2. Кривошипно-шатунный механизм

Назначение:

1. КШМ воспринимает давление газов, возникающих в цилиндре двигателя в результате процесса сгорания;

2. преобразовывает возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала (КВ).

Эти две функции завершают решение сложной проблемы преобразования части тепловой энергии, выделившейся при сгорании топлива, в механическую работу.

Состав КШМ

КШМ состоит из подвижных и неподвижных деталей.

К подвижным элементам (ПЭ) относятся :

 поршневая группа (поршень, палец, поршневые кольца );  шатунная группа (шатун, крышка шатуна);  коленчатый вал (КВ);  маховик ;

К неподвижным элементам (НЭ) относятся:  цилиндр;  головка;  картер,

образующие остов двигателя.

Наличие НЭ является обязательным элементом любого механизма, т.к. механизм немыслим без направляющего звена. Стенки цилиндров служат направляющими для поршня и вместе с ним образуют замкнутую полость, без которой невозможно создание давления.

Условия работы

КШМ работает в условиях:

 переменных динамических (силовых) нагрузок, которые вызываются неравномерным движением поршня, и связанного с ним комплекта деталей, что порождает переменные по величине и направлению силы инерции, действующие вдоль оси цилиндра;

 переменных термических нагрузок, которые вызываются переменными температурами газов на различных участках цикла.

При действии на детали переменных нагрузок предельные допустимые напряжения определяются не пределом текучести, а пределом выносливости _-1.

При статических нагрузках основными характеристиками прочности принято считать: _е -предел упругости; _т -предел текучести; _в -предел прочности.

2.1. Остов двигателя

Назначение: размещение деталей кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов (КШМ и ГРМ).

Условия работы: элементы остова нагружаются силами от давления газов, силами инерции от возвратно-поступательно движущихся масс (ВПДМ) и неуравновешенных вращающихся масс (НВМ) и моментами от этих сил, а также испытывают упругие и тепловые воздействия.

Требования: прочность и жесткость, разъемность конструкции.

Состав остова: картер, блок цилиндров (БЦ), головка БЦ и соединяющие их детали.

2.1.1. Силовые схемы

1. Схема с несущим блоком цилиндров (БЦ)

Стенки такого остова растягиваются силой давления газов P_г, которая передаётся шпильками через головку. То есть основной элемент - стенки цилиндров, передающие P_г картеру. Головка крепится к верхнему поясу цилиндров. Стенки цилиндров испытывают деформацию растяжения. При вставной мокрой гильзе усилия разрыва испытывают стенки водяной рубашки и межцилиндровые перегородки. Недостаток данной силовой схемы - возможная деформация стенок цилиндров при затяжке шпилек (болтов) головки БЦ.

БЦ в этом случае отливается за одно целое с верхней половиной картера, образуя блок-картер (БК). Монолитность БК придает ему повышенную жесткость.

2. Схема с несущими силовыми связями (с несущими шпильками и сжатым цилиндром)

Силовые шпильки проходят через головку цилиндров, минуя полость охлаждения, и ввертываются в верхнюю часть картера. Таким образом, усилия от давления газов в надпоршневой полости передаются непосредственно картеру через анкерные связи, которые испытывают растягивающие нагрузки. БЦ при затяжке шпилек не растягивается, а сжимается между головкой цилиндра и картером. Это дает возможность уменьшить толщину отливки, т.к. чугун, например, лучше работает на сжатие, чем на расширение. Однако вместе с тем увеличивается влияние тепловых деформаций из-за значительной длины силовых шпилек.

Возможен вариант комбинации обоих рассмотренных схем. В этом случае головка БЦ частично крепится короткими шпильками, которые вворачиваются в верхнюю часть блока, а частично – более длинными, вворачиваемыми в верхнюю часть картера.

3. Схема с несущими шпильками и сжатым цилиндром

Эта схема используется для двигателей с воздушным охлаждением (ВО). Длинные силовые шпильки подтягивают через головку отдельные цилиндры к опорной плоскости картера и обеспечивают плотность газового стыка. Цилиндр работает на сжатие.