Механические свойства металлов

 Такими предохранительными  средствами против самоотвинчивания являются пружинные шайбы, шплинты, стопорящие шайбы, контргайки.

Шпоночные и шлицевые соединения

 Шпоночные и шлицевые соединения  применяются для передачи крутящего  момента между валом и посаженными  на него деталями (зубчатые колеса, шкивы, звездочки, муфты, барабаны, маховики  и т.д.). В шпоночных соединениях  соединяемые детали связываются  шпонками. Шпонка устанавливается  в специальный паз, сделанный  на валу и в ступице, соединяемый  с валом детали. По своей форме  шпонка может быть клиновой, призматической, сегментной или цилиндрической.

 Клиновые шпонки забиваются  в паз ударами молотка, что  создает напряженное соединение, в котором крутящий момент  передается от вала на ступицу  детали за счет сил трения. Такое соединение не только  обеспечивает передачу крутящего  момента, но и удерживает деталь  на валу в осевом направлении.

 Призматические, сегментные и  цилиндрические шпонки создают  ненапряженные соединения, обеспечивают  точную установку деталей на  валу, но не исключают их осевого  смещения. Передача крутящего момента  обеспечивается через боковые  грани шпонки, поэтому эти соединения  рассчитываются на смятие по  боковым поверхностям пазов и  на срез по поперечному сечению  шпонки (или на изгиб).

 Для расчета шпонок на  смятие принимается, что напряжения  σсм распределены по всей длине и высоте шпонки равномерно, что равнодействующая сил, действующих на шпонку, приложена на плече, равном d/2, и что шпонка выступает над поверхностью вала на 0,5h. Следовательно, зная передаваемый крутящий момент М, можно определить напряжения смятия σсм.

 Поперечные сечения шпонок  определяются диаметром вала  в соответствии с ГОСТом. Поэтому  для передачи больших крутящих  моментов необходимо принимать  большую длину шпонки, а иногда  и устанавливать несколько шпонок  на одном валу.

 Разновидностью напряженного  многошпоночного соединения является  шлицевое соединение.

 Оно позволяет пере¬давать значительные крутящие моменты при небольшой длине ступиц деталей, сидящих на валу. Для этого типа соединений вал фрезеруют так, что промежутки между пазами образуют ряд расположенных по окружности выступов — шлицев. Отверстие ступицы детали, предназначенное для соединения с валом, делают с соответствующими пазами.

 По своей форме шлицы изготовляют  прямобочными при параллельности боковых граней, эвольвентными и треугольными с центрированием ступицы по наружному диаметру вала, по диаметру впадин или по боковым поверхностям шлицев. Шлицевые соединения имеют ряд преимуществ по сравнению со шпоночными: лучшее центрирование соединяемых деталей, большая нагрузочная способность.

 Прямобочные и эвольвентные шлицевые соединения выбираются в зависимости от диаметра вала и рассчитываются на прочность так же, как и призматические шпонки на смятие боковых поверхностей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Двухта́ктный дви́гатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за один оборот коленчатого вала, то есть за два хода поршня. Такты сжатия и рабочего хода в двухтактном двигателе происходят так же, как и в четырёхтактном, но процессы очистки и наполнения цилиндра совмещены и осуществляются не в рамках отдельных тактов, а за короткое время, когда поршень находится вблизи нижней мёртвой точки.

В связи с тем, что в двухтактном двигателе, при равном количестве цилиндров и числе оборотов коленчатого вала, рабочие ходы происходят вдвое чаще, литровая мощность двухтактных двигателей выше, чем четырёхтактных — в 1,6-1,8 раза, так как часть полезного хода поршня занимает продувка — «такт» газообмена, совмещающий впуск и выхлоп, а сам газообмен менее совершенен, чем у четырёхтактных двигателей.

В отличие от четырёхтактных двигателей, где вытеснение отработавших газов и всасывание свежей смеси осуществляется самим поршнем, в совершенных двухтактных двигателях газообмен выполняется за счёт подачи в цилиндр рабочей смеси или воздуха (в дизелях) под давлением, создаваемым специальным продувочным насосом — воздуходувкой, а сам процесс газообмена получил название — продувка. В процессе продувки свежий воздух (смесь бензина с воздухом) вытесняет продукты горения из цилиндра в выпускные каналы, занимая их место. При этом часть свежего заряда тоже оказывается в выхлопных каналах, что ухудшает экономичность карбюраторного двухтактного двигателя, выбрасывающего несгоревшую смесь.

В упрощённых двухтактных двигателях продувка осуществляется за счет вытеснения свежего заряда поршнем из кривошипной камеры в рабочую полость цилиндра. Такая продувка называется кривошипно-камерной (и чаще всего бывает контурной или дефлекторной — см. ниже). Для её осуществления необходимо, чтобы полость кривошипа конкретного цилиндра была герметична и, по возможности, чтобы коленвал занимал возможно больший объём и был обтекаем, чтобы как можно меньше влиять на газодинамику. Таким образом, в многоцилиндровых двигателях камеры кривошипов отдельных цилиндров отделены одна от другой, а сам коленвал имеет довольно сложную конструкцию. При перемещениях горючей смеси по камерам и каналам происходит её расслоение, выпадение капельной фракции топлива на стенки элементов конструкции. Поэтому следует считать весьма перспективным внедрение на двухтактных двигателях системы впрыска топлива — тогда продувка осуществляется чистым воздухом, а начало впрыска после закрытия выхлопных каналов делает потери топлива невозможными .

По способу организации движения потоков продувочного воздуха (смеси) различают двухтактные двигатели с контурной и прямоточной продувкой. При прямоточной продувке газы продуваются вдоль оси цилиндра в одном направлении, при контурной

поток газов направлен по контуру цилиндра сначала от поршня к головке, потом в противоположном направлении.

Четырёхтактный двигатель — поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором рабочий процесс в каждом из цилиндров совершается за два оборота коленчатого вала, то есть за четыре хода поршня (такта). Этими тактами являются:

Впуск' — (такт впуска, поршень идёт вниз) свежая порция топливо-воздушной смеси всасывается в цилиндр через открытый впускной клапан.

Сжатие (такт сжатия, поршень идёт вверх) впускной и выпускной клапаны закрыты, и топливо-воздушная смесь сжимается в объёме.

Рабочий ход (такт рабочего хода, поршень идёт вниз) сжатое топливо воспламеняется свечой зажигания, расположенной над поршнем, при сгорании высвобождается энергия, которая воздействует на поршень, заставляя его двигаться вниз. Фактически на такте рабочего хода происходит работа двигателя.

Выпуск (такт выпуска, поршень идёт вверх) на этом такте открываются выпускные клапаны, и выхлопные газы, проходя через них, очищают цилиндр.

По окончании 4-го такта цикл повторяется.

Главные особенности четырехтактного двигателя:

1. Газообмен в цилиндре полностью  обеспечивается перемещением рабочего  поршня;

2. Для переключения полости цилиндра  на впуск и на выхлоп используется  отдельный газораспределительный  механизм;

3. Каждая фаза газообмена выполняется  во время отдельного полуоборота  коленчатого вала.

Газораспределительный механизм (ГРМ) — механизм управления фазами газораспределения двигателя внутреннего сгорания.

Состоит из механического программатора — распределительного вала или нескольких валов и привода к ним, клапанов, открывающих и закрывающих впускные и выхлопные отверстия в камерах сгорания и передаточных звеньев — толкателей, штанг, коромысел и некоторых вспомогательных деталей (регулировочных элементов, клапанных пружин, системы поворота клапанов и проч.)

Система привода распределительного вала в любом случае обеспечивает его вращение с угловой скоростью, равной 1/2 угловой скорости коленвала.

Атрибутивный агрегат четырехтактного двигателя, осуществляет смену тактов двигателя, обеспечивая поочередное подключение полости цилиндра к впускному и выхлопному коллекторам.

Управление газораспределением может осуществляться:

- распределительным кулачковым  валом или валами;

- цилиндрическими гильзовыми золотниками, движущимися возвратно-поступательно  либо вращающимися в головке  цилиндров;

- микропроцессором. В этом случае  привод клапанов непосредственно  осуществляется электромагнитами (БМВ)

В первом случае клапанами управляет распределительный вал, вращающийся вдвое медленнее коленчатого вала. Распределительный вал имеет несколько кулачков, каждый из которых управляет одним впускным или выхлопным клапаном. От распредвалов часто приводятся дополнительные сервисные устройства двгателя - масляные, топливные насосы, распределитель зажигания, ТНВД, иногда - механические нагнетатели и др.

В разных двигателях используются один или несколько распределительных валов, расположенных возле коленвала, над рядом цилиндров или даже над каждым рядом клапанов. Привод распредвалов осуществляется от коленвала либо распределительными шестернями, либо пластинчато-роликовой цепью, либо зубчатым ремнем. В некоторых старых конструкциях использовались валики с коническими шестернями (В-2).

В любом случае вал, расположенный рядом с коленчатым, называют нижним, в головке над или рядом с клапанами - верхним. Привод клапанов от нижнего вала осуществляется, как правило, штанговым механизмом, от верхнего либо через рокеры (коромысла), либо через цилиндрические толкатели. Во многих двигателях используются гидравлические толкатели, автоматически выбирающие зазоры в клапанных парах и делающие механизм газораспределения необслуживаемым.

Клапан представляет собой стержень с тарелкой, выполненной из жаростойких материалов. Стержень клапана совершает возвратно-поступательные движения в направляющей втулке, тарелка коническим герметизирующим пояском ложится на клапанное седло, также выполняемое из жаростойких материалов. И седло, и направляющая втулка являются контактными поверхностями, через которые осуществляется охлаждение клапана. Особено важно это положение для выхлопных клапанов, которые постоянно работают в потоках горячих газов (а при неправильной установке зажигания или момента впрыска - в потоке пламени) и нуждаются в интенсивном теплоотводе. Поэтому для улучшения охлаждения внутри стержня клапана может располагаться полость с теплопроводным материалом - с натрием, с медью. А сами контактирующие поверхности должны быть гладкими и иметь минимально возможные зазоры. Многие клапаны имеют механизмы поворота, обеспечивающие принудительное вращение вокруг продольной оси в процессе работы.

Открытие клапана осуществляет соответствующий кулачок, закрытие - либо возвратна клапанная пружина/пружины, либо особый десмодромный механизм (Даймлер-Бенц), позволяющий из-за отсутствия пружин достичь очень высоких скоростей перемещения клапанов и, соответственно, существенно поднять обороты двигателя без существенного повышения усилий в механизме распределения. Дело в том, что чем слабее клапанная пружина, тем медленнее возврат клапана в седло. Уже при работе на относительно невысоких оборотах слабые пружины позволяют клапанам "зависать" и соприкасаться с поршнями (двигатели ВАЗ без внутреннего ряда клапанных пружин - на 5500-6000 об/мин). Чем сильнее клапаные пружины, тем большие напряжения испытывают детали ГРМ и тем более качественное масло должно использоваться для его смазки. Десмодромный механизм позволяет перемещать клапана с такой скоростью, которая ограничена только моментом их инерции, то есть, существенно более высокой, чем достижимые для клапанов скорости в реальных двигателях.

Электромагнитное управление, сверх этого, позволяет легко корректировать фазы газораспределения двигателя.

Некоторые ранние модели двигателей ("Харлей-Дэвидсон", "Пежо") имели впускные клапаны со слабенькими пружинками, обеспечивавшими "автоматическое" открывание клапана после начала такта сжатия под действием разницы давлений свежих газов за клапаном и над поршнем.

Для коррекции фаз газораспределения в ГРМ с распредвалами используются разного рода дифференцирующие механизмы, их конструкция зависит от компоновки двигателя и ГРМ (которая во многом определяет компоновку всего ДВС).

Система питания карбюраторного двигателя

 Система питания двигателя предназначена для хранения, очистки и подачи топлива, очистки воздуха, приготовления горючей смеси и подачи ее в цилиндры двигателя. Количество и качество этой смеси должно быть разным при различных режимах работы двигателя, что также находится «в компетенции» систе- мы питания. Поскольку мы будем рассматривать работу бензиновых двигателей, топливом у нас всегда будет бензин.

 В зависимости от вида  устройства, осуществляющего подготовку  топливовоздушной смеси, двигатели  могут быть инжекторными, карбюраторными или оборудованными моновпрыском.

 Система питания состоит  из следующих основных элементов (рис. 2.12):

топливного бака;

топливопроводов;

фильтров очистки топлива;

топливного насоса;

воздушного фильтра;

карбюратора или инжектора с электронной системой управления.

 Топливный бак (или бензохранилище) — это специальная металлическая  емкость вместимостью 40–80 литров, которая  чаще всего устанавливается в  задней (более безопасной) части  легкового автомобиля. Топливо в  бензобак заливают через горловину, в которой предусмотрена трубка  для выхода воздуха при заправке. На некоторых машинах в самой  нижней точке бензобака есть  сливная пробка, позволяющая при  необходимости полностью очистить  бак от нежелательных составляющих  бензина — воды и мусора.

 Бензин, залитый в бак легкового  автомобиля, предварительно очищается  сетчатым фильтром, установленным  внутри бака на топливозаборнике. В бензобаке также размещен датчик уровня топлива (поплавок с реостатом), показания которого выводятся на щиток приборов.

 Из топливного бака бензин  подается к карбюратору по  топливопроводу, который проходит под днищем автомобиля. По пути топливо проходит через фильтр тонкой очистки. Бензин из бака отправляет «в дорогу» топливный насос. Топливные насосы бывают механические и электрические. Механические насосы используют для машин с карбюраторными двигателями. На автомобили, оборудованные электронным впрыском, устанавливают электрические насосы.