Кривошипно-шатунний механізм(КШМ) служить для перетворення прямолінійного зворотно-поступального руху поршня у обертальний рух колінчастого валу.
КШМ складається з нерухомих та рухомих деталей. Групу нерухомих деталей складають блок циліндрів, головки циліндрів, гільзи, вкладиші, кришки корінних підшипників.
До групи рухомих деталей входять поршні, поршневі кільця, поршневі пальці, шатуни, колінчастий вал з маховиком.
Блок циліндрівє базовою деталлю (кістяком) двигуна (рис. 3). На ньому встановлюються всі основні механізми та системи двигуна.
Малюнок 3. Нерухомі деталі кривошипно-шатунного механізму: 1 – кришка блоку зубчастих коліс ГРМ; 2 – сталеазбестова прокладка; 2 – головка блоку циліндрів; 4, 10 - вхідні отвори водяної сорочки; 5, 9 – вихідні отвори водяної сорочки; 6, 8 - канали для подачі горючої суміші; 11 – сідло клапана; 12 – гільза; 13 – шпильки кріплення; 14 -верхня частина; 15 – блок циліндрів; 16 – гнізда гільз
В автотракторних багатоциліндрових двигунах з рідинним охолодженням всі циліндри виконуються у вигляді загальної виливки, яка називається блоком циліндрів. Така конструкція має найвищу жорсткість і хорошу технологічність. З роздільними циліндрами нині виконуються лише двигуни повітряного охолодження.
Блок циліндрів працює в умовах значного до 2000 ° С та нерівномірного нагрівання та тиску (9,0 ... 10,0 МПа). Щоб протистояти дії значних силових і температурних навантажень, блок циліндрів повинен мати високу жорсткість, що забезпечує мінімальні деформації всіх його елементів, гарантувати герметичність всіх порожнин (циліндри, сорочка охолодження, канали і т. д.), мати високий термін служби, просту та технологічну конструкцію .
Для виготовлення блоку циліндрів застосовують сірий чавун чи алюмінієві сплави. Найбільш кращим матеріалом виготовлення блоку циліндрів у час є чавун, т.к. він дешевий, має велику міцність і мало піддається температурним деформаціям.
Наприкінці шістдесятих років вітчизняна промисловість освоїла лиття чавунних блоків із товщиною стінок 2,5…3,5 мм. Такі блоки характеризуються високою міцністю, жорсткістю та стабільністю розмірів, майже не поступаються алюмінієвим за масою.
Суттєвим недоліком блоків з алюмінієвих сплавів є їхнє підвищене теплове розширення та відносно невисокі механічні якості.
Розташування циліндрів може бути однорядним (вертикальним або похилим), дворядним або V-подібним, з кутом розвалу між циліндрами 60°, 75°, 90°. Двигуни з кутом розвалу 180 ° називаються опозитними. V-подібне компонування в 80-ті роки XX століття набуло широкого поширення, оскільки забезпечує більшу компактність і меншу питому масу двигуна. Жорсткість колінвала та його опор у цьому випадку підвищується, що сприяє збільшенню терміну служби двигуна. Менша довжина двигуна полегшує компонування його на машині і за однакової колісної бази дозволяє отримати велику корисну площу вантажної платформи.
На двигунах з однорядним розташуванням циліндрів їх нумерують, починаючи з переднього. На V-подібних двигунах номери надають спочатку правому ряду циліндрів, починаючи з переднього, а потім маркують лівий ряд.
Циліндр у більшості автотракторних двигунів виконується у вигляді гільз, які встановлюються в блок. Гільзи за способом установки діляться на сухі та мокрі.
Мокрі гільзи, що омиваються зовні охолоджувальною рідиною, забезпечують найкраще тепло відведення і зручніші при ремонті, т.к. можуть бути легко замінені без використання спеціального інструменту та пристроїв.
Герметичність мокрої гільзи забезпечують ущільненням нижньої частини гумовим кільцем та встановленням мідної прокладки під верхнім буртиком. Застосування мокрих гільз покращує відведення від циліндрів надлишкового тепла, проте знижує жорсткість блоку циліндрів.
Сухі гільзи використовуються переважно у двотактних двигунах, де застосування мокрих гільз важко.
Гільза сприймає високий тиск робочих газів, що мають значну температуру. Тому гільзи виготовляють, як правило, з легованого чавуну, що добре протистоїть ерозійному і абразивному зносу і має задовільну корозійну стійкість. Внутрішня поверхня гільзи – дзеркало циліндра – ретельно оброблена.
Оскільки умови роботи верхньої частини гільзи найважчі, а зношується вона найінтенсивніше, у сучасних двигунах рівномірність зносу циліндрів по висоті забезпечується короткими вставками з протикорозійного високолегованого аустенітного чавуну (нірезисту). Використання такої вставки підвищує термін служби гільз у 2,5 рази.
Головка циліндрівслужить для розміщення камер згоряння, впускних та випускних клапанів, свічок запалювання чи форсунок.
У процесі роботи двигуна головка циліндрів піддається впливу високих температур та тисків. Нагрів окремих частин голівки нерівномірний, т.к. одні з них стикаються з продуктами згоряння, що мають температуру до 2500 ° С, а інші омиваються рідиною, що охолоджує.
Основні вимоги до конструкції головки циліндрів: - висока жорсткість, що унеможливлює деформації від механічних навантажень і короблення при робочих температурах; простота; технологічність конструкції та невелика маса.
Головка циліндрів виконується виливком із чавуну або алюмінієвого сплаву. Вибір матеріалу залежить від типу двигуна. У карбюраторних двигунах, де стискається горюча суміш, перевага надається більш теплопровідним алюмінієвим сплавам, тому що це забезпечує бездетонаційну роботу. У дизельних двигунах, де стискається повітря, головка циліндрів із чавуну сприяє підвищенню температури стінок камер згоряння, що покращує протікання робочого процесу, особливо при запуску в холодну пору.
Головки циліндрів можуть виконуватись індивідуальними або загальними. Індивідуальні головки, як правило, застосовують у двигунах повітряного охолодження. У більшості двигунів, що мають охолодження рідини, застосовують загальні головки для кожного ряду циліндрів. У деяких випадках, при великій довжині блоку циліндрів, застосовують головки для групи в два -три циліндри (наприклад, двигун ЯМЗ-240 і А=01 Л).
У двигуна ЯМЗ-740 головки циліндрів окремі кожен циліндр. Застосування окремих головок підвищує надійність двигуна, що дозволяє уникнути перекосу головки при нерівномірній затяжці її та прориву газів через прокладку.
У карбюраторних двигунів і деяких типів дизелів зазвичай камери згоряння розташовують в головках циліндрів. Форма та розташування камер згоряння, впускних та випускних каналів є важливим конструктивним параметром, що визначає потужнісні та економічні показники двигунів.
Форма камери згоряння повинна забезпечувати найкращі умови для наповнення циліндра свіжим зарядом, повне та бездетонаційне згоряння суміші, а також гарне очищення циліндра від продуктів згоряння.
В даний час у дизелів перевага надається камерам згоряння, розташованим у поршнях. Такі камери мають меншу поверхню та, отже, невеликі теплові втрати. Двигуни з камерами згоряння в поршні мають більш високі антидетонаційні якості і підвищений коефіцієнт наповнення.
Технологія виготовлення головки циліндрів у двигунах з камерою згоряння у поршні не складна. Камеру в поршні легко одержати при виливку та подальшої механічної обробки довести об'єм камери до заданого з високою точністю.
Тривала робота головки циліндрів без деформації та жолоблення забезпечується раціональним охолодженням, тобто. найінтенсивнішим відведенням тепла від найбільш нагрітих її частин.
шатунний технічний ремонт
Призначення КШМ. Кривошипно-шатунний механізм перетворює прямолінійний зворотно-поступальний рух поршнів, що сприймають тиск газів, в обертальний рух колінчастого валу.
Типи та види КШМ
Склад КШМ. Деталі кривошипно-шатунного механізму можна поділити на дві групи: рухомі та нерухомі. До перших відноситься поршень з кільцями та поршневим пальцем, шатун, колінчастий вал і маховик, до других - блок циліндрів, головка блоку, кришка блоку розподільних зубчастих коліс та піддон (картер). В обидві групи входять також і кріпильні деталі.
Конструктивне виконання деталей. Головка блоку циліндрів призначена для закриття циліндра, в ній розміщуються впускні та випускні канали та клапани, а також форсунка або свічка. За типами головки блоку циліндрів поділяються на індивідуальні (а), групові (б) та загальні (в).
Головка блоку циліндрів, як правило, виготовляється з алюмінієвих сплавів методами точного лиття з подальшою механічною обробкою та має дуже складну форму. Головку кріплять до блоку циліндрів болтами або шпильками, затягування яких проводиться у певній послідовності та з певним моментом затяжки, рекомендованим заводом-виробником.
Циліндр - одна з основних деталей машин і механізмів: порожня деталь з внутрішньою циліндричною поверхнею, в якій рухається поршень. Циліндри також як і головка блоку циліндрів бувають: індивідуальні, групові та загальні.
Існує два типи гільз:
"Сухі" це гільзи, які не мають безпосереднього контакту з охолоджувальною рідиною.
"Мокрі" це гільзи, зовнішня поверхня яких омивається охолоджувальною рідиною.
Мокрі гільзи забезпечують хороше тепловідведення, і можуть бути легко замінені під час ремонту. Вони найчастіше використовуються в дизельних двигунах з діаметром циліндра більше 120 мм, але іноді застосовується в двигунах з меншим діаметром циліндра. Сухі гільзи простіше у виготовленні. Двигуни, забезпечені сухими гільзами, мають гарну ремонтопридатність. У разі зношування гільзу можна легко замінити без розточування циліндрів. Сухі гільзи також можна використовувати при ремонті двигуна, в якому раніше не застосовувалися гільзи.
У більшості сучасних двигунів легкових автомобілів циліндри виконуються безпосередньо шляхом розточування в блоці циліндрів. У випадку, коли блок алюмінієвий, на стінки циліндрів наносять спеціальні покриття, а до деталей, що сполучаються (поршням і кільцям) пред'являються особливі вимоги.
Внутрішня поверхня гільзи піддається спеціальній обробці – хонінгування, хромування, азотування. Гільзи відливають із чавуну високої міцності або спеціальних сталей. Сорочки та корпус блоку циліндрів виготовляють зазвичай з того самого матеріалу, що і станина двигуна.
Поршень - деталь, призначена для циклічного сприйняття тиску газів, що розширюються, і перетворення його в поступальний механічний рух, що сприймається далі кривошипно-шатунним механізмом. Служить також для виконання допоміжних тактів з очищення та наповнення циліндра. Як правило, оснащений поршневими кільцями для покращення герметичності системи циліндр – поршень. Поршні бувають складовими та нескладними.
Поршень поділяється на дві частини: голівку та спрямовуючу частину (спідниця). У головку входять днище, камера згоряння та канавки для кілець. У спідниці є дві баби для отвору під палець. Кільця бувають двох видів: компресійні, що служать для виключення витоку газу з надпоршневого простору та маслознімні, призначені для видалення олії зі стінок циліндрів.
Поршневий палець, що служить для шарнірного з'єднання поршня з шатуном, виготовляється порожнистим із сталі з поверхневим загартуванням струмами високої частоти. Від поздовжнього переміщення, що могло б викликати задираки на стінках циліндрів, палець утримується в бобишках поршня за допомогою двох стопорних кілець, що вставляються в кільцеві виточки. Пальці бувають закріпленими та незакріпленими.
Шатун призначений для з'єднання поршня з колінчастим валом через палець. Здійснює складне коливальний рух. Складається з трьох частин: верхня головка шатуна, стрижень, нижня головка з кришкою для кріплення на колінчастий вал.
Колінчастий вал призначений для передачі моменту, що крутить, споживачеві і одночасного забезпечення зворотно-поступального руху поршня за рахунок повороту кривошипа. Колінчастий вал має носок і хвостовик, на якому встановлено маховик.
Маховик – це масивний металевий диск, який кріпиться на колінчастому валу двигуна. Під час робочого ходу поршень через шатун і кривошип розкручує колінчастий вал двигуна, який і передає запас інерції маховику. Маховик передає крутний момент через зчеплення на коробку передач.
Запасена в масі маховика інерція дозволяє йому, у зворотному порядку, через колінчастий вал, шатун і поршень здійснювати підготовчі такти робочого циклу двигуна. Тобто, поршень рухається вгору (при такті випуску та стиснення) і вниз (при такті впуску), саме за рахунок енергії, що віддається маховиком. Якщо ж двигун має кілька циліндрів, що працюють у певному порядку, то підготовчі такти в одних циліндрах відбуваються за рахунок енергії, що розвивається в інших, та й маховик звичайно теж допомагає.
Основні рухливі деталі ДВС входять до складу кривошипно-шатунного механізму, призначенням якого є перетворення зворотно-поступального руху поршня у обертальний рух колінчастого валу. Залежно від конструкції кривошипно-шатунного механізму двигуни, як і їх поршні, бувають тронкові та крейцкопфні, простої та подвійної дії. На відміну від тронкових крейцкопфні двигуни мають поряд з поршнем, шатуном і колінчастим валом поршневий шток і повзун (крейцкопф), що переміщається вздовж поперечки.
Тронковий поршень одночасно є ніби повзуном, тому він має довгу напрямну частину, звану спідницею або череном. Прикладом такого поршня може бути поршень чотиритактного дизеля, зображений на рис. 43. Поршень складається з головки 1 і черешка 7, що має всередині камеру. Головка поршня включає денце і бічну поверхню, на якій розташовані канавки для поршневих ущільнювальних 2 і маслознімних 3 кілець. Така ж. канавка для маслознімних кілець розташована на нижній частині черевця.
Напрямна частина поршня має пристрій для з'єднання його з шатуном, що складається з поршневого пальця 5, втулок 6 і заглушок 4. У практиці поширені два способи встановлення поршневого пальця в бобишках напрямної частини поршня: палець закріплюється в бобишках жорстко, шатун посаджений на нього; палець не закріплюється в бобишках, шатун також має можливість повороту навколо нього (так званий плаваючий палець). В останньому випадку конструкція пальця (рис. 43, поз. 5) має безперечні переваги, так як зношування пальця зменшується і відбувається більш рівномірно, покращуються умови роботи пальця.
Мал. 43. Тронковий поршень чотиритактного двигуна.
При діаметрі циліндра понад 400 мм поршні тронкових двигунів виготовляють роз'ємними.
Поршні крейцкопфних двигунів відрізняються від тронкових тим, що мають жорстке з'єднання поршня зі штоком. Поршневий шток зазвичай закінчується фланцем, який з'єднується з поршнем за допомогою шпильок.
Щоб уникнути перегріву денця поршня у двигунів з повзунами, як і у тронкових двигунів з циліндрами великих діаметрів, застосовують штучне охолодження денця. Для цієї мети використовують прісну або забортну воду та олію.
На рис. 44 показаний укорочений поршень сучасного двотактного дизеля з наддувом. У таких дизелях нижня порожнина циліндра використовується як продувний насос, тому напрямна частина поршня значно скорочується (короткий або укорочений поршень). Кована сталева головка поршня 4 має зовні канавки для кілець ущільнювачів 3, а всередині головки поршня розташований витіснювач 5, призначений для прискорення руху охолоджуючого масла. У напрямній частині поршня 1, виготовленої з чавуну, передбачені канавки для направляючих кілець 2. Усередині напрямної частини знаходяться шпильки 7 для кріплення штока 8 поршня з головкою поршня через отвори в напрямній частині. денце поршня охолоджується маслом, яке підводиться по каналу 9 в штоку поршня, а відводиться з верхньої порожнини по трубі 6. Найбільш навантажена частина поршнів всіх видів - головка поршня. На денце головки в процесі роботи двигуна тиснуть гарячі гази, які нагрівають його і, крім того, прагнуть прорватися всередину двигуна. Внаслідок цього денце головки поршня має особливу конфігурацію, обумовлену необхідною формою камери згоряння, і внутрішню охолоджувану поверхню.
Мал. 44. Укорочений поршень двотактного дизеля з наддувом.
Висота бічної поверхні головки поршня залежить від розмірів та числа поршневих ущільнювальних кілець. Поршневі кільця забезпечують ущільнення циліндра від прориву газів, а й передачу тепла від головки поршня до стін робочої втулки циліндра. Ці функції зазвичай виконують два-три верхніх кільця, інші є хіба що допоміжними, підвищуючи надійність роботи. У тихохідних двигунах зазвичай ставлять п'ять - сім поршневих кілець, а швидкохідних, завдяки зменшенню часу протікання газу через нещільності між поршнем і стінками циліндра, досить трьох- п'яти.
Поршневі кільця виготовляють прямокутного або рідше трапецієподібного перерізу з м'якшого металу, ніж втулка циліндра. Для можливості встановлення кілець у пази поршня їх роблять розрізними, а місце стику, зване замком, виконують з косим, ступінчастим (внахлестку) або прямим зрізом. Завдяки розрізній конструкції та пружним властивостям матеріалу поршневі кільця щільно притискаються до стінок втулки циліндра, запобігаючи тертю про них поршня. Тим самим покращуються умови роботи поршня та зменшується знос втулки.
На відміну від ущільнювальних маслознімні кільця служать для запобігання попаданню олії в камеру згоряння та зняття його надлишку зі стінок циліндрової втулки.
Шатун двигуна призначений передачі зусилля від поршня колінчастому валу. Він складається із трьох основних частин (рис. 45): нижньої головки I, стрижня II та верхньої головки III. Шатуни, як і поршні, бувають тронкові та крейцкопфні. Їхня відмінність визначається в основному конструкцією верхньої головки і розташуванням шатуна по відношенню до поршня.
Мал. 45. Шатун тронкового двигуна.
Верхня головка шатуна тронкових двигунів (двигуни малої та середньої потужності) виконується нероз'ємною. В отвір головки 1 (рис. 45) запресовують бронзову втулку 2, яка виконує роль головного підшипника і служить для з'єднання шатуна з поршнем за допомогою пальця поршневого. Втулка 2 має по внутрішній поверхні кільцеву канавку 3 і отвори 4 для підведення мастила з центрального каналу 5 просвердленого в стрижні.
Шатуни крейцкопфних двигунів, до яких відносяться в основному двигуни великої потужності (як правило, двотактні дизелі з циліндровою потужністю понад 300 е.л.с.), виготовляють з верхньою роз'ємною головкою. Така головка кріпиться болтами до верхньої частини шатуна, що має форму розвилки або прямокутного фланця. Стрижень 6 шатуна виконують круглого перерізу з центральним 5 каналом, що характерно для тихохідних двигунів.
Стрижні шатунів швидкохідних двигунів зазвичай мають кільцеву або двотаврову форму перерізів, часто виготовляються заодно з верхньою половиною нижньої головки, що сприяє зменшенню ваги шатуна. Нижня головка шатуна служить розташування в ній мотилевого підшипника, з якого шатун з'єднується з мотылевой шийкою колінчастого вала. Головка складається з двох половин, з бронзовими або сталевими взаємозамінними вкладишами, внутрішня поверхня яких заливається шаром бабіта.
У тихохідних двигунах шатун виконують з нижньою голівкою 9, що складається з двох сталевих половин - виливків без вкладишів. В цьому випадку шаром бабіту заливають робочу поверхню кожної половини головки. Така конструкція нижньої головки дозволяє швидко її замінювати у разі виходу з ладу і дає можливість регулювати висоту камери стиснення циліндра двигуна шляхом зміни товщини прокладки компресійної 7 між п'ятою шатуна і верхньою частиною головки. Для центрування нижньої головки зі стрижнем шатуна на її верхній частині передбачений виступ 11.
Обидві половини мотилевого підшипника стягуються двома шатунними болтами 8, які мають по два посадкові пояски, кріпляться за допомогою корончастих гайок і шплінтуються. Набір прокладок 10 в роз'єм підшипника необхідний для регулювання масляного зазору між мотилевою шийкою колінчастого валу і антифрикційною заливкою. Прокладки фіксуються в роз'ємі шпильками та гвинтами.
Колінчастий вал - одна з найбільш відповідальних, складних у виготовленні та дорогих деталей двигуна. Колінчастий вал при роботі зазнає значних навантажень, тому для його виготовлення застосовують якісні вуглецеві та леговані сталі, а також модифікований та легований чавуни. Зважаючи на складність конструкції виготовлення колінчастого валу пов'язане з виконанням трудомістких і складних процесів, а його вартість, включаючи матеріал, кування і механічну обробку, іноді становить понад 10% вартості всього двигуна.
Колінчасті вали швидкохідних двигунів малої та середньої потужності виготовляють цільнокованими або цільноштампованими, вали двигунів середньої та великої потужності - складовими з двох і більше частин, з'єднаних фланцями. При великому діаметрі шийок вали виготовляють із складовими кривошипами.
Залежно від конструкції та числа циліндрів двигуна колінчастий вал може мати різне число колін (кривошипів): в однорядних двигунах - рівну числу циліндрів, а в дворядних (V-подібних) - рівну половині числа циліндрів. Коліна валу розгортають по відношенню один до одного на певний кут, величина якого залежить від числа циліндрів та порядку їх роботи (порядку спалаху у двигунів з числом циліндрів чотири, шість і більше).
Основними елементами колінчастого валу (рис. 46 а) є: мотилеві (або шатунні) шийки 2, рамові (або корінні) шийки I і щоки 3, що з'єднують шийки між собою.
Іноді для врівноваження відцентрових сил коліна до щок 1 кріплять противагу 2 (рис. 46,6). Мотильові шийки охоплюються підшипником нижньої головки шатуна, а рамові шийки лежать у рамових підшипниках, розміщених у фундаментній рамі або картері двигуна і є опорами колінчастого валу. Змащування шийок здійснюється в такий спосіб. До рамових шийок масло подається під тиском через свердління в кришці і верхньому вкладиші рамового підшипника, потім через свердління в щоці (рис. 46, в) підводиться до мотильової шийки. У пустотілих колінчастих валах швидкохідних двигунів масло надходить у порожнину валу і потрапляє на робочі поверхні шийок через порожнини та радіальні отвори, виконані в них.
Мал. 46. Колінчастий вал двигуна.
Рамові підшипники сприймають усі навантаження, що передаються на колінчастий вал. Кожен рамовий підшипник складається з двох половин: корпусу, відлитого разом з рамою, та кришки, закріпленої на корпусі болтами. Усередині підшипника закріплюється сталевий вкладиш, що складається із двох взаємозамінних половин (верхньої та нижньої), залитих по робочій поверхні антифрикційним сплавом – бабітом. Довжина вкладки вибирається зазвичай менше довжини рамової шийки валу. Один із рамових підшипників (перший від передачі обертання розподільчому валу) виконується як настановний (рис. 47).
Мал. 47. Настановний рамовий підшипник колінчастого валу.
Довжина вкладиша 7 настановного підшипника дорівнює довжині шийки валу; він має антифрикційне заливання 1 не тільки всередині, але і з торцевої поверхні. У свою чергу рамова шийка валу в місці посадки цього підшипника має кільцеві бурти, що виступають. Таким чином, настановний підшипник забезпечує цілком певне положення колінчастого валу щодо фундаментної рами. Вкладиш 7 підшипника стопориться від провертання і осьового переміщення вставкою 5, розташованої між кришкою підшипника 3 і верхньою половиною вкладиша. Площина роз'єму вкладиша збігається з площиною, що проходить через вісь валу, яка знаходиться нижче за площину з'єднання рами зі станиною двигуна. У площині роз'єму встановлюють на двох контрольних штифтах прокладки 6, призначені для регулювання зазору масляного між вкладишем і шийкою вала.
Кришка 3 підшипника виконується сталевою литою. Вона має в центрі наскрізний вертикальний отвір для підведення мастила до шийки валу. У верхній половині вкладиша розташований такий же співвісний отвір, з якого масло потрапляє в кільцеву канавку масляну 4 на поверхню антифрикційної заливки, а потім - в масляний холодильник 2.
На кормовому кінці колінчастого валу зазвичай кріпиться маховик, призначений для зменшення та вирівнювання кутової швидкості обертання валу. Крім того, інерція маховика полегшує перехід шатуна із поршнем через мертві точки. Розмір і вага маховика знаходяться у зворотній залежності від числа циліндрів двигуна: чим більше число циліндрів, тим менше має бути вага Маховика. Нерідко маховик, зокрема диск, використовують для з'єднання з гребним валом, валом редуктора або валом електрогенератора за допомогою еластичної муфти.
Основні розміри КШМ ВАЗ 2110, 2111, 2112
себе двигуна ВАЗ 2110, вони мають багато
взаємозамінних деталей КШМ із двигунами
ВАЗ 2108, ВАЗ 2109
Кривошипно-шатунний механізм (КШМ)перетворює прямолінійне зворотно-поступальні рухи поршнів, що сприймають тиск газів, в обертальний рух колінчастого валу.
Пристрій КШМ можна розділити на дві групи: рухомі та .
|
Шатуншарнірно з'єднує поршень з кривошипом колінчастого валу. Він сприймає від поршня і передає колінчастому валу зусилля тиску газів при робочому ході, забезпечує переміщення поршнів при допоміжних тактах. Шатун працює в умовах значних навантажень, що діють по його поздовжній осі. Шатун складається зверхньої головки, в якій є гладкий отвір під підшипник поршневого пальця; стрижня двотаврового перерізу та нижньої головки з роз'ємним отвором для кріплення з шатунною шийкою колінчастого вата. Кришка нижньої головки кріпиться за допомогою шатунних болтів. Шатун виготовляють методом гарячого штампування з високоякісної сталі. Для докладнішого вивчення створено розділ " ". |
|
Для змащування підшипника поршневого пальця (бронзова втулка) у верхній головці шатуна є отвір або проріз. У двигунах марки ЯМЗ підшипник змащується під тиском, для чого в стрижні шатуна є масляний канал. Площина роз'єму нижньої головки шатуна може розташовуватися під різними кутами до поздовжньої осі шатуна. Найбільшого поширення набули шатуни з роз'ємом перпендикулярним до осі стрижня. . Для підведення олії до стінок циліндра на нижній головці шатуна є отвір. З метою зменшення тертя та зношування в нижні головки шатунів встановлюютьпідшипники ковзання, що складаються з двох взаємозамінних вкладишів (верхнього та нижнього).
Вкладишівиготовляються із сталевої профільованої стрічки товщиною 1,3-1,6 мм для карбюраторних двигунів та 2-3,6 мм для дизелів. На стрічку наносять антифрикційний сплав завтовшки 0,25-0,4 мм - високоолов'янистий алюмінієвий сплав (для карбюраторних двигунів). На дизелях марки "КамАЗ" застосовують тришарові вкладиші, залиті свинцевою бронзою. Шатунні вкладки встановлюються в нижню головку шатуна з натягом 0,03-0,04 мм. Від осьового змішування та прокручування вкладиші утримуються у своїх гніздах вусиками, що входять у пази, які при складанні шатуна та кришки повинні розташовуватися на одній стороні шатуна.
2. Несправності КШМ двигуна
Кривошипно-шатунним називається такий механізм, який здійснює робочий процес силового агрегату. Головне призначення кривошипно-шатунного механізму- Перетворення зворотно-поступального переміщення всіх поршнів в обертальний рух коленвала.
Кривошипно-шатунний механізм визначає тип силового агрегату по роз-по-ло-женню циліндрів. В автомобільних двигунах (див. пристрій двигуна автомобіля) використовують різні варіанти кривошипно-шатунних механізмів:
Складові кривошипно-шатунного механізму поділяються на
Крім цього до кривошипно-шатунного механізму відносяться різноманітні кріпильні елементи, а також шатунні та кріпильні підшипники.
При розгляді пристрою КШМ необхідно виділити основні елементи його конструкції: колінвал, корінна шийка, шатунна шийка, шатуни, вкладиші, кільця поршневі (маслосъемные і компресійні), пальці і поршні (див. робота поршня).
Складна конструкція валу забезпечує отримання та передачу енергії від поршня з шатуном на наступні вузли та агрегати. Сам вал зібраний із елементів, званих колінами. Коліна з'єднані циліндрами, розташованими зі зміщенням щодо основної центральної осі у визначеному порядку. Технічною мовою назва цих циліндрів - шийки. Ті шийки, що зміщені, кріпляться до шатунів, відповідно і назва - шатунні. Шийки, розташовані вздовж основної осі - корінні. За рахунок розташування шатунних шийок зі зміщенням щодо центральної осі утворюється важіль. Поршень, опускаючись вниз, через шатун змушує прокручуватися колінчастий вал.
Варіанти конструкцій валу представлені на малюнку.
Залежно від числа циліндрів, а також конструктивних рішень ДВС з роз-по-ло-ження циліндрів буває однорядний або дворядний.
У першому випадку (1) циліндри розташовані в одній площині щодо колінчастого валу. Якщо конкретніше, всі вони на двигуні розташовані вертикально, по центральній осі, а сам вал знаходиться внизу. У дворядному двигуні (поз. 2 і 3) циліндри розміщені в два ряди під кутом один до одного 60, 90 або 180°, тобто протилежно один до одного. Виникає питання: "А навіщо?". Звернемося до фізики. Енергія від згоряння робочої суміші дуже велика і значна частка її погашення посідає корінні шийки колінчастого валу, які хоч і залізні, але мають певний запас міцності та ресурсу. У чотирициліндровому двигуні автомобіля це питання вирішується просто: 4 циліндри - 4 такти робочого циклу по черзі. У результаті навантаження на колінвал поступово розподіляється усім ділянках. У тих ДВС, де циліндрів більше, або потрібна більша потужність, їх розміщують у «V»-подібному вигляді, додатково пом'якшуючи навантаження на колінчастий вал. Таким чином, енергія гаситься не вертикально, а під кутом, що значно пом'якшує навантаження на колінчастий вал.
Після короткого розгляду пристрою КШМ необхідно також приділити увагу колінчастому валу. Говорячи про навантаження на колінчастий вал, варто зупинитися на підшипниках шийок коленвала. Розглянемо з'єднання шатуна з колінчастим валом двигуна.
Ті перевантаження, що зазнає валу, не під силу кульковим підшипникам. Тут і величезний тиск, висока температура, важкодоступність мастила елементів, що труться, і висока швидкість обертання. Тому саме для шийок застосовуються підшипники ковзання, які забезпечують роботу всього двигуна. Обертання колінчастого валу відбувається на вкладишах. Вкладиші діляться на корінні та шатунні. З корінних вкладишів утворюється кільце навколо корінних шийок валу. Із шатунних вкладишів за аналогією – навколо шатунних шийок. Для зменшення тертя ковзаючі поверхні підшипників і шийок змащуються маслом, що подається через отвори в колінвалі під високим тиском.
Значну роботу із забезпечення рівномірності та плавності роботи двигуна автомобіля виконує маховик, про який згадувалося раніше. Це зубчасте колесо на кінці валу згладжує перебої у обертанні колінвала і забезпечує здійснення всіх «холостих» тактів робочого циклу кожного циліндра ДВЗ.
Тепер звернемося до конструкції поршня двигуна.
Сам поршень є перевернутою вгору дном банку. Це саме дно має плавно увігнуту форму, що покращує рівномірність навантаження на поршень при виконанні робочого ходу та утворення робочої суміші. Поршень кріпиться до шатуна через палець із підшипником, що забезпечує коливальні рухи шатуна. Стінки поршня звуться «спідниця». Вона має, на перший погляд, округлу форму, але є ледь помітні відмінності.
Перше - це потовщення стін спідниці в напрямках руху шатуна. Поршень із шатуном через палець кріплення тиснуть по черзі один на одного в одній площині. У тій, якою власне і рухається шатун щодо поршня. Отже, стінки поршня відчувають там велике навантаження та тиск, тому й зроблені товщі.
Друге - це звуження діаметра спідниці до низу. Зроблено це для недопущення заклинювання поршня в циліндрі при нагріванні і забезпечення мастила поверхонь, що труться, спідниці поршня і стінки циліндра. Самі стінки циліндра настільки гладко і ювелірно виконані, що можна порівняти з поверхнею дзеркала. Але тоді залишається зазор, який суттєво впливає на герметичність циліндра при такті стиснення та робочого ходу.
Для вирішення цих протилежних за змістом проблем, на спідниці поршня пре-дус-мот-ре-ни кільця. Саме через них сам поршень стикається зі стінками циліндра. На кожному поршні є два типи кілець - компресійні та маслознімні. Компрес-сі-он-ние кільця забезпечують герметичність за рахунок тиску згоряються газів.
Олійні кільця говорять самі за себе. Залишків масла, що надходить для пом'якшення тертя у зв'язці поршень-циліндр, не повинно залишатися під час горіння паливно-повітряної суміші. Інакше можлива детонація, засмічення свічок чи форсунок залишками важких фракцій нафтових продуктів, що є в маслі. А це порушує весь робочий цикл. Тому масло, що впорскується на стінки циліндра при «холостих» тактах, знімається кільцями маслознімними при робочому ході поршня.
Усі циліндри двигуна розміщені в єдиному корпусі, що називається блоком циліндрів двигуна. Його конструкція досить складна. У ньому багато каналів для всіх систем двигуна, а також він виконує несучу основу для багатьох деталей і компонентів для силової установки в цілому.
Розглянемо схему роботи КШМ.
Поршень розташовується максимально віддаленій відстані від колінчастого валу. Шатун і кривошип збудовані в одній лінії. У той момент, коли в циліндр проникає пальне, відбувається загоряння. Продукти горіння, зокрема, гази, що розширюють, сприяють переміщенню поршня до колінчастого валу. Одночасно з цим переміщається також і шатун, нижня головка якого провертає колінчастий вал на 180 °. Потім шатун та його нижня головка переміщаються і провертаються назад, займаючи вихідну позицію. Поршень теж повертається у своє початкове становище. Такий процес відбувається у круговій послідовності.
За описом роботи КШМ видно, що кривошипно-шатунний механізм є головним механізмом мотора, від роботи якого повністю залежить справність транспортного засобу. Таким чином, цей вузол необхідно постійно контролювати, і при будь-якій підозрі на несправність, слід втручатися і усувати її негайно, так як результатом різних поломок кривошипно-шатунного механізму може виявитися повна поломка силового агрегату, ремонт якого дуже дорогий.
До основних ознак несправності КШМ належать такі:
Шуми та стукив моторі виникають через зношування його головних складових і виникнення між сполученими складовими збільшеного зазору. При зносі циліндра і поршня, а також при виникненні більшого проміжку між ними з'являється металевий стукіт, який вдається чітко почути при роботі холодного мотора. Різкий і дзвінкий металевий стукіт при будь-яких режимах роботи двигуна говорить про збільшений зазор між втулкою, верхньої головки шатуна і поршневим пальцем. Посилення стукоту і шуму при швидкому збільшенні кількості обертів коленвала свідчить про знос вкладишів шатунних або корінних підшипників, причому більш глухий стукіт говорить про знос вкладишів корінних підшипників. Якщо знос вкладишів досить великий, то, найімовірніше, тиск олії різко знизиться. У такому випадку екс-плу-а-ті-рувати мотор не рекомендується.
Падіння потужностімотора виникає при зносі циліндрів і поршнів, зношуванні або заляганні в канавах поршневих кілець, неякісній затяжці головки циліндрів. Подібні несправності сприяють падінню компресії у циліндрі. Щоб перевірити компресію, існує спеціальний прилад – компресометр, виміри необхідно виконувати на теплому моторі. Для цього необхідно викрутити всі свічки, після чого встановити наконечник компресометра на місце однієї з них. При абсолютно відкритому дроселі провертають двигун стартером протягом трьох секунд. Подібним методом послідовно виконують перевірку решти циліндрів. Значення компресії має бути в рамках, зазначених у технічних характеристиках двигуна. Різниця компресії між циліндрами повинна бути не вище 1 кг/см2.
Збільшене споживання олії, перевитрата палива, утворення диму у відпрацьованих газах зазвичай відбувається при зносі циліндрів та кілець або при заляганні поршневих кілець. Питання із заляганням кільця можна вирішити без розбирання двигуна, заливши в циліндр через спеціальні отвори для свічки відповідну рідину.
Відкладення нагаруна камерах згоряння і днищах поршнів зменшує тепло-про-водність, що сприяє перегріву мотора, підвищенню паливної витрати і падінню потужності.
Тріщинина стінках сорочки охолодження блоку, а також головки блоку циліндрів можуть утворитися у зв'язку із замерзанням охолоджувальної рідини, в результаті перегріву мотора, в результаті заповнення охолоджувальної системи гарячої мотора холодної охолоджуючої рідиною. Тріщини на блоці циліндрів можуть пропускати охолодну рідину в циліндри. У зв'язку з цим вихлопні гази набувають білого кольору.
Вище розглянуто основні несправності КШМ.
Кріпильні роботи
Щоб запобігти пропуску охолоджувальної рідини та газів через прокладку головки циліндрів, слід періодично контролювати кріплення головки ключем зі спеціальною динамометричною рукояткою з певною послідовністю та зусиллям. Положення затяжки і послідовність затягування гайок позначають ав-то-мо-биль-ние заводи.
Головку циліндрів з чавуну прикріплюють, коли двигун знаходиться в нагрітому положенні, алюмінієву голову, навпаки, на холодний двигун. Необхідність затягування кріплення алюмінієвих головок у холодному стані пояснюється різним коефіцієнтом лінійного розширення матеріалу шпильок та болтів та матеріалу головки. У зв'язку з цим підтягування гайок на сильно розігрітому двигуні не забезпечує після остигання двигуна належної щільності прилягання до блоку головки циліндрів.
Затяжку болтів прикріплення піддона картера для запобігання деформації картера, порушення при герметичності також перевіряють з дотриманням послідовності, тобто почерговим затягуванням діаметрально протилежних болтів.
Перевірка стану кривошипно-шатунного механізму
Технічний стан кривошипно-шатунних механізмів визначається:
Витрата оліїв малозношеному моторі незначний і може дорівнювати 0,1-0,25 літра на 100 км шляху. При загальному значному зносі двигуна витрата масла може становити 1 літр на 100 км і більше, що, як правило, супроводжується рясним димом.
Тиск у масляній системімотора має відповідати межам, ус-та-нов-лен-ним для даного типу мотора і використовуваного сорту олії. Зменшення тиску масла на незначних оборотах колінвала прогрітого силового агрегату вказує на несправність в мастильній системі або на присутність неприпустимих зносів підшипників мотора. Падіння масляного тиску за манометром до 0 говорить про не-ісп-рів-ність редукційного клапана або манометра.
Компресіяє показником герметичності циліндрів мотора і ха-рак-те-ри-зу-є стан клапанів, циліндрів і поршнів. Герметичність циліндрів можна встановити за допомогою компресометра. Зміна тиску (компресію) перевіряють після перед-ва-рі-тель-ного розігріву мотора до 80°C при викручених свічках. Встановивши наконечник компресометра в отвори для свічок, стартером провертають колінвал мотора на 10 - 14 оборотів і фіксують показання компресометра. Перевірка виконується по 3 рази кожного циліндра. Якщо показання компресії на 30 - 40% нижче за встановлену норму, це говорить про несправності (пригорання поршневих кілець або їх поломка, пошкодження прокладки головки циліндрів або негерметичність клапанів).
Розрідження в трубопроводі впускудвигуна вимірюють вакуумметром. Значення розрідження у працюючого на встановленому режимі моторів може змінюватися від зношеності циліндро-поршневої групи, а також стану елементів га-зо-расп-ре-де-ле-ния (див. газорозподільний механізм), регулювання карбюратора (див. пристрій карбюратора) та встановлення запалення. Таким чином, такий метод перевірки є загальним і не дає можливості виділити конкретну несправність за одним показником.
Об'єм газів, що проникають в картер двигуна, Змінюється через нещільність сполучень циліндр + поршень + поршневе кільце, що збільшується за ступенем зношування даних деталей. Кількість проникаючих газів вимірюють при повному навантаженні двигуна.
Обслуговування КШМ полягає у постійному контролі кріплень та підтягуванні ослаблих гайок та болтів картера, а також головки блоку циліндрів. Болти кріплення головки блоку та гайки шпильок слід підтягувати на розігрітому моторі у певній послідовності.
Двигун слід утримувати в чистоті, щодня протирати або промивати пензликом, змоченим у гасі, після цього протирати сухим ганчірком. Необхідно пам'ятати, що бруд, просочений маслом і бензином, становить серйозну небезпеку для загоряння за наявності будь-яких несправностей у системі запалювання двигуна і системі живлення двигуна, також сприяє утворенню корозії.
Періодично потрібно знімати головку блоку циліндрів і видаляти весь нагар, що з-раз-вався в камерах згоряння.
Нагар погано проводить тепло. При певній величині шару нагару на клапанах і поршнях відведення тепла в рідину, що охолоджує, різко погіршується, відбувається перегрів мотора і зменшення його потужних показників. У зв'язку з цим виникає потреба в більш частому включенні низьких передач і потреба в паливі зростає. Інтенсивність формування нагару повністю залежить від виду і якості масла і палива, що використовується для мотора. Найінтенсивніше нагароутворення виконується при використанні низькооктанового бензину з досить високою температурою кінця википання. Стуки, що у такому разі під час роботи двигуна, мають детонаційний характері і зрештою призводять до зменшення терміну працездатності двигуна.
Нагар необхідно видаляти з камер згоряння, зі стрижнів та головок клапанів, із впускних каналів блоку циліндрів, з днищ поршнів. Нагар рекомендується видаляти з допомогою дротяних щіток або металевих скребків. Попередньо нагар розм'як-ча-ється гасом.
При подальшому складанні двигуна прокладку головки блоку необхідно ус-та-нав-ли-вать таким чином, щоб сторона прокладки, на якій спостерігається суцільна окантовка перемичок між краєчками отворів для камер згоряння, була спрямована у бік головки блоку.
Варто врахувати, що під час руху машини за містом протягом 60 хвилин зі швидкістю 65-80 км/год відбувається випалювання (очищення) циліндрів від нагару.
За належного регулярного обслуговування КШМ його термін служби триватиме на довгі роки.
