Фардеев Рамзиль сош №58 Лабораторная работа №1 Кривошипно-шатунный механизм
Цель работы: изучить назначение, устройство, принцип действия, конструкцию КШМ двигателя внутреннего сгорания.
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) служит для восприятия давления газов, возникающего в цилиндре, и преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Кривошипно-шатунный механизм является основным рабочим механизмом поршневого двигателя внутреннего сгорания, их бывают несколько видов:
а) Несмещенный (центральный) кшм, у которого ось цилиндра пересекается с осью коленчатого вала.
б) Смещенный кшм, у которого ось цилиндра смещена относительно оси коленчатого вала на величину а;
в) V-образный кшм (в том числе с прицепным шатуном), у которого два шатуна, работающие на левый и правый цилиндры, размещены на одном кривошипе коленчатого вала.
а)
Состав кшм
Детали кривошипно-шатунного механизма можно разделить на две группы: подвижные и неподвижные. К первым относится поршень с кольцами и поршневым пальцем, шатун, коленчатый вал и маховик, ко вторым — блок цилиндров, головка блока, крышка блока распределительных зубчатых колес и поддон (картер). В обе группы входят также и крепежные детали.
Конструктивное исполнение деталей
По типам головки блока цилиндров подразделяются на индивидуальные (а), групповые (б) и общие (в).
Головка блока цилиндров закрывает цилиндры сверху и служит для полного или частичного размещения камеры сгорания. Головки БЦ изготовляют из алюминиевого сплава, более интенсивно отводящего теплоту. В головке расположены камеры сгорания, в которые вставлены изготовленные из специального чугуна сёдла клапанов. В головке выполнены каналы для подачи горючей смеси, а также рубашка для охлаждающей жидкости с входными и выходными отверстиями. Головка прикреплена к блоку шпильками и прижимает каждую гильзу цилиндров к специальным выточкам в блоке. Плоскость стыка головки и блока уплотнена сталеасбестовой прокладкой. Гайки шпилек головки блока затягивают соответствующим моментом только на холодном двигателе и в строго определённой последовательности, чем достигается надёжное уплотнение стыка.
Головка блока цилиндров, как правило, изготавливается из алюминиевых сплавов методами точного литья с последующей механической обработкой и имеет очень сложную форму.
Цилиндры также как и головка блока цилиндров бывают: индивидуальные, групповые и общие.
Блок цилиндров(БЦ) является составом двигателя. Материалом для БЦ служит серый чугун или специальный алюминиевый сплав. Горизонтальная перегородка делит БЦ на верхнюю и нижнюю части. В верхней плоскости блока и в горизонтальной перегородке расточены отверстия для установки гильз цилиндров. В цилиндре, являющемся направляющей при движении поршня, совершается рабочий цикл двигателя. Гильзы могут быть мокрыми или сухими. Гильзу цилиндра называют мокрой, если она омывается жидкостью системы охлаждения, и сухой, если непосредственно не соприкасается с охлаждающей жидкостью. Внутренняя поверхность цилиндра, внутри которой перемещается поршень, называется зеркалом цилиндра. Её тщательно обрабатывают для уменьшения трения при движении в цилиндре поршня с кольцами и часто закаливают для повышения износостойкости и долговечности. Гильзы в БЦ устанавливают так, чтобы охлаждающая жидкость не проникала в них и в поддон, а газы не прорывались из цилиндра. Поперечные вертикальные перегородки внутри БЦ совместно с передней и задней стенками обеспечивают его необходимую прочность и жёсткость. В этих перегородках, а также в передней и задней стенках блока расточены гнёзда под верхние половины коренных подшипников коленчатого
Поршни воспринимают при рабочем ходе значительные усилия от расширяющихся газов. Поэтому они должны быть достаточно прочными. Поршни изготавливаются из алюминиевого сплава. Они обладают достаточной прочностью, высокой теплопроводностью и хорошими антифрикционными свойствами. Днище поршня выполняют плоским, выпуклым, вогнутым и фигурным.
Поршень имеет плоское днище, воспринимающее давление газов, головку и юбку. В головке выточены канавки для поршневых колец. В нижней канавке выполнены дренажные отверстия. Снизу днище поршня снабжено рёбрами. В бобышках сделаны отверстия для поршневого пальца. Юбка соприкасается со стенками цилиндра и передаёт на них боковые усилия. Поршень подбирают к цилиндру так, чтобы между юбкой и стенками цилиндров был минимальный зазор. Для лучшей приработки к цилиндрам поверхность юбки поршня покрывают тонким слоем олова.
Рис. 2. Шатунко-поршневая группа:
а — поршень; б — поршневые кольца; в — шатун; 1 — юбка поршня; 2 — бобышки; 3 — стопорные кольца; 4 — головка поршня; 5 — днище; 6 —канавки для установки поршневых колец; 7 — поршневой палец; 8 — компрессионные кольца; 9 — маслосъемное кольцо; 10 — нижняя крышка шатуна; 11 — вкладыши; 12 — бронзовая втулка; 13 — отверстие для смазкн поршневого пальца; 14 верхняя головка шатуна; 15 — стержень
Поршневые кольца уплотняют полость цилиндра, не допускают прорыва газов в картер двигателя и попадания масла в камеру сгорания. Они делятся на уплотнительные (компрессионные) и маслосъёмные. Кольца обоих типов устанавливают на каждом поршне. Поршневые кольца чаще всего изготавливают из специального чугуна, иногда из стали. Разрез кольца, называемый замком, может быть прямой, косой или ступенчатый. В свободном состоянии диаметр поршневого кольца больше внутреннего диаметра цилиндра. Поэтому кольцо, поставленное в канавку поршня и введённое в сжатом состоянии в цилиндр, разжимаясь, плотно прилегает к внутренней поверхности цилиндра. Зазор в замке кольца позволяет ему расширяться при нагревании.
Поршневые пальцы служат для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна. Пальцы изготавливают из высококачественной стали в виде пустотелых трубок. Чтобы при работе пальцы не выходили из отверстий бобышек и не могли повредить зеркало цилиндра, их закрепляют в головке шатуна или в поршне. При неподвижном закреплении поверхности пальцев изнашиваются неравномерно. Поэтому предпочтительнее плавающие пальцы, зафиксированные только от осевого смещения чаще всего пружинными кольцами в бобышках поршня. Во время работы прогретого двигателя плавающий палец свободно проворачивается как в бобышках поршня, так и в головке шатуна.
Поршень с коленчатым валом соединяет шатун. Он превращает возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Основными частями шатуна являются верхняя головка с запрессованной в неё бронзовой втулкой, стержень и нижняя головка с крышкой. Шатун испытывает большие нагрузки, меняющиеся по величине и направлению. Он подвергается сжатию, изгибу и растяжению. Чтобы выдержать такие нагрузки, шатун должен быть прочным, жёстким и лёгким для уменьшения сил инерции.
Шатун штампуют из стали и подвергают термообработке (закалке и отпуску); его стержень имеет двутавровое сечение для увеличения прочности.
Шатун совершает сложное движение: верхняя головка вместе с поршнем движется возвратно-поступательно, повёртываясь на некоторый угол относительно пальца или вместе с пальцем относительно бобышек поршня; нижняя головка вращается вместе с шатунной шейкой коленчатого вала; стержень шатуна совершает колебательное движение. Нижнюю головку выполняют разъёмной. Съёмная половина нижней головки, называемая крышкой шатуна, прикреплена к шатуну болтами.
Коленчатый вал воспринимает усилия от шатунов и передаёт создаваемый на нём крутящий момент трансмиссии автомобиля. От коленчатого вала приводятся в работу различные механизмы двигателя. Коленчатые валы изготовляют ковкой из легированных сталей или литьём из высококачественных чугунов. Основными частями коленчатого вала являются : коренные шейки, на которых вал установлен в подшипниках (коренных опорах) картера двигателя; шатунные шейки, к которым присоединяются нижние головки шатунов; щёки, соединяющие шатунные и коренные шейки и образующие с шатунными шейками кривошипы вала; противовесы, служащие для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил неуравновешенных масс; передняя часть вала, на которой крепятся шестерня привода механизма газораспределения, шкив ременной передачи и храповик для проворачивания вала вручную; задняя часть вала, заканчивающаяся фланцем для крепления маховика.
Форма коленчатого вала и расположение его кривошипов зависят от числа и расположения цилиндров, числа коренных опор, а также принятого порядка чередования рабочих ходов- порядка работы цилиндров двигателя.
При работе двигателя коленчатый вал испытывает переменные нагрузки, под действием которых в нём возникают крутильные колебания. Для гашения крутильных колебаний на коленчатых валах некоторых автомобильных двигателей устанавливают гасители (демпферы) крутильных колебаний.