Кривошипно-шатунный механизм Коленчатый вал. Распределительные валы. Отстойник.

Назначение коленчатого вала — преобразовать работу сил давления газов, действующих на поршни в тактах рабочего хода, в крутящий момент и передать его на воздушный винт. Кроме того, коленчатый вал обеспечивает перемещение поршней в течение их нерабочих ходов и приводит в действие нагнетатель, механизм газораспределения и агрегаты, установленные на двигателе.

Элементами коленчатого вала являются:

- носок вала;

- кривошипы;

- противовесы;

- демпферы крутильных колебаний;

Носок вала, а в случае редукторных моторов — носок редук­тора служит для правильной центровки и крепления воздуш­ного винта и для передачи ему вращающего момента мотора.

Кривошип состоит из двух коренных шеек, одной шатунной шейки и двух щек. Число кривошипов на коленчатых валах рядных двигателей равно числу цилиндров в одном ряду. Кривошипы располагают под углом, обеспечивающий равномерность чередования вспы­шек в цилиндрах (Рис. 3.6).

Рис. 3.6. Коленчатый вал V-образного рядного двигателя

Коленчатые валы — наиболее ответственные и напряженные детали двигателя. Они работают на срез, истирание, изгиб и кру­чение от знакопеременных нагрузок, изменяющихся с большой частотой. Поэтому коленчатые валы изготовляются из высоко­сортных сталей, механические и физические свойства которых улучшены присадкой различных элементов: никеля, хрома, воль­фрама, молибдена и др.

Для уменьшения веса коленчатого вала все его коренные и шатунные шейки. Полости шеек закрываются заглушками или специальными втулками, способствующими центрифугированной очистке масла, подаваемого на смазку вала.

Хвостовик вала служит для привода вспомогательных агре­гатов, механизму газораспределения, нагнетателя и пр.Соединение между валиком приводя и хвостовиком обычно производится при помощи шлиц. Коленчатый же вал, работающий на изгиб и кручение, не может быть изготовлен из материала, большой твердости, поэтому хвостовик выполняется как отдельная деталь, которая впрессовывается в последнюю коренную шейку (считай от винта). Кроме того, это устранят необходимость замены коленчатого вала в случае износа хвостовики.

Коленчатые валы звездообразных двигателей имеют следую­щие особенности:

1.Учитывая, что главные шатуны звездообразных двигате­лей имеют неразъемную нижнюю готовку, коленчатые валы при­ходится делать с разъемным кривошипом.

Наиболее распространенный способ соединения отдельных; частей коленчатого вала звездообразного двигателя показан на рис. 3.7. Задняя щека вала имеет разрезную проушину, в кото­рой зажимается шатунная шейка.

Рис. 3.7.Коленчатый вал однорядного звездообразного двигателя

Шатунную шейку всегда де­лают заодно с передней щекой, чтобы крутящий момент мотора передавался на винт через целое место. В двухрядных звездообразных двигателях обе шатунные шейки скрепляются одной промежуточной щекой. Прочность и жесткость соединения обеспечиваются только силой затяжки болтов. Величина вытяжки зависит от длины болта и выбирается с таким расчетом, чтобы напряжение в материале болта после его затяжки не превышало 4000 — 5000 кг/см².

2. Кривошип коленчатого вала звездообразного двигателя значительно более нагружен по сравнению с кривошипом ряд­ного двигателя. Это объясняется большими значениями сил инерции вращающихся масс и результирующей сил инерции поступательно-движущихся масс, а также тем, что газовые силы многих цилиндров передаются на один кривошип.

Поэтому в звездообразных двигателях кривошипы должны быть более массивными. Как правило, у таких кривошипов значительны длина шатунной шейки и толщина щек. Коренные шейки вала работают на роликовых или шариковых подшипниках.

3. Для уравновешивания сил инерции вращающихся и посту­пательно-движущихся масс коленчатые валы звездообразных двигателей снабжаются массивными противовесами. С целью уменьшения веса противовесы разминают насколько возможно дальше от оси коленчатого вала, придавая им формы сегментов.

Для разгрузки от срезывающих усилий, возникающих под действием сил инерции противовесов, болтов или заклепок, кре­пящих к щекам противовесы, последние обычно устанавливают в специальных пазах или выступах, выполненных на щеках.

На некоторых звездообразных двигателях противовесы одно­временно работают как демпферы крутильных колебаний. В этом случае они подвешиваются к щеке вала на двух роли­ках, допускающих свободное перемещение противовесов в на­правлении вращения на некоторую расчетную величину 6—8 мм. Конструктивное выполнение коленчатого вала двухрядного звездообразного двигателя показано на Рис. 3.8.

Рис. 3.8. Основные части коленчатого вала двухрядного звездообразного двигателя: 1 — передняя часть коленчатого вала; 2- средняя часть коленчатого вала, 3 — задняя часть коленчатого вала;4 –противовесы; 5-стяжной болт; 6-детали крепления противовеса;7-детали разъемного подшипника;

Скользящие подшипники коленчатых валов

В авиационном двигателе подшипники являются самой рас­пространенной деталью, имеющей десятки разновидностей, отличающихся как по своему назначению, так и по материалу,

конструкции и условиям работы. Во всех случаях назначение подшипников — воспринимать радиальные и осевые нагрузки, передающиеся от вращающихся деталей на опоры, и уменьшать трение между вращающимися деталями и их опорами.

В зависимости от того, какого направления нагрузки подшипники воспринимают, они делятся на следующие группы:

— радиальные или опорные подшипники, восприни­мающие нагрузки, направленные перпендикулярно к оси вала;

— упорные, воспринимающие нагрузки, направленные вдоль оси вала;

— радиально-упорные, воспринимающие нагрузки, на­правленные как вдоль, так и перпендикулярно оси вала.

В зависимости от характера трения между валом и подшип­ником последние делятся на подшипники скольжения и подшипники качения.

В подшипниках скольжения поверхность вала непосред­ственно касается поверхности подшипника или его вкладыша. При вращении вала его шейка, опирающаяся на подшипник, скользит по поверхности вкладыша.

В подшипниках качения поверхность вала отделена от по­верхности подшипника роликами или шариками, которые при вращении вала перекатываются по обоймам.

В авиационных двигателях наиболее употребительны сколь­зящие подшипники, которые по сравнению с подшипниками качении имеют следующие преимущества:

• простота в изготовлении и удобство монтажа;

• незначительные габариты по диаметру вала;

• эластичность в работе, вследствие чего смягчаются удары и толчки, передающиеся на опоры;

Последнее объясняется тем, что, как уже указывалось, вал при своем вращении увлекает за собой концентричные слои масла, образующие как бы масляную подушку, отделяющую поверхность вала от поверхности вкладыша (жидкостное трение). Эти слои масла амортизируют удары и толчки, передаю­щиеся от вала на его опоры.

Непременным условием надежной работы скользящего под­шипника является достаточная смазка, поэтому, как правило, в авиационном двигателе к скользящим подшипникам масло подводится под давлением. При небольших значениях удель­ного давления на подшипник и небольшой относительной ско­рости между валом и подшипником хорошо работают подшип­ники, изготовленные из алюминиевых и медных сплавов.

В наиболее тяжелых условиях работают подшипники сколь­жения коленчатых валов, нагруженные значительными усилиями, переменными по величине и направлению.

Как указывалось, в нормальных условиях работы трение скользящего подшип­ника имеет жидкостный характер, однако в случае недостаточ­ной жесткости вала или его опор, плохой механической обра­ботки трущихся поверхностей, неправильного монтажа, а также при попадании механических частиц неизбежно возникает полужидкостное, а иногда и сухое трение. При этом температура подшипника возрастает, что приводит к выплавлению антифрик­ционного слоя и наволакиванию его на шейку вала, к заклиниванию вала в подшипнике и к другим серьезным дефектам.

Рис. 3.9 Форма вкладышей: Рис. 3.10. Схема деформации коленвала

а) с конической расточкой; под действием нагрузки

б) с параболической расточкой;

Вкладыши подшипников коленчатого вала заливаются анти­фрикционный сплавом, что обеспечивает хорошую приработку подшипника к валу, дает возможность путем шабровки точно подогнать поверхность вкладыша к шейке вала и, кроме того, уменьшает износ шеек,

Наилучшим материалом для наливки вкладышей являются сплавы на оловянной основе, известные под названием баб­битов.

Подшипники качения

Достоинствами подшипников качения являются:

1. незначительная величина трения;

2. способность воспринимать большие нагрузки и работать надежно при больших числах оборотов;

3. отсутствие необходимости подводить смазку к подшип­нику под давлением.

К недостатком подшипников качения относятся:

1. большой вес (по сравнению с подшипниками скольжения);

2. значительные размеры по диаметру;

3. отсутствие разъема, что в ряде случаев затрудняет мон­таж;

4. большая жест­кость работы и чувст­вительность к неточ­ности изготовления и монтажа вала.

Подшипники каче­ния состоят из следу­ющих деталей: наружного кольца а (рис. 3.11), внутрен­него кольца б, комплекта роликов или шариков в и сепаратора г, закрепляющего ролики или шарики между наружным и внутренним кольцами и предохраняющего их от выпадения.

Р ис. 3.11. Детали подшипника качения

В зависимости от направления воспринимаемых нагрузок подшипники качения делятся на радиальные, упорные и радиально-упорные. Каждая из этих разновидностей имеет свои конструктивные особенности и делится на серии, различающиеся по габаритным размерам и по величине допускаемых | нагрузок.

Различные виды подшипников качения, применяемых в авиа­ционных моторах, приведены в схеме и на рис. 3.12.

Р ис. 3.12. Виды подшипников качения: а- шариковые; б- роликовые; в- игольчатые;

В авиационных двигателях упорные подшипники обычно устанавливаются для восприятия тяги винта. При этой кон­струкция подшипников должна обеспечивать возможность ра­боты мотора как с тянущим, так и с толкающим винтом, чтобы он мог воспринимать осевую нагрузку любого напра­вления. Детали такого подшипника показаны на Рис. 3.13.

Рис. 3.13

В звездообразных двигателях коренные шейки коленчатого вала монтируются на подшипниках качении, чаще всего роли­ковых. При этом одни из подшипников (обычно передний) радиально-упорный.

Подшипники качения находят также применение в агрегатах мотора: магнето, нагнетателе, приводах и в ряде других дета­лей, к которым подвод масла под давлением затруднен.

Рис.3.14

Роликовые подшипники способны выдерживать большие нагрузки по сравнению с шариковыми подшипниками такого же размера, но осевую нагрузку они выдерживают плохо. Этот недостаток устраняют путем применения конических или сферических роликов. Подшипники с такими роликами не уступают однорядным шариковым подшипникам по способности воспринимать осевую нагрузку, но при этом они мо­гут выдерживать гораздо большую радиальную нагрузку.

При сочетании большей радиаль­ной нагрузки с осевой, действующей то в одном, то в другом направлении, прекрасно работают подшипники с двумя рядами конусных роликов, вер­шины которых расположены в противо­положные стороны (Рис. 3.14). Такие подшипники применяются в коромыслах клапанов некоторых звездообразных двигателей.

Игольчатые подшипники

Конструкция игольчатых подшипников относится к проме­жуточной между подшипниками скольжения и подшипниками качения.

Иглы диаметром от 2.5 до 5 мм и длиной от 10 до 50 мм представляют собой как бы плавающую гильзу, заложенную в пространство между палом и его опорой.

Преимущества игольчатых подшипников заключаются в сле­дующем:

- малые размеры по длине и незначительное увеличение по диаметру;

- хорошая сопротивляемость нагрузкам большой величины и ударного характера;

- надежная работа при больших числах оборотов.

В отличие от роликовых и шариковых подшипников, у иголь­чатых подшипников вместо наружного и внутреннего колец могут быть использованы поверхности валика и сопряженной с ним опоры, если твердость этих поверхностей не менее 650 по Бринеллю.

Соответственно этому игольчатые подшипники могут быть либо с одним наружным или с внутренним кольцом, либо со­вершенно без колец.

Несмотря на большие преимущества, игольчатые подшип­ники сравнительно редко применяются в авиационных двигате­лях, что объясняется большой сложностью их монтажа.

Иглы монтируются в корпус подшипника обычно при по­мощи монтажного (ложного) валика, имеющего меньший диа­метр по сравнению с действительным валиком.

В отдельных случаях монтаж легко осуществляется при помощи тавота. Для этой цели иглы собираются на смазанной тавотом рабочей поверхности и благодаря прилипанию не рас­сыпаются при дальнейшем монтаже.

Игольчатые подшипники применяются только как радиаль­ные, так как осевую нагрузку они не воспринимают.