Автор работы: Пользователь скрыл имя, 18 Июня 2014 в 18:18, доклад
Кривошипно-шатунный механизм многоцилиндрового двигателя состоит из подвижных и неподвижных деталей.
К подвижным деталям КШМ относятся: поршень, поршневые кольца, поршневой палец,шатун, коленчатый вал, вкладыш подшипника и маховик. Неподвижными деталями КШМ являются: блок цилиндров, головка блока цилиндров и прокладка головки блока.
Кривошипно-шатунный механизм воспринимает давление газов, возникающих при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, и преобразует это давление в механическую работу по вращению коленчатого вала.
|
2) Неподвижные детали КШМ: блок цилиндров, гильзы цилиндров, головка блока цилиндров, картер, картер маховика и сцепления, поддон, крышка блока, прокладки крышки блока и головки блока цилиндров, полукольца коленчатого вала.
Детали КШМ подвержены действию знакопеременных нагрузок и работают в условиях реверсирования движения, повышенного нагрева и недостатка смазочного материала в зоне трения. Указанные факторы обусловливают высокий уровень механических потерь в КШМ и повышенную интенсивность изнашивания его деталей. | ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
|
Потери на трение в кривошипно-шатунном механизме автомобильных двигателей
Особенности движения подвижных деталей КШМ для ряда его основных сопряжений определяют существование сразу нескольких режимов трения: граничного, гидродинамического и смешанного. Для сопряжений «кольцо поршня – цилиндр» и «поршень – цилиндр» доминирующим является граничный режим трения. Для подшипниковых узлов КШМ вследствие однонаправленного вращательного характера движения шеек коленчатого вала – гидродинамическое трение, отклонения от которого являются либо следствием недостатка смазочного материала (при запуске двигателя или нарушениях в работе системы смазки) либо перегрева двигателя в связи с превышением допустимых значений нагрузок. В общем случае механические потери на трение между поршневой группой и цилиндром составляют 45...55%, а потери в подшипниковых узлах – до 20% от всех механических потерь двигателя. Рост механических потерь в КШМ сопровождается снижением КПД и мощности двигателя, увеличением удельного расхода топлива, повышением теплонапряженности работы и всегда является причиной снижения долговечности соответствующих деталей и узлов. Поскольку в тепло превращается наибольшая часть (до 99%) энергии трения в сопряжениях, для оценки механических потерь часто используют величину температуры трения. Поэтому для более детального исследования и оценки механических потерьв КШМ автомобильных двигателей применяется метод | ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
снятия температурных полей трения при прокрутке двигателя без сжатия, сгорания и охлаждения. По относительной величине температуры трения в этих условиях можно судить об изменении мощности трения в соответствующих сопряжениях КШМ, причем измерение температуры трения (особенно неподвижного тела) в рассматриваемом случае является наиболее простой процедурой. Исследования показывают, что наиболее эффективным методом снижения потерь на трение в ДВС современных автомобилей является применение антифрикционных покрытий на основе твердых смазочных материалов (дисульфид молибдена, графит и др.). Компания »Dow Corning» предлагает широкий ассортимент антифрикционных покрытий под торговой маркой «Molykote», многие из которых успешно применяются автомобильными производителями в узлах трения ДВС с целью обеспечения энергосбережения силовых установок и повышения их долговечности.
Неисправности кривошипно-шатунного механизма автомобильных двигателей, связанных с износом трения и неисправностями системы смазки
Износ основных деталей КШМ вызывает увеличение зазоров в сопряжениях, что приводит к возникновению стуков и шумов при работе двигателя. Это позволяет диагностировать большинство неисправностей КШМ по внешним признакам или с помощью простейших приборов. Так при износе поршня и цилиндра работа двигателя (в особенности непрогретого) сопровождается звонким металлическим стуком. Увеличение зазора между поршневыми пальцами и втулкой верхней головки шатуна вызывает резкий металлический стук на всех режимах работы двигателя. Износ поршневых колец приводит к перерасходу масла, потере компрессии и снижению мощности двигателя, потере | ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
компрессии и снижению мощности двигателя. Большой износ вкладышей подшипников коренных и шатунных шеек коленчатого вала сопровождается резким снижением давления масла в системе смазки двигателя, при котором его дальнейшая эксплуатация невозможна. Поскольку около 70% износа двигателя приходится на режим пуска, характеризующийся недостатком смазочного материала в сопряжениях и доминированием граничного режима трения, для повышения долговечности деталей КШМ и двигателя в целом необходимо применение антифрикционных покрытий, сохраняющих эффективность после продолжительных простоев и обеспечивающих эффективное снижение трения при запуске двигателя в холодное время года. При эксплуатации автомобильных двигателей нередко возникают аварийные ситуации работы цилиндропоршневой группы КШМ без наличия жидкой смазки в зоне трения. Местный перегрев рабочей поверхности цилиндра вызывает разрыв масляной пленки, а неисправности системы смазки двигателя сопровождаются общим уменьшением слоя масла между рабочей поверхностью цилиндра и поршня. В этих случаях возможно заклинивание поршней в цилиндрах, причем схватывания происходят, как правило, в направляющей части поршня (юбке) и реже распространяются в область кольцевого пояса. Износ поршневых колец характеризуется уменьшением наружного диаметра и увеличением зазора в замке. Интенсивнее остальных изнашивается первое компрессионное кольцо, что обусловлено большей работой трения о стенку цилиндра и о стенку канавки поршня вследствие большего давления газов.Износ поршневых колец негативно сказывается на их уплотняющих и | ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
теплопередающих свойствах, что приводит к перегреву поршня и повреждению его рабочих поверхностей, снижению мощности двигателя, перерасходу топлива, появлению дыма в отработавших газах (при нормальном уровне масла в картере). Повышенный износ поршневых колец наблюдается в процессе приработки двигателя. Сильный износ и задиры на поверхностях коренных и шатунных шеек коленчатого вала возникают вследствие неисправностей системы смазки двигателя, недостаточного уровня или низких эксплуатационных свойств применяемого моторного масла. Задиры всегда сопровождаются увеличением зазора в подшипниках, износом рабочих поверхностей с глубокими кольцевыми рисками, местным перегревом поверхности шейки. Опасность эксплуатации коленчатого вала с задирами и износом шеек связана с перегревом и возможностью изгиба коленчатого вала, нарушением соосности шеек и возникновением биения. В результате, как правило, требуется капитальный ремонт двигателя, шлифовка шеек коленчатого вала и установка утолщенных вкладышей, а в некоторых случаях – дорогостоящая замена вала. Небольшое давление масла в системе смазки двигателя или его абсолютное отсутствие приводит к разогреву подшипников скольжения. Разрыв масляной пленки между вкладышами и шейками коленчатого вала влечет за собой приваривание вкладыша к шейке и его проворачиванию в опорах коленчатого вала (подшипники коренных шеек) или же нижней головке шатуна (подшипники шатунных шеек) с образованием глубоких задиров и катастрофического износа отверстий. Прокладки головки блока цилиндров с металлическими поверхностями обладают | ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
устойчивостью при действии высоких температур и применяются для уплотнения соединений, подверженных высокому нагреву и давлению. Однако при нагреве и охлаждении деталей КШМ в процессе работы двигателя происходят микроскопические смещения блока относительно прокладки, что обусловливает ее постепенный износ. Кроме того, при длительной работе может происходить прикипание прокладки к поверхности блока или головки блока цилиндров и ее тепловое разрушение, вследствие чего ухудшается герметизация соединения указанных деталей и затрудняется демонтаж прокладки при ремонте автомобильного двигателя. Таким образом, при повышенном износе деталей КШМ и неисправностях системы смазки эксплуатация автомобиля категорически запрещена и зачастую приводит к его заклиниванию и дорогостоящему ремонту. Антифрикционные покрытия обеспечивают снижение интенсивности изнашивания узлов трения КШМ автомобильных двигателей и уплотнительных прокладок при работе в экстремальных температурных условиях, возникающих при длительной работе двигателя под высокой нагрузкой и в случае возникновения неполадок системы смазки. Снизить износ деталей КШМ автомобильного двигателя и повысить надежность его работы в аварийных режимах возможно путем нанесения антифрикционных покрытий «Molykote2 на участки сопряжений подвижных деталей КШМ (направляющую часть рабочей поверхности поршней, поршневые кольца, шейки коленчатого вала) и рабочие поверхности уплотнительных элементов).
| ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
|
Применение антифрикционных покрытий для деталей кривошипно-шатунного механизма автомобильных двигателей
Антифрикционные покрытия (АФП) представляют собой дисперсии твердых смазочных веществ с очень малым размером частиц (дисульфид молибдена, графит и др.) в неорганических или органических связующих агентах. Твердые смазочные материалы при нанесении связываются между собой и с поверхностью детали с помощью полимерной связующей матрицы и образуют после испарения растворителя сухую пленку со смазочными защитными функциями толщиной 5-20 мкм. Типичный состав АФП включает в себя:
Твердые смазки (пигменты) обеспечивают требуемое смазывание деталей сопряжения и выбираются в зависимости от требований к несущей способности и контактным нагрузкам в узлах. При высоких нагрузках (до 1000 Н/мм2 и более) в качестве смазочного материала применяется дисульфид молибдена MoS2 и/или графит. Связующие агенты (смолы) обеспечивают адгезию твердых смазок к поверхности металлов, обеспечивают химическую стойкость образованной антифрикционной пленки и защиту от коррозии. При рабочих температурах сопряжения до 250°С используются органические связующие, а при более высоких (до 600° С) – неорганические. Присадки удаляют нежелательные, улучшают существующие либо придают покрытию новые свойства. | ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
Растворители (органические либо водные) удерживают АФП в жидкой форме до нанесения на материал, регулируют вязкость в процессе нанесения и непосредственно процесс создания антифрикционной пленки, а также улучшают смачиваемость пигментов смолами. При нанесении АФП большое внимание уделяется предварительной обработке поверхности детали, призванной обеспечить условия для хорошей адгезии твердых смазочных материалов АФП с обрабатываемой поверхностью. Хорошая адгезия обеспечивается механическим закреплением за микронеровности поверхности (увеличение шероховатости поверхности перед нанесением покрытия при этом приводит к увеличению площади контакта детали и твердых смазочных веществ). Улучшению адгезии также способствует поляризация частиц твердых смазочных материалов и образование между ними и материалом детали химических связей. Способность к пленкообразованию АФП ограничивается загрязнениями поврехности:
отвердения АФП антифрикционной пленке. Основными методами подготовки поверхности детали к нанесению АФП являются обезжиривание, пескоструйная очистка (для очистки от следов коррозии и образования | ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
равномерной шероховатости
поверхности), фосфатирование (для улучшения
коррозионной защиты, адгезии и смазывания),
травление, активирование, пассивирование,
полоскание и сушка. При этом необходимо
учитывать, что различные материалы деталей
требуют применения различных методов
предварительной обработки. В узлах трения кривошипно-шатунного механизма АФП применяются для обеспечения высоких антифрикционных свойств пар трения и обеспечивают надежную работу сопряжений в режиме граничной смазки при высоких контактных давлениях, знакопеременном движении, запусках после продолжительного простоя. Дополнительным преимуществом применяемых антифрикционных покрытий является обеспечение ими антиаварийной смазки, позволяющей избежать заклинивания двигателя при его работе в критических условиях перегрева, разрыва масляной пленк и или при отсутствии жидкого смазочного материала в зоне трения. Для защиты деталей цилиндропоршневой группы от задиров и износа при тяжелых условиях работы широко применяется антифрикционное покрытие «MolykoteD-10» Покрытие поршней обладает высокой несущей способностью, длительной устойчивостью к бензину, моторным маслам и растворителям, | ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
обеспечивает защиту от износа и коррозии. Продукт пригоден к эксплуатации в широком диапазоне рабочих температур (-70…+380° С) и является идеальным для нанесения в качестве долгосрочной пленочной смазки на поршни, используемые в бензиновых и дизельных двигателях для уменьшения износа поршней и стенок цилиндров. Антифрикционное покрытие «MolykoteD-10» поставляется в виде вязкой жидкости для нанесения способом трафаретной печати, но может наноситься также распылением, погружением и другими методами. Рекомендуемая толщина пленки составляет 10-20 мкм. В качестве антифрикционного покрытия поршневых колец и шеек коленчатого вала двигателя хорошо зарекомендовало себя отверждаемое при нагреве покрытие «MolykoteD-7409» на основе дисульфида молибдена и графита с полиамидным связующим. Этот продукт обладает высокими смазывающими свойствами, несущей способностью, износостойкостью, термостойкостью и хорошей устойчивостью к воздействию нефтепродуктов. Покрытие значительно уменьшает износ деталей и их элементов в процессе приработки, снижает уровень шума и подходит для работы в экстремально высоких рабочих температурах. При нанесении на рабочую поверхность поршневых колец дополнительно проявляется эффект герметизации. Ведущие мировые производители уплотнительных элементов наносят на металлические поверхности прокладок антифрикционное покрытие «MolykoteD-7620», что обеспечивает их высокие противоизносные свойства, улучшение герметизации сопрягаемых поверхностей за счет заполнения. впадин микронеровностей, защиту прокладок от теплового разрушения и прикипания, обеспечивая вместе с тем легкость демонтажа при ремонте двигателя. | ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
|
Опыт применения антифрикционных покрытий для деталей кривошипно-шатунного механизма автомобильных двигателей
Антифрикционные покрытия «Molykote»
для деталей кривошипно-шатунного механизма
автомобильных двигателей доказали свою
эффективность многочисленными испытаниями
и опытом эксплуатации. Объектом исследования выступал серийный одноцилиндровый поршневой дизельный двигатель ТМЗ-450Д рабочим объемом 454 см3 с серийным и опытным поршнем, юбка которого имела антифрикционное покрытие «MolykoteD-10». В результате проведенных моторных испытаний установлено, что применение поршня с покрытием «Molykote D-10» при номинальной частоте вращения коленчатого вала 3600 об/мин приводит к увеличению механического КПД двигателя на 1,5% и снижению до 6% мощности механических потерь. При этом значение удельного эффективного расхода топлива снижается на 2%. Кроме того, испытания показали, что положительный эффект от использования антифрикционного покрытия поршня возрастает при увеличении скорости вращения коленчатого вала двигателя до режимов, при которых механические потери и нагрузки на детали двигателя достигают наибольших значений. Для более детального исследования и оценки механических потерь при использовании серийного поршня и поршня с покрытием далее применялся метод снятия и сопоставления температурных полей трения цилиндра при прокрутке двигателя без сжатия, сгорания и охлаждения. Было доказано, что наиболее обусловленной трением является температура в центральном поясе | ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
цилиндра (в верхней части юбки поршня). Исследованиями установлено, что при использовании опытного поршня с покрытием «MolykoteD-10» температура трения во всем скоростном диапазоне оказалась ниже (на 9 - 10%) температуры трения серийного поршня. Уже в течение нескольких лет крупнейшее специализированное предприятие по производству полных комплектов деталей цилиндропоршневой группы ОАО «Костромской завод "Мотордеталь" успешно применяет антифрикционное покрытие поршней «MolykoteD-10» , благодаря которому:
Наряду с базовыми комплектами цилиндропоршневых групп в настоящее время «Мотордеталь» производит профессиональные (серии «Дальнобой», «Поршневая Особого Назначения» и «Грузовичок») и улучшенные комплекты (серии легковых «Специалист») для двигателей грузовых (ЯМЗ, КамАЗ, АМЗ, ММЗ, ЗИЛ) и автомобилей (ВАЗ, ЗМЗ, УМЗ), поршни которых имеют антифрикционное покрытие «MolykoteD-10». Высокая эффективность покрытия «MolykoteD-10» подтверждена дорожными испытаниями двигателей. После пробега в 1000 км с 8-цилиндрового двигателя | ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
автомобиля КамАЗ-5320 были сняты поршни, четыре из которых имели графитовое покрытие, а четыре - антифрикционное покрытие «MolykoteD-10». Поршни обеих групп успешно прошли процесс приработки и этап послеремонтной обкатки двигателя без задиров и повышенного износа. Однако графитовое покрытие на базовых поршнях полностью сработалось, а АФП «MolykoteD-10» сохранилось и продолжало выполнять свои функции на протяжении около 40000 км пробега, снижая трение, уменьшая расход топлива, предотвращая задиры и схватывание поршня при перегрузке двигателя.
Таким образом, испытаниями и опытом эксплуатации установлено очевидное уменьшение потерь на трение и снижение интенсивности изнашивания деталей кривошипно-шатунного механизма автомобильных двигателей при использовании антифрикционных покрытий «Molykote»от компании Dow Corning. Они позволяют снизить расход топлива, повысить мощность и надежность двигателя, а также существенно сократить расходы на ремонтные работы. Газораспределительный механизм дизельного двигателя ЯМЗ и карбюраторного двигателя ЗИЛ-130.
| ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
|
Механизм газораспределения дизельного двигателя
На всех дизельных двигателях применяют систему газораспределения с верхним расположением клапанов, установленных в головке цилиндров. У V-образных двигателей распределительный вал устанавливается в развале между цилиндрами. Привод его осуществляется у большинства двигателей посредством пары косозубых шестерен от коленчатого вала двигателя. У двигателя ЯМЗ-740 в привод распределительного вала включен блок из двух промежуточных шестерен, вращающийся на сдвоенном коническом роликовом подшипнике. У стального распределительного вала поверхность шеек и кулачков цементирована и подвергнута термической обработке (токами высокой частоты). Профилю кулачков придана безударная форма. Вращается распределительный вал в подшипниках, выполненных в теле блока с вставленными в них стальными втулками, залитыми антифрикционным сплавом. Корпус подшипника задней опоры (ЯМЗ-740) или упорный фланец в передней части блока (ЯМЗ-236) удерживает распределительный вал от осевого смещения. На рис. 12 показан механизм газораспределения двигателя ЯМЗ-236.
| ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
|
Рис. 3. Механизм газораспределения двигателя ЯМЗ-236 1 - шестерня привода
топливного насоса высокого
Клапаны (5) изготовлены из высоколегированной стали, обладающей высокой жаропрочностью. Конструктивно впускные и выпускные клапаны выполнены одинаково, но различаются между собой диаметром. Стержень клапана покрыт графитом, что уменьшает его износ, направляющие втулки (10) клапанов металлокерамические. Попадание масла через зазор между стержнем клапана и втулкой предотвращается установкой резиновых манжет. Клапаны закрываются под действием двойных пружин, упирающихся с одной стороны в шайбу на головке цилиндров, а с другой - в упорную тарелку, удерживаемую на стержне клапана двумя сухарями. Толкатели (9), передающие усилие от кулачков штангам/привода клапанов, могут быть различной конструкции. У двигателей ЯМЗ-740 толкатели тарельчатого типа с цилиндрической направляющей частью, изготовлены из стали и наплавлены отбеленным | ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
чугуном. Они перемещаются в направляющих, установленных в развале блока цилиндров. У двигателей ЯМЗ-236 и ЯМЭ-238 толкатели качающиеся роликовые: установлены на общей неподвижной оси. Устройство толкателя двигателя ЯМЭ-236 показано на рис. 13. В надеваемый на неподвижную ось корпус 5 толкателя запрессованы латунные втулки (6). Выступ толкателя, опирающийся на кулачок распределительного вала, имеет ролик (2), установленный на оси (4). Ось вращается в игольчатых подшипниках (3). Над роликом в толкатель запрессована пята 1 из высококачественной стали. В сферическую выемку пяты входит штанга, передающая движения коромыслу. Штанги - стальные трубчатые с запрессованными в них стальными наконечниками. Коромысла изготовлены в виде двуплечих стальных рычагов, попарно установленных на осях, закрепленных в головках цилиндров и удерживаемых от осевого перемещения пружинами фиксатора. Бронзовые втулки коромысел смазаны маслом, поступающим по сверленым каналам. Длинное плечо коромысла заканчивается носком, действующим на стержень клапана. Короткое плечо коромысла опирается на штангу. Тепловой зазор между носком коромысла и стержнем клапана устанавливается при помощи регулировочного винта с контргайкой. Величина зазора 0,25 - 0,30 мм. Фазы газораспределения. Для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью и очистки их от отработавших газов открытие и закрытие клапанов не совпадают с приходом поршня в в.м.т. и н.м.т.
| ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
|
Рис. 4. Устройство роликового толкателя двигателя ЯМЭ-236: 1 — пята; 2 — ролик; 3 — игольчатый подшипник; 4 — ось; 5 — корпус толкателя; 6 — латунная втулка
Рис. 5. Диаграмма фаз газораспределения дизельного двигателя ЯМЗ-740 В результате закрытия выпускного клапана с запаздыванием и открытия впускного клапана с опережением по отношению к в.м.т. оба клапана некоторый период открыты одновременно. Большая скорость происходящих процессов, даже при относительно небольшой частоте вращения вала двигателя, исключает смешивание потоков отработавших газов и чистого | ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||
воздуха. Отработавшие газы продолжают выходить через выпускной клапан, а поступающий воздух способствует лучшей очистке от них полости камеры сгорания в днище поршня. Отсасывание небольшого количества чистого воздуха в выпускной трубопровод обеспечивает продувку верхней части цилиндра, что не отражается на его наполнении свежим зарядом, а приводит к лучшей очистке от отработавших газов. Диаграмма фаз газораспределения двигателя ЯМЗ-740 показана на рис. 14. Открытие впускного клапана происходит за 10° до в.м.т., а закрытие - при 46° после н.м.т. Выпускной клапан открывается за 66° до н.м.т. и закрывается при 10° после в.м.т . Распределительные вал отливают из специального чугуна или отковывают из стали. Устанавливают его в отверстия стенок и ребрах картера. Для этой цели на валу имеются цилиндрические шлифованные опорные шейки. Для уменьшения трения между шейками вала и опорами в отверстия запрессовывают втулки, внутренняя поверхность которых покрыта антифрикционным слоем. На валу, помимо опорных шеек, имеются кулачки — по два на каждый цилиндр, шестерня для привода масляного насоса и прерывателя-распределителя и эксцентрик для привода топливного насоса. От переднего торца распределительных валов двигателя ЗИЛ-130 приводится в действие датчик пневмоцентробежного ограничителя частоты вращения | ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата | ||