Кривошипно-шатунный механизм двигателя

Лабораторная  работа № 1

Кривошипно-шатунный механизм двигателя

Цель работы: Изучить устройство,принцип действия, конструкцию кривошипно-шатунного механизма (КШМ) двигателя.

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение (например, во вращательное движение коленчатого вала в двигателях внутреннего сгорания), и наоборот. Детали КШМ делят на две группы, это подвижные и неподвижные детали:

• подвижные: поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец, шатун, коленчатый вал с подшипниками или кривошип,маховик.
• неподвижные: блок цилиндров (является базовой деталью двигателя внутреннего сгорания) и представляет собой общую отливку с картером, головка цилиндров, картер маховика и сцепления, нижний картер (поддон), гильзы цилиндров, крышки блока, крепежные детали, прокладки крышек блока, кронштейны, полукольца коленчатого вала.

Различают следующие компоновочные схемы расположения цилиндров в двигателе:

• рядная (оси цилиндров расположены в одной плоскости);
• V–образная (оси цилиндров расположены в двух плоскостях);
• оппозитная (оси цилиндров расположены в двух плоскостях под углом 180°);
• VR (оси цилиндров расположены в двух плоскостях под малым углом);
• W–образная (две VR схемы, расположенных V-образно со смещением на одном коленчатом валу).

Компоновочная схема определяет уровень балансировки двигателя. Наилучшую  балансировку имеет двигатель с оппозитным расположением цилиндров. Достаточно сбалансирован рядный четырехцилиндровый двигатель. V-образный двигатель имеет наилучшую балансировку при значении угла между цилиндрами 60° и 120°.

 

Поршень воспринимает давление газов при рабочем такте и передает его через поршневой палец и шатун на коленчатый вал. Поршень представляет собой перевернутый цилиндрический стакан, отлитый из алюминиевого сплава( рис.1).В верхней части поршня расположена головка с канавками, в которые вставлены поршневые кольца. Ниже выполнена юбка, направляющая движения поршня. В юбке поршня имеются отверстия  - бобышки,  для поршневого пальца. Чтобы поршень не заклинивался при прогретом двигатели, головку поршня выполняют меньшего диаметра, чем юбку, а саму юбку в поперечном сечении изготавливают не цилиндрической формы, а в виде эллипса. На юбке поршня может разрез. Благодаря овальной форме и разрезу юбки предотвращается заклинивание поршня при работе прогретого поршня.

Поршневые кольца,   применяемые в двигателях, подразделяются на компрессионные и маслосъемные. Компрессионные кольца уплотняют зазор между поршнем и цилиндром и служит для уменьшения прорыва  газов из цилиндров в картер, а маслосъемные снимают излишки масла с зеркала цилиндров и не допускают проникновения масла в камеру сгорания. Кольца, изготовленные из чугуна или стали, имеют разрез (замок) (рис.1). При установки поршня в цилиндр поршневое кольцо предварительно сжимают, в результате чего обеспечивается его плотное прилегание к зеркалу цилиндра при разжатии. Количество колец, устанавливаемых на поршнях изучаемых двигателей, неодинаковое. На поршнях двигателей ЗИЛ-130 три компрессионных кольца, два верхних хромированы по поверхности, соприкасающейся с гильзой. Рабочая поверхность нижнего компрессионного кольца двигателя КамАЗ-740 покрыта молибденом. Маслосъемных колец в изучаемых двигателях по одному. Маслосъемное кольцо собрано из  четырех отдельных элементов - двух тонких стальных разрезных колец и двух гофрированных стальных расширительных( осевого и радиального).

Поршневой палец служит для шарнирного соединения поршня с шатуном. Наружную поверхность пальца, изготавливаемого из высококачественной стали, цементируют или закаливают, а затем шлифуют и полируют.  
 
В зависимости от способа крепления различают поршневые пальцы трёх типов: закреплённые в бобышках поршня, закреплённые в верхней головке шатуна (ВАЗ) и плавающие. Плавающие пальцы, которые при работающем двигателе свободно вращаются как в бобышках поршня, так и во втулке верхней головки шатуна. В осевом направлении плавающие пальцы фиксируются стопорными кольцами.

Шатун служит для соединения коленчатого вала с поршнем. Через шатун   давление на поршень при рабочем ходе передается на коленчатый вал. При вспомогательных тактах (впуск, сжатие и выпуск) через шатун поршень производится в действие от коленчатого вала. Шатун состоит из стального стержня двутаврового сечения, верхней неразъемной и нижней разъемной головок. В верхней установлен поршневой палец, а нижняя закреплена на шатунной шейки коленчатого вала. Для уменьшения трения в верхнюю головку шатуна запрессована бронзовая или биметаллическая с бронзовым слоем втулка, а в нижнюю состоящую из двух частей, установлены тонкостенные вкладыши, представляющие собой стальную ленту, внутренняя поверхность которой покрыта тонким слоем артифрикционного сплава. В изучаемых двигателях на одной шатунной шейки коленчатого вала закреплено по два шатуна. Для правильной их сборке с поршнями  нужно помнить, что шатуны правого ряда цилиндров собраны с поршнями так, что номер на шатуне обращен назад по ходу автомобиля, а левого ряда – вперед, т. е. совпадает с надписью на поршне.   

Конструкция коленчатого вала. Конструктивно коленчатый вал объединяет несколько коренных и шатунных шеек, соединенных между собой щеками. Коренных шеек, как правило, на одну больше, а вал с такой компоновкой называется полноопорным. Коренные шейки имеют больший диаметр, чем шатунные шейки. Продолжением щеки в противоположном от шатунной шейки направлении является противовес. Противовесы уравновешивают вес шатунов и поршней, тем самым обеспечивают плавную работу двигателя.

Шатунная шейка, расположенная  между двумя щеками, называется коленом. Колена располагаются в зависимости от числа, расположения и порядка работы цилиндров, тактности двигателя. Положение колен должно обеспечивать уравновешенность двигателя, равномерность воспламенения, минимальные крутильные колебания и изгибающие моменты.

Шатунная шейка служит опорной  поверхностью для конкретного шатуна. Коленчатый вал V-образного двигателя выполняется с удлинёнными шатунными шейками, на которых базируется два шатуна левого и правого рядов цилиндров. На некоторых валах V-образных двигателей спаренные шатунные шейки сдвинуты относительно друг друга на угол 18°, что обеспечивает равномерность воспламенения

Наиболее нагруженным в конструкции  коленчатого вала является место  перехода от шейки (коренной, шатунной) к щеке. Для снижения концентрации напряжений переход от шейки к щеке выполняется с радиусом закругления (галтелью). Галтели в совокупности увеличивают длину коленчатого вала, для уменьшения длины их выполняют с углублением в щеку или шейку.

Вращение коленчатого вала в  опорах, а шатунов в шатунных шейках обеспечивается подшипниками скольжения. В качестве подшипников применяются  разъемные тонкостенные вкладыши, которые изготавливаются из стальной ленты с нанесенным антифрикционным слоем. Проворачиванию вкладышей вокруг шейки препятствует выступ, которым они фиксируются в опоре. Для предотвращения осевых перемещений коленчатого вала используется упорный подшипник скольжения, который устанавливается на средней или крайней коренной шейке.

 

 

 

 Кривошипно-шатунный механизм двигателя Камаз 740

 

Двигатель ВАЗ 2112

 

 

Двигатель ВАЗ 2112 (продольный разрез): 
1 - шкив привода генератора (демпфер); 2 - масляный насос; 3 - зубчатый шкив насоса охлаждающей жидкости; 4 - ремень привода механизма газораспределения; 5 - натяжной ролик; 6 - передняя крышка привода механизма газораспределения; 7 - поршневой палец; 8 - зубчатый шкив распределительного вала; 9 - сальник распределительного вала; 10 - задняя крышка привода распределительного вала;11 - крышка головки блока цилиндров; 12 – выпускной распределительный вал; 13 - крышка подшипника распределительного вала; 14 - ресивер; 15 - направляющая труба; 16 - крышка маслозаливной горловины; 17- гидротолкатель; 18 - пружина клапана; 19- клапан; 20 - отводящий патрубок рубашки охлаждения; 21 - головка цилиндров; 22 - блок цилиндров; 23 - поршень; 24 - маховик; 25 - шатун; 26 - держатель заднего пальника коленчатого вала; 27 - коленчатый вал; 28 - задний сальник коленчатого вала; 29 - крышка коренного подшипника; 30 - крышка шатуна; 31 - поддон картера; 32 - приемник масляного насоса; 33 - передний сальник коленчатого вала; 34 - зубчатый шкив коленчатого вала; 35 - пробка сливного отверстия поддона картера; 36 - масляный фильтр; 37 - насос охлаждающей жидкости; 38 - выпускной коллектор; 39 - выпускной клапан; 40 - впускной распределительный вал; 41 - форсунка; 42 - впускной коллектор; 43 - направляющая втулка клапана: 44 - впускной клапан. 

 

 

 

 

 

Таблица 1 – Технические  параметры двигателя

№	Показатели	Марки двигателей
		КАМАЗ 740	ЯМЗ 238	ВАЗ 11113	ВАЗ 2112
1	Тип двигателя	четырехтактный с воспламенением от сжатия	Четырехтактный, с воспламенением от сжатия	Четырехтактный, бензиновый, карбюраторный	инжекторный бензиновый, четырехтактный
2	Число цилиндров	8	8	2	4
3	Диаметр цилиндров,мм	120	130	82	82
4	Ход поршня,мм	120	140	71	72
5	Рабочий объем цилиндров,(л)	10,85	14,86	0,75	1,5
6	Степень сжатия	17	16,5	9,6	10,5
7	Число оборотов в минуту при max мощности	1600...1800	Не более 1500	5600	3700-3900
8	Максимальная мощьность,л.с./кВт	220	240	35	89
9	Максимальный крутящий момент,Н∙м	650	900	52,3	128,5
10	Порядок работы двигателя	1-5-4-2-6-3-7-8	1-5- 4-2-6-3-7-8	1-2	1-3-4-2

 

Вывод: Изучил устройство,принцип действия, конструкцию кривошипно-шатунного механизма (КШМ) двигателя. Сравнил технические параметры двигателей на примере КАМАЗ 740, ЯМЗ 238, ВАЗ 11113, ВАЗ 2112