книги из ГПНТБ / Силовые установки и промысловые механизмы маломерных судов рыбной промышленности (с двигателями до 100 л. с.) учеб. пособие

бобышках поршня может быть и неподвижным, с помо­ щью стопорного болта и шпонки. Стопорный болт удер­ живает палец от осевого перемещения, а шпонка — от проворачивания (рис. 41, е). Такой способ крепления пре­ дохраняет отверстия бобышек от износа, но приводит к односторонней выработке поршневого пальца втулкой верхней головки шатуна.

Рис. 41. Поршневые пал

Наиболее целесообразным способом шарнирного со­ единения поршня с шатуном является применение так называемого плавающего пальца. Он может свободно проворачиваться как в отверстиях бобышек поршня, так и во втулке верхней головки шатуна, в результате чего обеспечивается равномерный износ пальца и увеличива­ ется срок его службы.

Для предотвращения осевого перемещения пальца и образования в связи с этим надиров на зеркале цилинд­ ра поршневой палец фиксируется заглушками из мяг­ ких металлов (алюминий, бронза) или стопорными пру­ жинящими кольцами, которые вставляют в выфрезерованные канавки в отверстиях бобышек. На рис. 41, а, б, в показано плавающее крепление поршневого пальца с по­ мощью заглушек или грибков, а на рис. 41, г, д — с помо­ щью стопорных пружинящих колец.

90

Поршневой палец часто изготавливают пустотелым, материал для него выбирают, исходя из условий работы, он должен обладать высокой прочностью, вязкостью и поверхностной твердостью. Такими материалами явля­ ются высококачественные малоуглеродистые и легиро­ ванные стали. Необходимая поверхностная твердость пальцев достигается цементацией, закаливанием или азотированием. Иногда рабочую поверхность пальцев хромируют.

При сборке поршневой группы с поршнем, изготов­ ленным из алюминиевого сплава, необходимо помнить, что вследствие разницы в коэффициентах линейного рас­ ширения палец в поршень вставляется с натягом. При работе двигателя поршень нагревается, в результате че­ го в бобышках устанавливается необходимый зазор, обеспечивающий свободное перемещение поршневого пальца. Установка или выемка поршневого пальца про­ изводится при нагревании поршня в масляной ванне или электрогрелкой до температуры, обеспечивающей воз­ можность выполнения этих операций (90—120°С).

Поршневой палец после изготовления имеет вязкую сердцевину и очень твердую поверхность, в результате чего обеспечивается его высокая прочность и износоус­ тойчивость.

Шатуны

Шатун служит для соединения поршня с шейкой кри­ вошипа коленчатого вала и передачи усилий от давле­ ния газов, действующих на поршень, на коленчатый вал. Конструкция шатуна должна быть прочной и жесткой, чтобы противостоять силам, вызывающим его изгиб, сжатие и растяжение. Шатуны изготовляют из высоко­ качественных углеродистых или легированных сталей поковкой или штамповкой с последующей механической и термической обработкой.

Конструкция шатуна быстроходного дизеля 64 15/18 (ЗД6) показана на рис. 42. Шатун состоит из следую­ щих основных элементов: верхней или поршневой голов­ ки 4, стержня шатуна 5, нижней, или мотылевой, голов­ ки 6.

Верхняя головка шатуна своим отверстием соединя­ ется с поршневым пальцем.; Для уменьшения трения в

91

отверстие верхней головки впрессована втулка 2 из оловянистой бронзы. Втулка удерживается от проворачива­ ния в головке стопором 3. Масло для смазки поршнево­ го пальца поступает через шесть отверстий а в верхней части головки и втулки при разбрызгивании из картера.

Стержень шатуна, как и в большинстве быстроход­ ных дизелей, для большей легкости и жесткости выпол­

нен двутаврового сечения. Нижняя головка шатуна вы­ полняется разъемной. Крышка 5 нижней головки кре­ пится с помощью шпилек 7 и корончатых гаек. В отвер­ стие нижней головки шатуна вставляется разъемный стальной вкладыш / с наплавкой из свинцовистой брон­ зы. Вкладыши в собранной и затянутой гайками головке удерживаются от проворачивания и осевого смещения в результате посадочного натяга и установочными штиф­ тами, запрессованными в тело крышки и шатуна. Строго определенное фиксирование крышки нижней головки относительно тела шатуна достигается с помощью спе­ циального центрирующего выступа б. Подшипники ниж­ ней головки шатуна смазываются маслом, поступающим под давлением через отверстия в коленчатом валу.

В двигателях средней быстроходности и тихоходных наиболее распространенной конструкцией шатуна' явля-

92

ется круглый стержень и отъемная нижняя головка. Две половинки нижней головки шатуна при сборке соединя­ ются между собой и с подошвой стержня шатуна шатун­ ными болтами. Для обеспечения геометрической соос­ ности стержня шатуна с нижней головкой верхняя.поло­ вина ее и подошва ша­ туна имеют центриру­ ющие выступы. Кон­ струкция шатуна с отъемной нижней го­ ловкой позволяет регу­ лировать высоту каме­ ры сгорания в резуль-

,тате постановки между подошвой шатуна и го­ ловкой специальных прокладок.

фиксируется в головке стопорным винтом 2. На внутренней поверхности отверстия верхней головки име­ ется кольцевая маслоподводящая канавка /. В эту ка­ навку поступает масло под давлением из осевого канала 17 в.стержне 6 шатуна. Из канавки часть масла посту­ пает через отверстия во втулке 5 на смазку поршневого пальца, а часть — к соплу 4, из которого масло, распыливаясь, подается для охлаждения днища поршня.

Нижняя головка шатуна отъемная и состоит из двух половинок. Между подошвой стержня шатуна и верхней половиной головки имеется шлифованная прокладка 9. В разъемные половины 13 и 15 нижней головки вставле­ ны стальные вкладыши 12 и 14 с наплавкой баббитом.

93

При сборке необходимое прилегание вкладышей обе­ спечивается натягом из-за выступа концов вкладышей на 0,03—0,05 мм над поверхностью половин крышек по линии разъема. От осевого перемещения и проворачива­ ния вкладыши фиксируются штифтами 10 и 8. Масля­ ный зазор в подшипнике нижней головки шатуна регу­ лируют, изменяя количество тонких латунных прокла­ док между его половинами. Верхняя и нижняя полови­ ны головки шатуна центрируются одна относительно дру­ гой замком в их стыке, относительно стержня шатуна го­ ловка центрируется выступом на верхней половине 15. Шатунные болты 16 имеют центрирующие пояски, кото­ рые входят в отверстия соединяемых половин головки со стержнем шатуна и обеспечивают их взаимную фикса­ цию. Шатунный болт удерживается от проворачивания при затяжке гайки 7 штифтом 11.

Конструкция шатуна карбюраторного двигателя ана­ логична описанным конструкциям шатунов маломощных дизелей.

Коленчатый вал

Коленчатый вал является наиболее ответственной де­ талью, так как воспринимает усилия от давления газа всех цилиндров и передает их в виде периодически из­ меняющегося по величине крутящего момента на греб­ ной винт. Цилиндры двигателя работают попеременно с резким нарастанием и спадом давления, поэтому колен­ чатый вал оказывается нагруженным, изменяющимися по величине и направлению силами, которые вызывают его кручение, изгиб, сжатие и растяжение. Кроме сил от давления газов на коленчатый вал действуют силы инер­ ции от поступательно-движущихся и вращающихся час­ тей. Конструкция коленчатого вала в связи с этим дол­ жна быть прочной и жесткой, а шейки кроме этого долж­ ны еще обладать высокой износоустойчивостью.

Для повышения износоустойчивости шейки вала иногда подвергают термической обработке. Коленчатые валы изготавливают из высококачественных углеродис­ тых, а для быстроходных двигателей — из легированных сталей ковкой, штамповкой или литьем. Кроме стальных валов в некоторых двигателях применяют коленчатые валы, отлитыми из специального модифицированного чу­ гуна повышенной прочности. Для двигателей небольшой

94

мощности коленчатые валы изготавливают цельными, а для двигателей большой мощности составными.

Коленчатый вал состоит из кривошипов пли колен. Число кривошипов и относительное положение их зави­ сит от числа тактов двигателя, количества цилиндров и порядка их работы. Угол между двумя соседними кри­ вошипами определяют путем деления угла поворота ко­ ленчатого вала, в течение которого осуществляется ра­ бочий цикл, на число цилиндров. Например, рабочий

Рис. 44. Коленчатый вал четырехтактного двухцилиндрового двигателя.

цикл четырехтактного дизеля осуществляется за два оборота коленчатого вала или за 720°, поэтому угол ме­ жду двумя соседними кривошипами для щестицилиндрового дизеля составит 720:6=120°. У двухтактного ди­ зеля рабочий цикл осуществляется за один оборот ко­ ленчатого вала или за 360°, поэтому угол между двумя соседними кривошипами шестицилиндрового дизеля со­ ставит 360:6=60° .

Кривошип коленчатого вала (рис. 44) состоит из рамовой (или коренной) шейки 5 вала, мотылевой шейки 7. и щек 6. Щеки вала жестко соединяют между собой ко­ ренные и мотылевые шейки. Щеки могут быть прямо­ угольной или овальной формы, у быстроходных двига­ телей они чаще всего овальные. Кривошип или колено судовых дизелей часто называют м'отылем. Коленчатый вал коренными шейками укладывают в рамовые, или

95

коренные, подшипники, которые расположены в посте­ лях на перегородках картера. Для уменьшения массы и соответственно уменьшения центробежных сил при вра­ щении вала мотылевые шейки быстроходных двигателей изготавливают пустотелыми, иногда пустотелыми дела­ ют и коренные шейки. Пустотелые шейки для обеспече­ ния подвода масла к подшипникам закрывают с торцов заглушками, которые плотно прижимаются с помощью болта и гайки.

Для улучшения качества очистки масла от механи­ ческих примесей у быстроходных двигателей в отвер­ стия шеек, по которым подводится масло на смазку под­ шипников, завальцовывают медные трубки, концы кото­ рых удлинены и входят в центральную часть полости шейки 10. При вращении коленчатого вала масло, нахо­ дящееся внутри шейки, также будет вращаться, отбра­ сывая под действием центробежных сил механические примеси на внутреннюю поверхность, поэтому в центре полости шейки располагается масло, свободное от меха­ нических примесей, которое через трубку под давлением поступает на смазку подшипника.

Мотыль с расположенной на его шейке нижней го­ ловкой шатуна создает при вращении значительные центробежные силы, которые дополнительно нагружают коленчатый вал и подшипники. Поэтому для устранения этих сил к щекам мотыля с противоположной стороны укрепляются противовесы 9, масса которых при враще­ нии создает центробежную силу, равную по величине и противоположную по направлению существующей. Про­ тивовесы укрепляются болтами, которые заворачивают­ ся в тело щек. Коленчатые валы маломощных двигате­ лей могут изготавливаться за одно целое с противовеса­ ми. На носовом и кормовом концах коленчатый вал име­ ет шестерни 5 и 4 для привода механизма газораспреде­ ления и вспомогательных механизмов. С кормового кон­ ца коленчатый вал оканчивается фланцем или конусом для крепления маховика 2, к которому присоединен валопровод 1. На коленчатом валу со стороны маховика может также располагаться гребень для восприятия осе­ вых усилий, возникающих при работе гребного винта и маслоуплотнительные устройства 3. Коренная шейка 5 (обычно первая со стороны маховика) имеет буртики, которые упираются в торцы опорного подшипника, пре-

96

дохраняя коленчатый вал от осевых перемещений при вращении.

Коленчатый вал быстроходного дизеля 64 15/18 (ЗД6) показан на рис. 45. Вал пустотелый, щеки круг­ лые. На носовом хвостовике вала 3 устанавливают упор­ ное кольцо 5 и коническую шестерню 4 для привода распределительных валов и вспомогательных механиз­ мов. Кормовой конец вала оканчивается фланцем 6, на

Рис. 45. Коленчатый вал с маховиком дизеля ЗД6.

который с помощью штифтов 5 устанавливается махо­ вик 7 с зубчатым венцом ) . Маховик к фланцу крепится болтами. На выходе хвостовика вала из картера имеет­ ся уплотнение 2. Колена коленчатого вала располагают­ ся один относительно другого под углом 120°.

всех коренных и мотылевых шеек. Причем первоначаль­ но масло поступает не к первому коренному подшипни­ ку, а к мотылевому. Первый и второй коренные подшип­ ники смазываются маслом, поступающим из полости первой мотылевой шейки после центробежной очистки. Делается это с целью улучшения качества масла, постулающего на смазку коренных подшипников, так как они работают в более тяжелых условиях. В последующие ко­ ренные подшипники масло поступает предварительно пройдя полости соответствующих мотылевых шеек.

Первое колено коленчатого вала двигателя 64 15/18

(ЗД6) показано на рис. 46. Масло из хвостовика по маслопроводящему каналу 2 поступает в кольцевую канав­ ку 3, а оттуда по каналам 5—внутрь мотылевой шейки. Очищенное масло из мотылевой шейки по трубке 6 по­ ступает в кольцевую канавку, соединенную с маслоподводящим отверстием^ 1, на смазку коренного подшипни­ ка. Одновременно масло из мотылевой шейки через трубку 4 поступает на смазку мотылевого подшипника.

Рис. 46. Первое колено коленчатого вала дизеля ЗД6.

Для равномерного распределения масла, поступаю­ щего для смазки подшипников, по длине вала отверстия для прохода масла в шейках, близлежащих к хвостови­ ку, делаются меньше, а по мере удаления от хвостовика диаметр отверстий увеличивается, так как давление масла уменьшается.

Маховик

Маховик служит для обеспечения равномерности вращения коленчатого вала. Неравномерность возникает при работе двигателя в результате периодически изме­ няющегося давления газа в цилиндрах и чередования рабочих ходов со вспомогательными, на осуществление которых необходимо затрачивать определенную работу. Особенно^ велика роль маховика в одноцилиндровых дви-

98

гателях, когда он получает энергию в процессе рабочего хода поршня, а отдает ее при совершении ходов выпуска газа, всасывания и сжатия воздуха. В момент соверше­ ния рабочего хода поршнем скорость вращения колен­ чатого вала увеличивается, а при совершении вспомога­ тельных ходов уменьшается. Одноцилиндровый двига­ тель без маховика работать не может. У многоцилиндро­ вых двигателей роль маховика значительно меньше, так как вспомогательные такты в одних цилиндрах могут осуществляться за счет рабочих ходов в других. Только поэтому масса маховика одноцилиндровых двигателей значительно больше, чем многоцилиндровых. Неравно­ мерность вращения коленчатого вала двигателя с уве­ личением числа цилиндров значительно уменьшается.

Маховики изготавливают из стали или чугуна литьем. Маховик представляет диск с массивным ободом. Махо­ вики могут быть составными (мощные дизели) или цель­ ными. Маховик крепится к коленчатому валу с помощью фланца, откованного на валу, и болтов с установочными штифтами или сажается на конус вала и затягивается гайкой, а от проворачивания фиксируется шпонкой. На ободе маховика при стартерном пуске нарезается зубча­ тый венец для соединения с шестерней стартера. В неко­ торых случаях зубчатый венец изготавливают, отдельно, а затем с помощью прессовой посадки сажается на обод маховика.

МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Механизм газораспределения служит для обеспече­ ния периодического наполнения цилиндра свежим возду­ хом и удаления из цилиндра отработавших газов. Для повышения качества наполнения и уменьшения затрат энергии в процессе выпуска проходные сечения клапанов должны быть как можно больше. Это условие особенно важно для быстроходных двигателей, так как процессы наполнения и выпуска в них происходят за короткий промежуток времени. Однако размеры проходных сече­ ний клапанов ограничены диаметром цилиндра и конст­ руктивными особенностями крышки. Обычно в двигате­ лях устанавливают по одному всасывающему и выпуск­ ному клапану, а в быстроходных иногда по два всасыва­ ющих и выпускных клапана. Для лучшего наполнения