Предназначение кривошипно-шатунного механизма (КШМ). Общее устройство и группы деталей КШМ. Устройство, принцип работы и предназначение блока цилиндров двигателя. Конструктивные формы головок цилиндров. Функции, устройство и условия работы поршня.
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, 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. Внутри блока также имеются каналы и масляная магистраль.В нижней части блока цилиндров находятся опоры для коренных подшипников коленчатого вала, которые имеют съемные крышки прикрепляемые к блоку самоконтрящимися болтами . Конструктивные формы головок цилиндров определяются способом охлаждения двигателя, типом камеры сгорания, расположением клапанов, свечей зажигания или форсунок.
Введение
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, 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.
Общее устройство
В кривошипно-шатунный механизм входят следующие детали: 1. Блок-картер
2. Головка цилиндров
3. Цилиндры
4. Поршень
5. Поршневые кольца
6. Поршневые пальцы
7. Шатун
8. Коленчатый вал
9. Маховик
10. Вкладыши
Блок картер
Блок цилиндров двигателя
1. блок цилиндров
2. болт крепления крышки коренного подшипника
3. крышка первого коренного подшипника коленчатого вала
Блок цилиндров является остовом двигателя. На нем и внутри него размещаются механизмы и устройства двигателя. Элементы блока при работе двигателя нагружены силами давления газов и силами инерции движущихся частей. Вследствие этого элементы остова должны быть связаны между собой в общую жесткую систему во избежание недопустимых деформаций отдельных звеньев. кривошипный шатунный двигатель поршень
Блок представляет собой группу цилиндров, изготовленную в общей отливке с верхней частью картера из специально низколегированного чугуна.
Конструктивное оформление блока зависит от общей компоновки двигателя и его назначения. Размеры внутренних полостей определяются в основном размерами и траекторией движения деталей кривошипно-шатунного механизма. Внешнее очертание и число неподвижных элементов остова зависят от числа цилиндров и их расположения, от схемы механизма газораспределения, положения распределительного вала, условий монтажа, обслуживания и т. п.
Внутри блока также имеются каналы и масляная магистраль.В нижней части блока цилиндров находятся опоры для коренных подшипников коленчатого вала, которые имеют съемные крышки прикрепляемые к блоку самоконтрящимися болтами .
К числу наиболее ответственных элементов блока относятся цилиндры. Внутренняя часть цилиндра, ограниченная с одной стороны головкой (крышкой) цилиндра, а с другой - днищем поршня, образует камеру сгорания. Стенки цилиндра служат направляющими для поршня при его возвратно-поступательном движении, поэтому внутренняя поверхность цилиндра, так называемое зеркало цилиндра, тщательно обрабатывается.
Во время работы двигателя стенки цилиндра находятся под воздействием давления газов, а также боковых сил трения, возникающих при движении поршня. Вследствие этого цилиндры должны быть достаточно прочными и жесткими, чтобы противостоять действующим силам, а внутренняя поверхность должна обладать хорошей износоустойчивостью.
Цилиндры нагреваются горячими газами, а также в результате трения поршня и поршневых колец о стенки. Чтобы температура стенок цилиндра и температурное напряжение в них были в допустимых пределах, применяется охлаждение цилиндров, которое может быть воздушным или жидкостным. Особенно интенсивное охлаждение требуется для наиболее нагревающейся части цилиндра - камеры сгорания
Крышки коренных подшипников коленчатого вала обрабатываются в сборе с блоком цилиндров, поэтому они невзаимозаменяемые и для различия имеют риски на наружной поверхности
В передней части блока расположена полость для цепного привода газораспределительного механизма.
Головка цилиндров
Головка закрывает цилиндр и образует верхнюю часть рабочей полости двигателя. Конструктивные формы головок цилиндров определяются способом охлаждения двигателя, типом камеры сгорания, расположением клапанов, свечей зажигания или форсунок. Наиболее простыми в конструктивном отношении являются головки цилиндров двигателей с нижним расположением клапанов, так как в них размещены только камеры сгорания, водяные рубашки, отверстия для установки свечей зажигания и крепления головки к блоку цилиндров.
В верхней части головок выполняются опорные площадки для крепления деталей клапанного привода. В конструкциях с верхним расположением распределительного вала предусмотрены также соответствующие опоры. Внутренние полости головки образуют рубашку, заполняемую охлаждающей жидкостью. Сверху головка закрывается крышкой.
К головкам крепят также впускные и выпускные трубопроводы с их системами и вспомогательное оборудование двигателя. Стенки головки, образующие камеру сгорания, в большей мере, чем стенки цилиндра, подвержены воздействию открытого пламени и давлению газа, поэтому их делают в 1,5…2 раза толще стенок гильз цилиндров и интенсивно охлаждают.
При жидкостном охлаждении головки, как и цилиндры, снабжают рубашкой охлаждения, а в двигателях воздушного охлаждения - оребряют. Полости рубашек охлаждения головки и цилиндра с помощью протоков объединяют в общую систему, циркуляцию жидкости в которой организуют так, чтобы «холодный» поток ее на входе в систему охлаждения двигателя имел температуру около 80 °С и прежде всего омывал наиболее горячие стенки головки (выпускные патрубки). В двигателях воздушного охлаждения оребрение головки делают особенно развитым, причем ребра располагают по движению потока охлаждающего воздуха так, чтобы обеспечивался более эффективный теплоотвод.
Головки цилиндров отливают из легированного серого чугуна или алюминиевого сплава (для краткости их называют обычно алюминиевыми). После литья, для снятия остаточных напряжений, головки цилиндров подвергают искусственному старению.
Гильзы цилиндров
Внутреннюю тщательно отполированную поверхность цилиндра называют зеркалом цилиндра. Точная обработка этой поверхности (ее овальность и конусность должны быть не более 0,02 мм) обеспечивает легкость движения Блок-картеры выполняются со вставными гильзами из легированных чугунов, обладающих большой износостойкостью и высокими механическими качествами. Применение вставных гильз позволяет увеличить срок службы блок-картера (путем замены изношенных гильз новыми) и упрощает его отливку.
Гильзы называются мокрыми, если они омываются охлаждающей жидкостью с наружной стороны, или сухими, если они установлены в предварительно расточенный цилиндр блок-картера. Мокрые гильзы цилиндров применяются в большинстве автотракторных двигателей: А-41, Д-240 , 24Д. Сухие гильзы применяются при ремонте цилиндров. Толщина стенок мокрых гильз составляет 6-8 мм, а сухих-2-4 мм. поршня и плотное при У многих двигателей для повышения износостойкости внутреннюю поверхность гильз подвергают закалке на глубину 1,5-3 мм с нагревом токами высокой частоты.
Мокрую гильзу в гнездо блок-картера устанавливают так, чтобы предотвратить утечку жидкости из водяной рубашки в гильзу и поддон картера. Кроме того, гильзе должна быть обеспечена возможность изменения длины при нагревании и охлаждении.
Поршни
Поршень выполняет несколько функций, среди которых восприятие давления газов и передача усилий на шатун, герметизация камеры сгорания и отвод от нее тепла. Поршень является наиболее характерной деталью двигателя внутреннего сгорания, т.к. именно с его помощью реализуется термодинамический процесс двигателя.
Условия, в которых работает поршень, экстремальны и характеризуются высоким давлением, температурой и инерционными нагрузками. Поэтому поршни на современных двигателях изготавливаются из легкого, прочного и термостойкого материала - алюминиевого сплава, реже из стали. Поршни изготавливаются двумя способами - литьем под давлением или штамповкой, т.н. кованые поршни.
Поршень цельный конструктивный элемент, который условно разделяют на головку (в некоторых источниках ее называют днище) и юбку. Форма и конструкция поршня в значительной степени определяются типом двигателя, формой камеры сгорания и процессом сгорания, протекающим в ней. Поршень бензинового двигателя имеет плоскую или близкую к плоской поверхность головки. В ней могут быть выполнены канавки для полного открытия клапанов. Поршни двигателей с непосредственным впрыском топлива имеют более сложную форму. В головке поршнядизельного двигателя выполняется камера сгорания определенной формы, которая обеспечивает хорошее завихрение и улучшает смесеобразование.
Ниже головки поршня выполняются канавки для установки поршневых колец. Юбка поршня имеет конусообразную или криволинейную (бочкообразную) форму. Такая форма юбки компенсирует температурное расширение поршня при нагреве. При достижении рабочей температуры двигателя поршень принимает цилиндрическую форму. Для снижения потерь на трение на боковую поверхность поршня наносится слой антифрикционного материала (дисульфид молибдена, графит). В юбке поршня выполнены отверстия с приливами (бобышки) для крепления поршневого пальца.
Поршневые кольца
Поршневые кольца образуют плотное соединение поршня со стенками цилиндра. Они изготавливаются из модифицированного чугуна. Поршневые кольца основной источник трения в двигателе внутреннего сгорания. Потери на трение в кольцах достигают до 25% всех механических потерь в двигателе.
Число и расположение колец зависит от типа и назначения двигателя. Самая распространенная схема - два компрессионных и одно маслосъемное кольцо.
Компрессионные кольца препятствуют прорыву газов из камеры сгорания в картер двигателя. Первое компрессионное кольцо работает в наиболее тяжелых условиях. Поэтому на поршнях дизельных и ряда форсированных бензиновых двигателей в канавке кольца устанавливается стальная вставка, повышающая прочность и позволяющая реализовать максимальную степень сжатия. Компрессионные кольца могут иметь трапециевидную, бочкообразную, коническую форму, некоторые выполняются с порезом (вырезом).
Маслосъемное кольца удаляют излишки масла с поверхности цилиндра и препятствуют попаданию масла в камеру сгорания. Кольца имеют множество дренажных отверстий. Некоторые конструкции колец имеют пружинный расширитель.
Поршневой палец
Соединение поршня с шатуном осуществляется с помощью поршневого пальца, который имеет трубчатую форму и изготавливается из стали. Имеется несколько способ установки поршневого пальца. Самый популярный плавающий палец, который имеет возможность проворачиваться в бобышках и поршневой головке шатуна во время работы. Для предотвращения смещения пальца он фиксируется стопорными кольцами. Значительно реже применяется жесткое закрепление концов пальца в поршне или жесткое закрепление пальца в поршневой головке шатуна.
Поршень, поршневые кольца и поршневой палец носят устоявшееся название поршневая группа.
Шатун
Шатун связывает колено вала с поршнем. При работе шатун совершает сложное качательное движение и подвергается переменной по величине и направлению нагрузке от давления газов и сил инерции. Действующие на шатун силы вызывают в нем сложные деформации: сжатие, растяжение, продольный и поперечный изгибы. Поэтому шатун должен быть прочным и жестким при возможно малой массе. Материалом для шатунов обычно служит углеродистая или легированная сталь, реже - алюминиевый сплав. Шатуны изготовляют большей частью ковкой в штампах с последующей механической и термической обработкой.
Верхняя головка шатуна, которая охватывает поршневой палец, обычно делается неразъемной цилиндрической формы. В нее запрессовывается бронзовая втулка или вставляются стальные вкладыши с тонким слоем антифрикционного сплава, которые являются подшипником поршневого пальца. Иногда втулку в верхней головке шатуна стопорят болтом, чтобы предотвратить ее проворачивание и перемещение в осевом направлении.
Нижняя головка шатуна по условиям ее монтажа, как правило, делается разъемной и имеет размеры, позволяющие вынимать поршень с шатуном через цилиндр. Разъем головки обычно располагают в плоскости оси шатунной шейки. При значительном диаметре шатунных шеек нижнюю головку шатуна иногда изготовляют с косым разъемом для облегчения демонтажа шатуна через цилиндр
Коленчатый вал
Коленчатый вал воспринимает усилия от шатунов и передает создаваемый на нем крутящий момент трансмиссии автомобиля. От него также приводятся в действие различные механизмы двигателя (газораспределительный механизм, масляный насос, распределитель зажигания, насос охлаждающей жидкости и др.). Коленчатый вал - пятиопорный, отлит из специального высокопрочного чугуна. Он состоит из коренных и шатунных шеек, щек, противовесов, переднего и заднего концов.
Коренными шейками коленчатый вал установлен в подшипниках (коренных опорах) картера двигателя, вкладыши которых тонкостенные, биметаллические, сталеалюминевые.
К шатунным шейкам коленчатого вала присоединяют нижние головки шатунов. Шатунные подшипники смазываются по каналам, соединяющим коренные шейки с шатунными.
Щеки соединяют коренные и шатунные шейки коленчатого вала, а противовесы разгружают коренные подшипники от центробежных сил неуравновешенных масс.
На переднем конце коленчатого вала крепятся: ведущая звездочка цепного привода газораспределительного механизма; шкив ременной передачи для привода вентилятора, насоса охлаждающей жидкости, генератора; храповик для поворачивания вала вручную пусковой рукояткой. В заднем конце коленчатого вала имеется специальное гнездо для установки подшипника первичного (ведущего) вала коробки передач.
К торцу заднего конца вала с помощью специальной шайбы болтами крепится маховик.
Маховик
В двигателях с небольшим числом цилиндров маховик служит для выравнивания скорости вращения вала, вывода из мертвых точек кривошипно-шатунного механизма и осуществления вспомогательных тактов рабочего процесса.
При шести и большем числе цилиндров двигатели работают с некоторым, иногда значительным перекрытием рабочих ходов в отдельных цилиндрах, поэтому упомянутые функции маховика для них не столь существенны. Однако кинетическая энергия маховика в многоцилиндровых двигателях облегчает их пуск и необходима для обеспечения плавного трогания автомобиля с места.
Маховики отливают из чугуна в виде диска с массивным ободом и подвергают динамической балансировке в сборе с коленчатым валом. Недостаточная сбалансированность маховика порождает неуравновешенные центробежные силы, вызывающие нежелательную вибрацию двигателя на опорах.
В автомобильных двигателях маховик крепится к хвостовику вала, имеющему форму фланца. Болты крепления маховика ввертывают во фланец или вставки и затягивают динамометрическим ключом и тщательно фиксируют. Маховик центрируется по наружной поверхности фланца с помощью выточки, а положение его относительно коленчатого вала фиксируется.
Для прокрутки вала при пуске двигателя электрическим стартером на обод маховика напрессовывают зубчатый венец.
На цилиндрической поверхности маховика наносят метки и надписи, определяющие момент прохождения в. м. т. поршнем первого цилиндра, а часто и принятое для данного двигателя исходное опережение зажигания (момент подачи искры в цилиндры).
На торцовую шлифованную поверхность маховика опирается фрикционный диск сцепления, кожух которого прикрепляют к маховику. Сцепление предназначено для быстрого отключения двигателя от трансмиссии автомобиля в процессе переключения шестерен в коробке перемены передач и последующего плавного соединения трансмиссии с валом двигателя.
В силовых передачах автомобилей с гидротрансформатором или гидромуфтой маховик отсутствует, а функции его выполняет маховая масса колеса гидротрансформатора.
Вкладыши
Вкладыши шатунные - это невероятно важная деталь автомобиля, без которой его корректная работа не является возможной.
Очень часто в разговорах механиков или бывалых водителей можно услышать фразы типа "Провернуло вкладыш" либо же "Движок застукал", после которых сразу же становится понятно, что имеется в виду авария двигателя внутреннего сгорания, точнее, что вышли из строя подшипники скольжения коленчатого вала, точнее, шатунные и коренные вкладыши.
Чаще всего шатунные вкладыши подшипника изготавливают из олова, меди или свинца, но бывают ситуации, когда материалом для изготовления подшипников становится алюминиевый сплав.
Верхние пазухи шатунных вкладышей и сами подшипники имеют покровный слой, который устойчив к коррозии. Благодаря этому предотвращается разъедание медно-свинцовой детали. Если использовать масло, которое имеет недостаточно высокое общее щелочное число или же окисленное масло, то можно добиться разрушения свинца, изза чего он в дальнейшем будет не способен бороться с вредными продуктами сгорания топлива, которые, ко всему прочему, являются еще и кислотными.
Верхние вкладыши 1-го, 2-го, 4-го и 5-го коренных подшипников имеют канавку на внутренней поверхности, а нижние без канавки. Вкладыши центрального (3-го) коренного подшипника отличаются от остальных большей шириной и отсутствием канавки на внутренней поверхности. Все вкладыши шатунных подшипников без канавок, одинаковые и взаимозаменяемые.
Источники информации
Интернет сайты: http://azbukadvs.ru, http://systemsauto.ru, https://ru.wikipedia.org http://myfta.ru, http://www.bestref.ru, http://www.avtonov.svoi.info
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
