Заняття №11. Кривошипно-шатунний та газорозподільний механізми

План заняття

1. Вимоги до КШМ та ГРМ.

2. Умови роботи деталей КШМ і ГРМ

3. Типи ГРМ та їх порівнювальна оцінка.

4. Конструкція, матеріал виготовлення деталей КШМ і ГРМ

1.Кривошипно - шатунний механізм

1.1. Вимоги до КШМ.

1.2. Конструкція деталей і матеріал виготовлення.

1.3. Конструктивні і технологічні заходи , які направлені на підвищення надійності і довговічності деталей КШМ.

1.1.Основні вимоги до корпусних деталей КШМ:

1.1.1. Жорсткість, міцність ( блоку циліндрів, головки блоку, силових шпильок, корпусів підшипників колінчастого валу).

1.1. 2. Стійкість проти спрацювання ( циліндр, поршень, підшипники).

1.1.3. Щільність матеріалу ( блоку, головки блоку) , які повинні забезпечувати відсутність втрат рідини і повітря, що рухаються по каналах.

1.1.4. Мінімальні габарити і маса.

1.1.5. Технологічність виготовлення.

1.1.6. Низька собівартість.

1.2.1. Конструкція нерухомі групи деталей кривошипно-шатунного механізму

Деталі КШМ (рис. 1) можна умовно поділити на дві групи: рухомі та нерухомі. До нерухомих відносяться блок циліндрів та головка циліндрів. Вони складають основу двигуна. У більшості автомобільних двигунів використовується блок-картер: єдиний відливок блоку і картера, який має підвищену жорсткість.

Найбільш поширеними є дві силові схеми блок-картерів (рис.1):

1) несучий блок циліндрів, коли блок циліндрів і гільзи відпиваються як одне ціле (двигуни ВАЗ, МеМЗ-245), в цьому випадку стінки блока навантажуються газовими силами;

2) несучий блок оболонки циліндрів, коли відливається блок без гільз циліндрів і використовуються вставні гільзи (3M3-53, ЗІЛ-ІЗО, КамАЗ, УМЗ-412).

Рис 1. а - з несучим блоком циліндрів; б - з несучим блоком оболонки циліндрів

Матеріали блок-картера з несучим блоком циліндрів - сірий дрібнозернистий чавун, часто легований хромом, нікелем, титаном; несучий блок оболонки циліндрів виготовляється із чавуну (3IJI-130, КамАЗ),

СЧ18; СЧ21; СЧ 24; СЧ30, або з алюмінієвих сплавів АЛ4, АЛ9(3M3-53, УМЗ-412,ЗМЗ-24).

Товщина стінок і перегородок, частин картера дорівнює 4…7 мм. Блоки з алюмінієвих сплавів мають товщу стінку на 1…2мм. При застосуванні прогресивних технологій ( лиття під тиском у металеві форми)

Дозволяє знизити товщину чавунних стінок до 3,2…3,5мм. Для карбюраторних двигунів дають перевагу блокам з алюмінієвих сплавив, які майже у 4 рази легше від чавунних. Ширина картера визначається траєкторією крайньої зовнішньої головки шатунного болта. Мінімальна відстань від стінки картера не перевищує 10…15мм. Довжина блока залежить від кількості циліндрів і міжосьової відстані між циліндрами

Гільзи циліндрів бувають сухі та мокрі (якщо вони омиваються охолоджуючою рідиною), матеріал - сірий перлітної структури чавун; мокрі гільзи повинні мати два направляючі центруючі пояси: верхній та нижній, утримуючий буртик, а також ущільнення. Гільзи виготовляють з сірого перлітного чавуна, рідше сталь і алюмінієві сплави ( малопотужні двигуни). Для зміцнення гільз застосовують різні методи термообробки: цементацію, азотування, гартування СВЧ, пористе хромування. Материал гільз циліндрів:

СЧ15; СЧ24 (перлітної структури), стальні з присадкою алюмінію 35ХЮА; 35ХМНЮА; 38ХМЮА з наступною термообробкою для зміцнення поверхонь тертя.

Для ущільнення газового стику між блоком циліндрів і головкою застосовують прокладки, найчастіше вони металоазбестові, тобто складаються з двох листів азбестокартону, накладених на сталеву сітку або сталевий перфорований лист.

Головка циліндрів забезпечує герметизацію верхньої частини блока циліндрів. Спільно з днищами поршнів головка циліндрів утворює камеру згоряння. Залежно від напрямку руху робочої суміші на впуску і відпрацьованих газів на випуску застосовуються дві основні форми головок циліндрів:

головка циліндрів з одностороннім розміщенням газових каналів. Впускні та випускні канали розміщені з однієї сторони головки. Розміщення клапанів однорядне. Така головка раціональна в автомобілях з поперечним розміщенням двигуна;

головка циліндрів з розміщенням каналів з різних сторін. Це забезпечує рух потоку газів на впуску і випуску по діагоналі. Розміщення клапанів дворядне.

Головки блока циліндрів виконують суцільними для всього блока циліндрів або індивідуальними для кожного циліндра.

На двигунах вантажних автомобілів часто застосовують окремі головки для кожного циліндра. В них рівномірніше розподіляються навантаження, полегшується герметизація камери згоряння.

Рис. 2. Нерухомі деталі кривошипно-шатунного механізму:

1- передня кришка; 2-прокладка головки циліндрів; 3-камера згоряння; 4-головка циліндрів; 5- гільза; 6-прокладка; 7-блок циліндрів; 8-прокладка головки циліндра; 9-індивідуальна головка циліндра; 10-прокладка; 11-кришка головки циліндра; 12-болт; 13-болт кріплення головки; 14- випускний патрубок; 15-болт; 16-кришка корінного підшипника; 17-болт;

На двигунах легкових автомобілів і вантажних автомобілів малої вантажопідйомності зазвичай встановлюється одна спільна головка для всіх циліндрів.

Конструкція головки значною мірою залежить від типу двигуна (дизелі, чи двигун з іскровим запалюванням), типу системи охолодження, типу та форми камери згоряння, розташування клапанів і т.д.

До елементів корпусу двигуна належать також корінні підшипники; їх кришки закріплюються болтами або шпильками. Для алюмінієвих картерів застосовують тільки шпильки, а для чавунних - як болти, так і шпильки. Вкладиші корінних підшипників встановлюють у розточку картера та кришки з натягом. Від провертання та осьових переміщень вкладиші фіксуються відігнутими вусиками.

Розрахунок нерухомих деталей

Циліндри блочної конструкції розраховують на розтяг по твірній циліндра (рис. 9.4), МПа: σ_ρ =

Рис. 3. Розрахункова схема циліндра

де Р_z -максимальний розрахунковий тиск газів в циліндрі, МПа;

D - діаметр циліндра, м;

δ _ц - товщина стінки циліндра, м.

Допускається приймати [σ_ρ], МПа: для чавунних гільз - 40…60 МПа; для стальних гільз – 80…120 МПа;

для чавунних циліндрів без гільз -20…40 МПа

Шпильки кріплення головки блока розраховують на розрив у небезпечному перерізі під дією сили, що виникає при затяжці гайок. Сила попередньої затяжки шпильки, МН:

Р_з= /1,25...1,5/ Р_z Fr,

Р_z - максимальний тиск при згоранні, МПа; Fr- площа обмежена краєм прокладки навкруги камери згорання, м2: при верхньому розміщенні клапанів - Fr = /1,1... 1,3/ Fn.

Сумарна розрахункова сила, що діє на шпильки, МН:

Рр=Р₃ + Pz Fr.

Сумарна сила, яка приходиться на одну шпильку МН: Рр¹ = Рр/z ;. z – число шпильок на одному циліндрі (z = 4…6).

Напруження розтягу в шпильці, МПа σ_ρ = Рр¹/ F₀

де F₀ - площа мінімального поперечного перерізу по внутрішньому діаметру різьби, м2;

σρ< [ σρ] = 100... 150 - для вуглецевих сталей; σρ< [ σρ] = 250...300 - для легованих сталей, МПа.

Матеріал силових шпильок повинен мати якомога більшу межу пружності, виготовляють їх у більшості випадків з легованих сталей (40Х, 18 ХНВА та інших).