книги из ГПНТБ / Крученок И.Л. Авиационный двигатель М-14В26

Кривошипная головка главного шатуна — неразъемная, имеет центральную расточку и две щеки с отверстиями для установки пальцев 3 прицепных шатунов. В центральную расточку запрессо­ вывается стальная втулка 10, на внутренней поверхности залитая свинцовистой бронзой. После механической обработки на свинцо­ вистую бронзу для приработки наносится слой свинцово-оловянис- того покрытия. От выпрессовки и проворачивания втулка 10 зафик­ сирована двумя резьбовыми стопорами 11, которые, в свою оче­ редь, законтрены путем расчеканки материала с поверхности шатуна

впаз головки стопора.

Собеих сторон кривошипной головки вокруг центральной рас­ точки выполнено по девять резьбовых отверстий для винтов 7 креп­ ления стопорных планок 9. Винты 7 после заворачивания контрятся

пластинчатыми замками 8.

П р и ц е п н ы е ш а т у н ы 5 имеют стержни постоянного сече­ ния по длине, большие головки для соединения с поршнем и мень­ шие головки для соединения с главным шатуном. В головках при­ цепных шатунов устанавливаются втулки 4 и 6 из листовой твердо­ катаной бронзы. Технология установки втулок 4 и 6 аналогична технологии установки втулки 2. Для подвода капелек распыленного в картере масла к поршневым пальцам поршневые головки шату­

хромоникельмолибденовой стали 18ХНВА. Пальцы выполнены ци­ линдрическими и полыми. Снаружи прицепные пальцы имеют сту­ пенчатую форму, что позволяет

71

чатого вала и втулкой 1 кривошипной головки главного шатуна 2. От заглушки по радиальным отверстиям в и г в прицепном пальце 7 масло выходит на его наружную поверхность. Так обеспечивается смазка подшипников скольжения кривошипных головок прицепных шатунов. Для равномерного распределения масла по трущейся по­ верхности подшипников прицепные пальцы имеют лыски б и е, ко­ торые расположены на выходе масла из радиальных отверстий. От выпрессовки заглушки 6 удерживаются вместе с пальцами 7 сто­ порными планками 5.

К О ЛЕН Ч АТЫ Й В А Л

Для изготовления коленчатого вала используются поковки высо­ кокачественной термически обработанной хромоникельмолибденовой стали 40ХНМА. Для термической обработки материала колен­ чатого вала производятся закалка в масле при температуре 850° С

ипоследующий отпуск.

В.картере двигателя коленчатый вал опирается на три подшип­ ника: два опорных роликовых и один опорно-упорный шариковый. При этом роликоподшипники воспринимают в основном радиаль­ ную нагрузку, а шарикоподшипник — осевую. Осевая нагрузка на коленчатом валу может возникать при резком изменении скорости горизонтального перемещения вертолета как сила инерции от массы вала и сопряженных с ним деталей.

Чтобы обеспечить сочленение шатунного механизма с коленча­ тым валом, последний выполнен разъемным и состоит из двух час­ тей: передней 11 и задней 16 (рис. 44).

П е р е д н я я ч а с т ь 11 коленчатого вала включает в себя ша­ тунную шейку, щеку и носок с двумя коренными шейками.

Носок вала выполнен полым. Снаружи на носке предусмотрены: в передней части резьба и эвольвентные шлицы, а за ними две ци­ линдрические поверхности различного диаметра. На цилиндриче­ ской поверхности меньшего диаметра выфрезерована канавка для призматической шпонки 10. Кроме того, передняя часть этой по­ верхности используется как коренная шейка для опорно-упорного шарикоподшипника 36. Цилиндрическая поверхность большего диа­ метра ближе к щеке используется как коренная шейка для передне­ го опорного роликоподшипника 7. Между подшипниками снаружи на носке вала устанавливаются: регулировочные кольца 3 и 6, рас­ порная втулка 5 и ведущее зубчатое колесо 4 механизма газорас­ пределения, причем от проворачивания втулка 5 и колесо 4 удержи­ ваются шпонкой 10. Перед шарикоподшипником на шлицы носка монтируется ступица 37 ведущего зубчатого колеса редуктора (см. гл. VI). Все детали на носке коленчатого вала крепятся гайкой 2, которая контрится шплинтами 1. Шпонка 10 имеет для съемника глухое резьбовое отверстие.

Внутрь носка вала спереди запрессована опорная втулка 8, ко­ торая по внутренней поверхности залита слоем свинцовистой брон­ зы. Втулка 8 является задней опорой хвостовика ведущего зубчато-

72

Рис. 44. Детали коленчатого вала:

прохода масла из канала г передней щеки в каналы картера редук­ тора двигателя. С задней стороны полость носка закрыта пробкой 2 (30 на рис. 44) из магниевого сплава. Пробка на наружной цилинд­ рической поверхности имеет фрезерованную канавку в, сообщаю­ щую полость носка вала с маслоподводящим каналом г в щеке. Спереди пробка имеет выступ с внутренним глухим резьбовым гнез­ дом б, которое предназначено для съемника при выпрессовке проб­ ки. Пробка законтрена штифтом 21, вставленным в отверстие, про­ сверленное в пробке и теле вала. Штифт 21 удерживается от выпа­ дения пружинным замком 3 (32 на рис. 44), приклепанным одним концом к штифту 21, другим концом пружинный замок входит в паз, выполненный с внутренней стороны пробки против штифта.

Для смазки подшипника скольжения кулачковой шайбы в нос­ ке вала имеется отверстие м.

В задней части носок коленчатого вала переходит в щеку. В ниж­ ней части щека имеет прямоугольную форму с тремя отверстиями для штифтов 19 (34 на рис. 44) крепления переднего противовеса

73

в

Рис. 45. Схема продольного разреза коленчатого вала:

20 (33 на рис. 44). В верхней части обеспечен переход щеки в ша­ тунную шейку.

Как указывалось, на шатунную шейку коленчатого вала через скользящий подшипник опирается главный шатун, поэтому для повышения износостойкости поверхность шейки азотирована.

В шатунной шейке выполнена полость з для прохода масла из задней щеки в переднюю, причем с задней щекой полость ша­ тунной шейки связана каналом и, а с передней—-каналом г, коль­ цевой проточкой д и радиальными отверстиями ж в заглушке 4 (9 на рис. 44). Внутренняя часть шатунной шейки выполнена экс­ центрично по отношению к ее наружной поверхности, что повышает прочность ее в месте перехода к щеке, улучшает очистку масла цент­ рифугированием и уменьшает центробежную силу, развиваемую шатунной шейкой при вращении вала. Эксцентриситет расточки ра­ вен 1,5 мм.

Заглушка 4 изготовлена из стали. Чтобы предотвратить надиры при запрессовке заглушки в шатунную шейку, наружная поверх­

74

ность заглушки омеднена. Заглушка закрывает полость шейки спе­ реди; от выпрессовки из отверстия шейки она фиксируется форсун­ кой 6 (12 на рис. 44), которая ввернута в тело вала и законтрена пластинчатым замком 5 (13 на рис. 44). Снаружи в заглушке вы­ полнено центральное гнездо е с резьбой для вворачивания съемни­ ка при выпрессовке.

Вфорсунке 6 предусмотрено калиброванное отверстие для по­ ступления чистого масла на смазку и охлаждение деталей цилинд­ ро-поршневой группы. По двум медным трубкам 7 масло из полости шатунной шейки подается также для смазки втулки главного ша­ туна и пальцев прицепных шатунов. В тело шейки трубки 7 встав­ лены изнутри.

Чтобы предотвратить вырыв трубок из отверстий шейки под действием центробежных сил, они с внутренней стороны имеют уширения.

Впротивном случае трубки привели бы к задиру рабочей по­ верхности подшипника скольжения главного шатуна. От выпада­ ния внутрь шейки трубки удерживаются за счет развальцовки их наружных краев.

При работе двигателя масло, попадающее в полость шатунной шейки, под действием центробежных сил распадается на фракции следующим образом. На наибольшем радиусе от оси вращения ко­ ленчатого вала в полости шатунной шейки скапливаются тяжелые фракции масла с механическими примесями. В часть полости ша­ тунной шейки, которая .расположена ближе к оси вращения вала, вытесняются легкие фракции масла с пузырьками воздуха. Лишь в средней части полости шатунной шейки скапливаются фракции чис­ того масла без примесей и пузырьков воздуха. Входные отверстия медных трубок 7 и масляные каналы в заглушке 4 расположены так, чтобы к деталям шатунного механизма и цилиндро-поршне­ вой группы, а также в масляную полость носка коленчатого вала поступало масло из средней части полости шатунной шейки.

Таким образом, конструкция коленчатого вала предусматривает использование центрифугирующего эффекта для дополнительной очистки в шатунной шейке масла, поступающего на смазку наибо­ лее нагруженных и особо ответственных деталей двигателя.

Отверстия для трубок 7 в шатунной шейке расположены под уг­ лом 60° от оси симметрии в сторону вращения коленчатого вала. При этом выходные отверстия трубок 7 расположены так, чтобы обеспечивался наиболее легкий выход масла на наружную поверх­ ность шатунной шейки (в этом месте шатунной шейки наблюдаются наименьшие удельные давления со стороны втулки главного шату­ на). Для улучшения условий смазки у выходных отверстий трубок на поверхности шатунной шейки выполнена лыска.

З а д н я я ч а с т ь 16 (см. рис. 44) коленчатого вала выполне­ на в виде щеки, отштампованной за одно целое с цилиндрическим полым хвостовиком. Снаружи на хвостовике тщательно обработана коренная шейка для монтажа заднего опорного роликоподшипника 21. Подшипник 21 на хвостовике задней части вала закреплен гай­

75

кой 20, которая наворачивается на резьбу хвостовика и контрится шплинтом 19. Следует отметить, что для предупреждения наклепа и надира при установке подшипников на коленчатый вал поверх­ ности внутренних колец подшипников, которые соприкасаются с ва­ лом, латунированы.

Полость л (см. рис. 45) хвостовика задней части используется для прохода масла из вала привода агрегатов в канал и задней щеки коленчатого вала и далее в полость его шатунной шейки. Спереди полость хвостовика закрыта алюминиевой пробкой 9 (15 на рис. 44), которая от выпрессовки удерживается штифтом 10 (31 на рис. 44). С другой стороны полость хвостовика замкнута шли­ цевой муфтой, которая своей цилиндрической частью входит в пробку 9, уплотняя масляную полость хвостовика. Муфта внешни­

муфта обеспечивает передачу вращения от коленчатого вала к ва­ лу привода агрегатов.

Задняя щека коленчатого вала в нижней части имеет уширение с двумя отверстиями, в которые запрессованы цементированные втулки 18 (22 на рис. 44), изготовленные из высококачественной стали 12ХН4А. На внутренние поверхности втулок 18 опираются пальцы 17 (26 на рис. 44) подвески заднего противовеса 15 (29 на рис. 44).

Над противовесом с помощью двух болтов 13, гаек 14 и шплинтов к задней щеке крепится упорная планка 12 (23, 24, 25 и

28на рис. 44).

Верхняя часть щеки имеет расточку под шатунную шейку

передней части, отверстие под стяжной болт 8 (14 на рис. 44) и прорезь шириной 3 мм, разделанную у верхнего торца щеки под углом 84° (см. рис. 44).

С т я ж н о й б о л т 14 изготовлен из высококачественной легиро­ ванной стали 40ХНМА, термически обработан и вместе с гайкой предназначен для затяжки так называемого клеммного соединения частей коленчатого вала. Степень затяжки клеммного соединения контролируется специальным индикатором по вытяжке стяжного болта, которая должна находиться в пределах от 0,12 до 0,14 мм. При этом в материале болта возникнут напряжения растяжения от 4210 до 4910 кГ/см2. После затяжки болта 14 гайка 17 контрится шплинтом 18. С целью лучшего соединения между собой цапфа ша­ тунной шейки и проушина задней щеки коленчатого вала промыва­ ются ацетоном, а затем подвергаются травлению в течение 1— 1,5 мин 10-процентным раствором азотной кислоты до получения на поверхности серовато-матового цвета. После травления указанные поверхности промываются 3-процентным раствором триэтанола­ мина.

После сборки коленчатого вала индикатором проверяется соос­ ность коренных шеек передней и задней частей коленчатого вала, при этом допускается биение переднего цилиндрического пояска на носке вала не более 0,03 мм.

76

П РО ТИ ВО ВЕС Ы

Противовесы 33 и 29 (см. рис. 44) смонтированы на продолже­ ниях щек коленчатого вала и предназначены для уравновешивания сил инерции вращательно движущихся и поступательно движущих­ ся масс первого порядка. Кроме того, вследствие маятниковой под­ вески задний противовес 29 обеспечивает гашение опасных крутиль­ ных колебаний коленчатого вала, вызываемых действием гармоники 4,5 порядка.

Противовесы представляют собой стальные сегментные грузы с пазом для щеки коленчатого вала. Сегментная форма противовесов обеспечивает компактность размещения их на коленчатом валу с учетом вращения в картере двигателя.

Передний противовес 33 закреплен жестко с помощью трех штифтов 34, которые от выпрессовки зафиксированы развальцов­ кой. В этом противовесе предусмотрены резьбовые гнезда для двух пробок 35, которые в зависимости от условий балансировки колен­ чатого вала могут быть изготовлены из стали или алюминия. После вворачивания в противовес пробки 35 контрятся за счет расчеканки щеки противовеса.

Длина стержня пробки выбирается в зависимости от величины неуравновешенной массы.

Задний противовес 29 устанавливается на валу с помощью двух пальцев 26. Для пальцев в щеках противовеса предусмотрено по два отверстия, в которых запрессованы четыре упорные втулки 27. Пальцы подвески имеют буртики, с помощью которых они фикси­ руются от осевых перемещений после установки противовеса. Что­ бы при медленном проворачивании вала исключить возможность совмещения осей втулок 22 и 27 я выпадание вследствие этого паль­ цев 26, перемещение противовеса вдоль щеки к оси вращения ко­ ленчатого вала ограничено упорной планкой 24 (12 на рис. 45). Опорные втулки и пальцы противовеса изготовлены из стали 12Х2Н4А и 14ХГСН2МА-Ш соответственно.

Для повышения износостойкости их рабочие поверхности це­ ментированы.

Схема маятниковой подвески заднего противовеса показана на рис. 46. При такой подвеске противовес имеет возможность переме­ щаться в обе стороны от оси щеки в плоскости вращения вала по­ добно маятнику, подвешенному в точке А. При этом центр тяжести противовеса (точка Б) перемещается по дуге с радиусом /:

вала; dn — диаметр пальца подвески.

Благодаря маятниковой подвеске задний противовес работает как демпфер крутильных колебаний. Схема работы противовесадемпфера показана на рис. 47.

77

ся на оси ох, совершая тем самым колебания вокруг точки А. При этом составляющая 5 центробежной силы противовеса, направлен­ ная вдоль плеча подвески I, создает момент Мпр, обратный направ­ лению внешнего возмущающего момента (момента сил упругости вала). Этот момент препятствует отклонению щеки вала от ней­ трального положения, противодействуя увеличению амплитуды колебаний. Его величина определяется по формуле

Мпр = Sh,

где h — плечо действия силы S.

Чтобы маятниковый демпфер мог гасить колебания заданной частоты k при всех оборотах, величина I должна быть вполне оп­ ределенной.

Зависимость между этими величинами выражается следующей формулой:

где р — расстояние от оси вращения до точки подвески маятника. Величину р подбирают из конструктивных соображений. Для двигателя М-14В26 р= 99 мм.

Учитывая, что наиболее опасными' для коленчатого вала двига­ теля являются колебания 4,5 порядка, можно подсчитать величину /. Для двигателя М-14В26 величина I составляет 5 мм, da= 21 мм (определяется из условий прочности), d0T = 26 мм.

78

Рис. 47. Схема работы противовеса-демпфера:

плуатации не устраняются. Если они будут обнаружены в эксплуа­ тации, производится досрочная съемка двигателя с вертолета.

При появлении неисправностей шатунов и коленчатого вала дви­ гатель работает неровно, появляется тряска, падает мощность. В от­ дельных случаях может произойти заклинивание ротора двигателя. Возможны следующие неисправности шатунов и коленчатого вала двигателя.

1. П о в ы ш е н н ы й и з н о с с в и н ц о в и с т о й б р о н з ы с п о с л е д у ю щ и м р а з р у ш е н и е м в т у л к и г л а в н о г о ш а ­ т у н а . Дополнительными признаками неисправности являются: отложение бронзовой стружки на маслофильтрах двигателя и по­ вышенный расход масла (более 5 л/ч). Неисправность возникает по следующим причинам: недостаточная смазка втулки, поступле­ ние к втулке загрязненного масла, механическая перегрузка втул­ ки, большой зазор между втулкой и шатунной шейкой коленчатого

правило, в месте перехода от головки к стержню, поскольку здесь возникает концентрация напряжений от растягивающих усилий. Ос­ новной причиной неисправности является возникновение гидравли­

79

ческого удара в нижних цилиндрах вследствие несоблюдения пра­

цев. Происходит, как правило, в зоне радиальных отверстий для прохода масла. Исследования показывают, что наиболее вероятной причиной разрушения прицепных пальцев являются дефекты произ­ водственного характера, например грубая механическая обработка маслоподводящих отверстий.

4. Р а з р у ш е н и е р о л и к о п о д ш и п н и к о в к о л е н ч а т о ­ го в а ла . Причинами неисправности могут быть удар в нижних цилиндрах, резкий заброс оборотов коленчатого вала, повышенный дисбаланс коленвала, большое биение шеек вала, недостаточная контактная выносливость материала беговых дорожек колец под­

ш е е к к о л е н ч а т о г о в а л а ; н е п а р а л л е л ь н о с т ь о с е й

н и е п о с а д к и в т у л о к в г о л о в к а х п р и ц е п н ы х ш а ­ тунов .

Для предупреждения неисправностей шатунов и коленчатого ва­ ла необходимо придерживаться следующих правил:

а) не допускать возникновения гидроудара в нижних цилинд­ рах;

б) не допускать продолжительной работы двигателя на повы­ шенных режимах. Особенно губительна продолжительная работа на взлетном режиме в первые часы зкспулатации двигателя после выпуска его с завода-изготовителя или с ремонтного завода, когда еще не закончился процесс приработки трущихся поверхностей. При этом происходит местная перегрузка рабочих поверхностей подшип­ ников и начинается их разрушение;

в) не допускать перегрева и переразжижения масла, так как при этом уменьшается его вязкость и ухудшается смазывающая способность;

г) следить, чтобы через 30 сек после запуска при оборотах ко­ ленчатого вала, равных 41—43%, давление масла в главной маги­ страли было не ниже 4 кГ/сл2. Не допускать работы двигателя при низком давлении масла;

д) сразу после запуска не допускать резкого увеличения режи­ ма работы двигателя, так как при недостаточно прогретом масле не будет обеспечено поступление необходимого количества масла к шатунным подшипникам.

ВОПРОСЫ Д Л Я ПОВТОРЕНИЯ И САМОКОНТРОЛЯ

1.Объяснить назначение шатунов и коленчатого вала."

2.Назвать основные элементы шатуна и коленчатого вала.

3.С какими узлами и механизмами двигателя взаимодействует коленчатый

вал?

80