходных двигателях шатун выполняют с отъемной нижней головкой 9, состоящей из двух стальных половин — отливок без вкладышей. В этом случае слоем баббита заливают рабочую поверхность каждой половины головки. Такая конструкция нижней головки позволяет быстро ее заменять в случае выхода из строя и дает возможность регулировать высоту камеры сжатия цилиндра двигателя путем изменения толщины компрессионной прокладки 7 между пяткой шатуна и верхней частью головки. Для центровки нижней головки со стержнем шатуна на верхней ее части предусмотрен выступ 11.

Обе половины мотылевого подшипника стягиваются двумя шатунными болтами 8, которые имеют по два посадочных пояска, крепятся с помощью корончатых гаек и шплинтуются. Набор прокладок 10 в разъеме подшипника необходим для регулирования масляного зазора между мотылевой шейкой коленчатого вала и антифрикционной заливкой. Прокладки фиксируются в разъеме шпильками и винтами.

Коленчатый вал — одна из наиболее ответственных, сложных в изготовлении и дорогостоящих деталей двигателя. Коленчатый вал при работе испытывает значительные нагрузки, поэтому для его изготовления применяют качественные углеродистые и легированные стали, а также модифицированный и легированный чугуны. Ввиду сложности конструкции изготовление коленчатого вала связано с выполнением трудоемких и сложных процессов, а его стоимость, включая материал, ковку и механическую обработку, составляет иногда более 10% стоимости всего двигателя.

Коленчатые валы быстроходных двигателей малой и средней мощности изготовляют цельноковаными или цельноштампованными, валы двигателей средней и большой мощности — составными из двух и более частей, соединенных фланцами. При большом диаметре шеек валы изготовляют с составными кривошипами.

В зависимости от конструкции и числа цилиндров двигателя коленчатый вал может иметь разное число колен (кривошипов): в однорядных двигателях — равное числу цилиндров, а в двухрядных (V-образных)— равное половине числа цилиндров. Колена вала развертывают по отношению друг к другу на определенный угол, величина которого зависит от числа цилиндров и порядка их работы (порядка вспышки у двигателей с числом цилиндров четыре, шесть и более).

Основными элементами коленчатого вала (рис. 46, а) являются: мотылевые (или шатунные) шейки 2, рамовые (или коренные) шейки I и щеки 3, соединяющие шейки между собой.

Иногда для уравновешивания центробежных сил колена к щекам 1 крепят противовес 2 (рис. 46,6). Мотылевые шейки охватываются подшипником нижней головки шатуна, а рамовые шейки лежат в рамовых подшипниках, размещенных в фундаментной раме или картере двигателя и являющихся опорами коленчатого вала. Смазка шеек осуществляется следующим образом. К рамовым шейкам масло подается под давлением через сверления в крышке и в верхнем вкладыше рамового подшипника, затем через сверления в щеке (рис. 46, в) подводится к мотылевой шейке. В пустотелых коленчатых валах быстроходных двигателей масло поступает в полость вала и попадает на рабочие поверхности шеек через полости и радиальные отверстия, выполненные в них.


Рис. 46. Коленчатый вал двигателя.

Рамовые подшипники воспринимают все нагрузки, передающиеся на коленчатый вал. Каждый рамовый подшипник состоит из двух половин: корпуса, отлитого заодно с рамой, и крышки, закрепленной на корпусе болтами. Внутри подшипника закрепляется стальной вкладыш, состоящий из двух взаимозаменяемых половин (верхней и нижней), залитых по рабочей поверхности антифрикционным сплавом — баббитом. Длина вкладыша выбирается обычно меньше длины рамовой шейки вала. Один из рамовых подшипников (первый от передачи вращения распределительному валу) выполняется как установочный (рис. 47).


Рис. 47. Установочный рамовый подшипник коленчатого вала.

Длина вкладыша 7 установочного подшипника равна длине шейки вала; он имеет антифрикционную заливку 1 не только внутри, но и с торцевой поверхности. В свою очередь рамовая шейка вала в месте посадки этого подшипника имеет выступающие кольцевые бурты. Таким образом, установочный подшипник обеспечивает вполне определенное положение коленчатого вала относительно фундаментной рамы. Вкладыш 7 подшипника стопорится от проворачивания и осевого перемещения вставкой 5, расположенной между крышкой 3 подшипника и верхней половиной вкладыша. Плоскость разъема вкладыша совпадает с плоскостью, проходящей через ось вала, которая находится ниже плоскости соединения рамы со станиной двигателя. В плоскости разъема устанавливают на двух контрольных штифтах прокладки 6, предназначенные для регулирования масляного зазора между вкладышем и шейкой вала.

Крышка 3 подшипника выполняется стальной литой. Она имеет в центре сквозное вертикальное отверстие для подвода смазки к шейке вала. В верхней половине вкладыша расположено такое же соосное отверстие, из которого масло попадает в кольцевую масляную канавку 4 на поверхность антифрикционной заливки, а затем — в масляный холодильник 2.

На кормовом конце коленчатого вала обычно крепится маховик, предназначенный для уменьшения и выравнивания угловой скорости вращения вала. Кроме того, инерция маховика облегчает переход шатуна с поршнем через мертвые точки. Размер и вес маховика находятся в обратной зависимости от числа цилиндров двигателя: чем больше число цилиндров, тем меньше должен быть вес Маховика. Нередко маховик, в частности его диск, используют для соединения с гребным валом, валом редуктора или валом электрогенератора при помощи эластичной муфты.

Кривошипно-шатунный механизм

Категория:

   Крановщикам и стропальщикам

Публикация:

   Кривошипно-шатунный механизм

Читать далее:



Кривошипно-шатунный механизм

Для чего служит кривошипно-шатунный механизм?

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, и наоборот.

Из скольких звеньев состоит кривошипно-шатунный механизм?

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Кривошипно-шатунный механизм состоит из четырех звеньев: стойки, кривошипа, шатуна и поршня. Если ведущим звеном является поршень, то в криво-шипно-шатунном механизме происходит преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное. Если же ведущим звеном является кривошип, то механизм преобразует вращательное движение кривошипа в возвратно-поступательное движение поршня (например, механизм поршневого насоса и т. п.).

На изучаемых автомобилях устанавливают V-образные, четырехтактные двигатели с жидкостным охлаждением. Двигатели 3M3-53-11 и ЗИЛ-130 (карбюраторные и газовые) с внешним смесеобразованием и принудительным воспламенением от электрической искры. Двигатель ЗИЛ-645 — дизельный, с внутренним смесеобразованием И’воспламенением от соприкосновения с нагретым в результате сильного сжатия воздухом.

Двигатели состоят из кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов и систем охлаждения, смазочной, питания, пуска и зажигания (у карбюраторных двигателей).

Кривошипно-шатунный механизм состоит из неподвижных (блока цилиндров, головки цилиндров, картера, поддона картера) и подвижных (поршней с пальцами и кольцами, шатунов, коленчатого вала с подшипниками, маховика) деталей.

Неподвижные детали. Блок цилиндров (рис. 1) является базовой деталью двигателя и представляет собой общую отливку с картером. В верхней части блока имеются отверстия для установки гильз цилиндров, расположенных в блоке в 2 ряда с углом развала 90°, что позволяет на одной шейке коленчатого вала устанавливать по 2 шатуна. Блок цилиндров двигателя 3M3-53-11 отливают из алюминиевого сплава, а двигателей ЗИЛ-130 и -645 — из серого чугуна. Нижняя часть отливки блока цилиндров является картером, в котором имеются постели для установки коленчатого вала и отверстия для распределительного вала.

Гильзы цилиндров, устанавливаемые на изучаемых двигателях,— мокрого типа (омываемые водой), изготавливают из серого легированного чугуна. Уплотнение гильз в нижней части осуществляется медным кольцом (у двигателя 3M3-53-11) или кольцами из маслобензостойкой резины (у двигателя ЭИЛ-130 кольца, у двигателя ЗИЛ-645 — 3: верхнее кольцо с конической наружной поверхность), нижние — круглого сечения). Для герметизации полостей цилиндров и жидкостной рубашки охлаждения кромки гильз выступают над верхней плоскостью блока на 0,02… 0,09 мм, что обеспечивает необходимое обжатие прокладки головки цилиндров по контурам гильз.

Рис. 1. Блок цилиндров V-образного двигателя: а — вид сверху; б — разрез; 1 —блок цилиндров; 2 — гильза цилиндра; 3 — рубашка охлаждения; 4— головка цилиндров; 5 — клапан; 6 — свеча зажигания; 7 — штанга толкателя; 8 — поршень; 9 — шатун; 10 — коленчатый вал

Головки цилиндров выполнены из алюминиевого сплава (у двигателей 3M3-53-11 и ЗИЛ-130) или чугуна (у двигателей ЗИЛ-645) по одной на каждый ряд цилиндров с вставными седлами и направляющими клапанор. Охлаждение головки цилиндров осуществляется жидкостью, циркулирующей во внутренней полости головки, которая вместе с внутренними полостями блока цилиндров составляет рубашку охлаждения 3 двигателя. Крепление каждой головки цилиндров к блоку у двигателя 3M3-53-11 осуществляется на шпильках 18-ю гайками (по 6 на каждый цилиндр), у двигателя ЗИЛ-130 — 17-ю болтами (по 5 на каждый цилиндр), у ЗИЛ-645 — 22-я болтами (по 7 на каждый цилиндр). Сверху головка цилиндров закрывается через прокладку крышкой. На правой крышКе двигателя ЗИЛ-645 имеется маслозаливная горловина.

Подвижные детали. Поршни имеют головку, бобышки для установки поршневого пальца и направляющую часть (юбку). На поршне делают кольцевые канавки для установки поршневых колец (рис. 2).

Рис. 2. Детали шатунио-поршневой группы двигателя ЗИЛ-130: 1 — маслосъемные кольца; 2 и 3 — осевой и радиальный расширители; 4 — чугунная вставка; 5 — компрессионные кольца; 6 — стопорное кольцо; 7— поршневой палец; 8 — поршень; 9 — шатун; 10— втулка; 11 — метка; 12 — шатунные вкладыши; 13 — крышка нижней головки шатуна

Поршни отливают из алюминиевого сплава. Направляющая часть поршней — разрезная. При сборке двигателей 3M3-53-11 и ЗИЛ-130 поршень устанавливают разрезом юбки в левую (по ходу автомобиля) сторону. На днище поршней двигателя ЗИЛ-645 имеется стрелка, которая при сборке с шатуном должна быть направлена в сторону, противоположную бобышке на поршневой головке шатуна, а при установке на двигатель должна быть направлена к развалу блока цилиндров.

Поршневые кольца изготовляют из серого чугуна (компрессионные) или стали (маслосъемные). Компрессионные кольца имеют разрезы (замки). На поршнях устанавливаются (у двигателей 3M3-53-11 и ЗИЛ-645) или (у двигателя ЗИЛ-130) компрессионных кольца и одно маслосъемное. Маслосъемные кольца изготовляют составными с пружинными расширителями: у двигателя ЗИЛ-130 маслосъемное кольцо состоит из двух стальных колец и имеет 2 расширителя — радиальный и осевой, у двигателя ЗИЛ-645 один расширитель — радиальный. Рабочая поверхность колец имеет хромовое покрытие.

Поршневые пальцы выполняют пустотелыми из стали и закрепляют в бобышках поршней при помощи стопорных колец. Этот способ крепления позволяет поршневому пальцу поворачиваться в головке шатуна и в бобышках поршня (плавающий палец).

Шатуны изготовляют из стали. Состоит шатун из стержня двутаврового сечения, верхней неразъемной и нижней разъемной головок. В верхнюю головку запрессовывают втулку. Крышка нижней головки шатуна крепится к нему двумя болтами. Переставлять крышки с одного шатуна на другой нельзя, так как шатуны с крышками обрабатывают совместно.

Коленчатый вал (рис. 3) имеет коренных и шатунных шейки, противовесы, фланец для крепления маховика. Осевая фиксация коленчатых валов обеспечивается упорными подшипниками. Противовесы служат для разгрузки коренных подшипников от действия центробежных сил. Для подвода смазки от коренных шеек к шатунным просверлены каналы. На носке вала крепится шестерня привода распределительного вала.

На каждой из четырех шатунных шеек, расположенных под углом 90°, устанавливают по 2 шатуна: один — левого, а другой — правого ряда цилиндров, номера которых указаны на схеме. Вкладыши подшипников коренных шеек изготавливают из стальной ленты, внутреннюю (рабочую) поверхность которой покрывают тонким слоем антифрикционного сплава. У двигателей 3M3-53-11 и ЗИЛ-130 внутренняя поверхность вкладышей изготовлена из высокооловянистого алюминия. Вкладыши двигателя ЗИЛ-645 — трехслойные, с внутренней поверхностью из свинцовистой бронзы.

Рис. 3. Кривошипно-шатунный механизм: а — детали: б — схема расположения шатунов; 1 — болт; 2— шайба; 3 — шкив; 4 — пылеотражатель; 5 — кольцо манжеты; 6 — маслоотражатель; 7 — распределительная шестерня; 8— шестерня привода масляного насоса; 9 — коленчатый вал; 10 и 29 — вкладыши подшипников нижней головки шатуна; 11— шатунный болт; 12 — шатун; 13 — поршневой палец; 14 — стопорное кольцо; 15 — поршень; 16 — маслосъемное кольцо; 17 — компрессионные кольца; 18 и 26 — подшипники коленчатого вала; 19 и 24 — упорные подшипники коленчатого вала; 20 — болт крепления маховика; 21 — штифт; 22 — маховик; 23 — фланец крепления маховика; 25 — коренные шейки; 27—шатунная шейка; 28—противовесы; 30 — крышка шатуна; 31 — шайба; 32 — гайка

Маховик отливают из чугуна и напрессовывают на него стальной зубчатый венец для пуска двигателя стартером. Маховик одновременно служит ведущим диском сцепления.

Крепление двигателя к раме. Двигатель 3M3-53-11 крепится к раме автомобиля в четырех точках на упругих опорах. Две передние опоры состоят из кронштейнов, привернутых к картеру двигателя, двух резиновых подушек и двух кронштейнов, укрепленных на раме. Задние опоры расположены под приливами картера сцепления на поперечине рамы и состоят из двух резиновых подушек, заключенных в металлические чашки и стянутых болтом.

Двигатели ЗИЛ-130 и -645 крепятся к раме автомобиля в трех точках. Передней опорой является кронштейн, установленный под крышкой распределительных шестерен и крепящийся через резиновые подушки к передней поперечине рамы. Задними опорами являются приливы на картере сцепления (у двигателя ЗИЛ-130) или кронштейны (у двигателя ЗИЛ-645), которые также через резиновые подушки крепятся к кронштейнам рамы.

Рис. 4. Крепление двигателей 3M3-53-1

Кривошипно-шатунный механизм служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала и передачи крутящего момента на трансмиссию. Он состоит из неподвижных (блока цилиндров, головки цилиндров, картера, поддона картера) и подвижных (поршней с пальцами и кольцами, шатунов, коленчатого вала с подшипниками, маховика) деталей.

Неподвижные детали. Блок цилиндров является базовой деталью двигателя и представляет собой общую отливку с картером. В верхней части блока имеются отверстия для установки гильз цилиндров. Цилиндры могут располагаться в блоке в один ряд вертикально (двигатель ГАЗ-24) или в два ряда V-образно под углом 90° (двигатели 3M3-53, ЗИЛ-130, КамАЗ). V-образное расположение цилиндров позволяет на одной шатунной шейке коленчатого вала укреплять по два шатуна. Блоки цилиндров двигателей отливают из серого чугуна (ЗИЛ-130, КамАЗ) или алюминиевого сплава (3M3-53, ГАЗ-24).

Рис. 5. Блок цилиндров и схематический разрез V-образного двигателя

Гильзы цилиндров, устанавливаемые в изучаемых двигателях,— мокрого типа (обмываемые водой), изготовляются из чугуна с кислотоупорными чугунными вставками в верхней части для снижения износа. Уплотнение гильз в нижней части осуществляется двумя резиновыми (ЗИЛ-130) или медными (ГАЗ-53, ГАЗ-24) кольцами, а в верхней части — прокладкой головки цилиндров.

Нижняя часть отливки блока цилиндров является картером, в котором имеются постели для установки коленчатого вала и отверстия — для распределительного.

Головки цилиндров отливают из алюминиевого сплава. Они крепятся с помощью болтов и шпилек к блоку цилиндров. Для уплотнения между головкой и блоком цилиндров ставят сталеасбестовую прокладку. Как блок цилиндров, так и его головки имеют двойные стенки, образующие рубашку, в которой циркулирует охлаждающая жидкость.

В рядных двигателях (ГАЗ-24) головка цилиндров одна, а у V-образных (ЗИЛ-130 и 3M3-53) —две, по одной взаимозаменяемой головке на каждый ряд цилиндров. В двигателе КамАЗ-740 каждый цилиндр имеет свою головку.

Подвижные детали. Поршни служат для восприятия при рабочем ходе силы давления газов и ее передачи через поршневой палец и шатун на коленчатый вал. Поршень имеет головку, две бобышки и направляющую часть (юбку). Верхняя часть головки поршня называется днищем. Вследствие неодинакового нагрева головки и юбки поршня (головка больше нагревается, а поэтому и больше расширяется) диаметр головки выполняют меньше диаметра юбки. С внешней стороны головки поршня делают кольцевые канавки для установки поршневых колец.

Поршни отливают из алюминиевого сплава. Направляющая часть поршней (юбка) разрезная. Она имеет овальную форму с увеличенным диаметром в плоскости, перпендикулярной оси поршневого пальца. При сборке двигателя поршень разрезом юбки устанавливают в левую (по ходу автомобиля) сторону.

В головки поршней двигателей ЗИЛ-130 и КамАЗ залита чугунная вставка, в которой проточена канавка для установки верхнего компрессионного кольца.

Поршневые кольца служат для уменьшения утечки газов из цилиндра в картер (компрессионные), а также для удаления излишнего масла со стенок цилиндра (маслосъемные). Кольца изготовляются из серого чугуна (для маслосъемных колец иногда применяется сталь) и имеют разрезы (замки). На поршнях устанавливается по два (двигатели ГАЗ-24, 3M3-53, КамАЗ-740) или три (ЗИЛ-130) компрессионых кольца и одно маслосъемное. Маслосъемное кольцо двигателей ЗИЛ-130 и ГАЗ-24 состоит из двух стальных колец и двух расширителей — осевого ( и радиального. На двигателе КамАЗ-740 маслосъемное кольцо с одним расширителем — радиальным.

Рис. 6. Детали шатунно-поршневой группы:
1 и 5— маслосъемное и компрессионные кольца, 2 и 3 — осевой и радиальный расширители, 4 — чугунная вставка, 6 — стопорное кольцо, 7 — поршневый палец, 8 — поршень, 9 — шатун, 10 — втулка, 11 — метка, 12— шатунные вкладыши, 13— крышка нижней головки шатуна

Поршневой палец служит для подвижного соединения поршня с шатуном. Его изготовляют пустотелым из стали с поверхностной закалкой токами высокой частоты и закрепляют в бобышках поршня с помощью двух стопорных колец. Этот способ крепления позволяет поршневому пальцу поворачиваться в головке шатуна и в бобышках поршня (такой палец называется плавающим).

Шатун служит для передачи силы давления газов от поршня на коленчатый вал при рабочем ходе, а при вспомогательных тактах — от коленчатого вала к поршню. Изготовляется шатун из стали и состоит из стержня двутаврового сечения, верхней неразъемной и нижней разъемной головок. В верхнюю головку запрессовывают бронзовую втулку, а в нижнюю устанавливают шатунные вкладыши.

У V-образных двигателей на одной шатунной шейке устанавливают два шатуна так, чтобы у правого ряда цилиндров номер на шатуне был обращен назад, а у левого — вперед, т. е. должен совпадать с надписью на поршне «вперед».

Коленчатый вал воспринимает силу давления газов от поршней через шатуны и передает крутящий момент на трасмис-сию автомобиля. Он имеет коренные и шатунные шейки, щеки, противовесы, фланец для крепления маховика и носок с внутренней резьбой для ввертывания храповика. Изготовляется коленчатый вал из стали (ЗИЛ-130, КамАЗ-740) или высокопрочного чугуна (3M3-53, ГАЗ-24).

Рис. 7. Коленчатые валы:
а — восьмицилиндрового V-образного двигателя, б — четырехцилиндрового рядного двигателя; 1 и 3— коренные и шатунные шейки, 2 — противовесы, 4 — пробка, 5 — грязеуловитель, 6 — маховик с зубчатым венцом

Противовесы служат для разгрузки коренных подшипников от вредного действия центробежных сил. Для подвода смазки от коренных шеек к шатунным просверлены каналы. Коренными шейками коленчатый вал устанавливается в постели картера и крепится крышками.

У коленчатых валов 8-цилиндровых V-образных двигателей на каждой из четырех шатунных шеек, расположенных под углом 90 устанавливают по два шатуна: один — левого, а другой — правого ряда цилиндров, номера которых указаны на схеме. У двигателей ГАЗ-24 на шатунных шейках, расположенных попарно под углом 180 устанавливают по одному шатуну.

Вкладыши шатунных и коренных шеек коленчатого вала изготовляют из стальной ленты, внутреннюю (рабочую) поверхность которой покрывают тонким слоем антифрикционного сплава. У двигателей 3M3-53, ЗИЛ-130 и ГАЗ-24 рабочая поверхность вкладышей — из высокооловянистого алюминия. Вкладыши шатунов двигателя КамАЗ-740 — трехслойные, с рабочим слоем из свинцовистой бронзы.

Маховик отливают из чугуна. Он служит для вывода поршней из мертвых точек, осуществления вспомогательных тактов, равномерного вращения коленчатого вала, а также пуска двигателя стартером, для чего на обод маховика напрессован стальной зубчатый венец. Кроме того, маховик служит ведущим диском сцепления.

Рекламные предложения:


Читать далее: Газораспределительный механизм

Категория: — Крановщикам и стропальщикам

Главная → Справочник → Статьи → Форум


admin

E-mail : admin@volonter61.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о