Шатунные болты
Шатунные болты и винты устанавливают на разъемной головке шатуна. Наличие разъема не должно снижать жесткости головки, несущей один из наиболее ответственных подшипников двигателя, поэтому особое внимание уделяют точности обработки разъемных плоскостей и их взаимной фиксации. Для повышения жесткости кривошипной головки вкладыши подшипника часто ставят с натягом 0,03 ... 0,06 мм.
Затяжки шатунных болтов (винтов) назначаются значительные, причем запас по плотности стыка k = 2,0 ... 4,5. Некоторая часть напряжений затяжки (обычно до 150 МПа) идет на создание натяга вкладышей. Силу затяжки контролируют измерением удлинения болта, а также с помощью ультразвука и др. Конструкция шатунных болтов ввиду особой важности должна удовлетворять требованиям высокой надежности и стабильности затяжки.
Высокое сопротивление усталости соединений обеспечивается:
снижением дополнительной нагрузки на болты от внешней силы (применением податливых болтов);
уменьшением дополнительных напряжений изгиба (при использовании центрирующих поясков);
применением высокопрочных материалов; плавностью сопряжения головки и поясков со стержнем, витков резьбы;
упрочняющей обработкой радиусных поверхностей сопряжений; поверхностным пластическим деформированием (обкаткой роликами, обдувкой дробью) и т. д.
Широко применяют болты с центрирующими поясками (ступенями), сформированными накатыванием винтовых треугольных шлицев на заготовке постоянного диаметра.
Шатунные болты тихоходных двигателей (например, двухтактных) изготовляют из углеродистых (стали 35, 40, 45 и др.), а также хромоникелевых среднеуглеродистых сталей. Для изготовления шатунных болтов двигателей тепловозов, а также быстроходных двигателей используют высокопрочные хромоникельмолибденовые (или вольфрамовые) и хромо-никель-молибдено-ванадиевые стали 40ХН2МА, 40Х2Н2МА, 38ХНЗМА, 36Х2Н2МФА. Шатунные болты автомобильных и тракторных двигателей изготовляют из сталей 40Х, 45Х, ЗОХМА, 35ХМ и др.
Коленчатый вал
Коленчатый вал (рисунок 7), соединенный с поршнем посредством шатуна, воспринимает действующие на поршень силы. На нем возникает вращающий момент, который затем передается на трансмиссию, а также используется для приведения в действие других механизмов и агрегатов. Под влиянием резко изменяющихся по величине и направлению сил инерции и давления газов коленчатый вал вращается неравномерно, испытывая крутильные колебания, подвергаясь скручиванию, изгибу, сжатию и растяжению, а также воспринимая тепловые нагрузки. Поэтому он должен обладать достаточной прочностью, жесткостью и износостойкостью при сравнительно небольшой массе.
Рисунок 7 - Коленчатый вал V - образного 8-цилиндрового двигателя ЗИЛ-130: 1 - противовес, 2 - заглушка, 3 - полость, 4 - отверстие для крепления маховика, 5 - сверления для подачи масла к шейке.
Коленчатые валы изготавливают методом ковки или литья из среднеуглеродистых и легированных сталей (может применяться также чугун высококачественных марок). После механической и термической обработки коренные и шатунные шейки подвергают поверхностной закалке (для повышения износостойкости), а затем шлифуют и полируют. После обработки вал балансируют, т. е. добиваются такого распределения его массы относительно оси вращения, при котором вал находится в состоянии безразличного равновесия.
Стальные валы при одинаковых с литыми чугунными валами размерах шеек и щек имеют большую прочность, а к преимуществам литых валов следует отнести их меньшую стоимость, меньший расход металла при изготовлении, сокращение числа операций механической обработки, а также возможность придания оптимальных форм отдельным элементам кривошипа, например внутренним полостям шатунных и коренных шеек.
Литье позволяет выполнить все шейки вала полыми. Шейки стальных коленчатых валов закаливают токами высокой частоты. Все шейки коленчатых валов тщательно шлифуют и полируют. Переходы (галтели) от шеек к щекам выполняют плавными.
Количество шатунных шеек в двигателе, имеющем однорядное расположение цилиндров, равно числу цилиндров, а в V-образном двигателе - их в два раза меньше числа цилиндров, так как на каждую шатунную шейку устанавливают по два шатуна.
Количество коренных шеек четырехцилиндровых двигателей с рядным расположением цилиндров три или пять, в шестицилиндровых - четыре или семь, а V-образных восьмицилиндровых - пять.
Если шатунная шейка с двух сторон имеет коренную шейку, то такой коленчатый вал называют полноопорным. Полноопорный вал меньше прогибается и обеспечивает лучшие условия работы подшипников и больший срок их службы.
В современных автомобильных двигателях частота вращения коленчатого вала достигает 3ccc-4ccc мин -1 (грузовые автомобили) и 4500-6ccc мин -1 (легковые). Поэтому возникают большие силы инерции, действующие на шатунные шейки, щеки и нижние головки шатунов. Эти силы нагружают подшипники, вызывая их ускоренное изнашивание. Для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил служат противовесы, расположенные на щеках против шатунных шеек коленчатого вала.
Коренные и шатунные шейки вала соединены наклонными каналами, просверленными в щеках и служащими для подвода масла от коренных к шатунным подшипникам. Шатунные шейки выполняют полыми или высверливают в них полости грязеуловители. В этих полостях под действием центробежных сил отлагаются тяжелые частицы и продукты изнашивания, содержащиеся в масле. Грязеуловители очищают при разборке двигателя, вывертывания пробки.
Для обеспечения нормальной работы двигателя к рабочим поверхностям коренных и шатунных шеек необходимо подавать моторное маслопод давлением. Масло поступает из отверстий в картере к коренным подшипникам. Затем оно через специальные каналы в коренных шейках, щеках и шатунных шейках попадает к шатунным подшипникам. Для дополнительной центробежной очистки масла в шатунных шейках имеются грязеуловительные полости, закрытые заглушками.
В коренных подшипниках применяют тонкостенные износостойкие вкладыши, аналогичные вкладышам шатунных подшипников. Для восприятия осевых нагрузок и предотвращения осевого смещения коленчатого вала один из его коренных подшипников (обычно передний) делают упорным.