Лекции по "Транспорту"

Материалы. Материал поршня должен обладать: высокой механической прочностью и устойчивостью при работе в условиях высоких температур; высокими антифрикционными свойствами; отличной теплопроводностью; низким коэффициентом линейного расширения; коррозионной стойкостью. Наиболее подходящими металлами для удовлетворения сложным условиям работы являются алюминиевые сплавы АК-4, АЛ-4, -25, -30 и др.

К недостаткам поршней из алюминиевых сплавов можно отнести большой коэффициент линейного расширения и ухудшение механических качеств с увеличением температуры. Для устранения этих недостатков поршни подвергаются термической обработке — искусственному старению.

Поршневые кольца. В кольцевых канавках головок поршней устанавливаются поршневые кольца. На большинстве двигателей ставят два компрессионных и одно маслосъемное кольцо.

 

18

Компрессионные кольца служат для уплотнения поршня в цилиндре при его возвратно-поступательном движении, отвода теплоты от головки поршня к цилиндрам и предотвращения прорыва газов из камер сгорания в картер двигателя. Для компенсации теплового расширения при нагреве колец во время рабочего хода в замке должен оставаться зазор в пределах 0,20... 0,80 мм. При установке колец в канавки поршня замки должны располагаться под углом 180°. Высота компрессионных колец меньше высоты канавок в головке поршня на 0,04...0,09 мм.

Материалы. Кольца изготавливаются из чугуна или стали путем копирного растачивания для придания им необходимой формы. В свободном состоянии наружный диаметр колец больше, чем внутренний диаметр цилиндра, поэтому вставляемое в цилиндр кольцо плотно прижимается к нему. Стык концов кольца называется замком.

Для увеличения срока службы верхнее поршневое кольцо хромируется. Толщина хрома на рабочей поверхности кольца составляет 0,10...0,15 мм, при этом наружный слой хрома толщиной 0,03...0,06 мм — пористый. Хромирование верхнего компрессионного кольца улучшает условия смазывания и увеличивает срок службы.

На нижние компрессионные кольца методом электролитического осаждения наносится слой олова толщиной 0,01 ...0,1 мм, что обеспечивает быструю приработку к цилиндру и повышает срок службы колец и цилиндра. В настоящее время от пористого хромирования переходят к напылению молибдена на наружную поверхность.             

Маслосъемные кольца. Проникновению масла в камеры сгорания способствует насосное действие компрессионных колец. Когда поршень движется oт ВМТ к НМТ, кольца под действием трения о зеркало цилиндров и сил инерции прижаты к верхним стенкам кольцевых канавок, и зазоры под ними, а также в глубине канавок заполняются маслом. Когда поршень доходит до НМТ и начинает движение вверх, кольца прижимаются к нижним стенкам кольцевых канавок и выдавливают масло через радиальный зазор в пространство над кольцами.

Материалы. Чугунные маслосъемные кольца имеют по наружной окружности кольцевую проточку, уменьшающую опорную поверхность кольца, вследствие чего увеличивается удельное давление. Дно канавок по всей окружности имеет прорези.

Стальные маслосъемные кольца могут быть четырёх- или трехэлементными. Четырехэлементное маслосъемное кольцо состоит из двух стальных кольцевых дисков 14, осевого расширителя 16 и радиального расширителя 15.

Трехэлементное маслосъемное кольцо состоит из двух стальных кольцевых дисков и одного стального двух функционального расширителя. Стальные кольцевые диски покрыты хромом на тол-шину 0,080...0,130 мм. Поршневые пальцы. Они предназначены для шарнирного соединения поршня с шатуном и должны быть прочными, так как воспринимают при рабочем ходе значительные нагрузки, изменяющиеся по величине и направлению.

Конструкция. Поршневой палец 9 (см. рис.5) представляет собой короткую стальную трубку, которая проходит через верхнюю головку шатуна и концами опирается на бобышки поршня 3 (см. рис. 6). На большинстве современных двигателей применяются плавающие пальцы.

Материалы. Пальцы из малоуглеродистой стали подвергают поверхностной цементации на глубину 1…1,5 мм и поверхностной закалке токами высокой частоты, а ятем отпуску до определенной твердости. Пальцы из углеродистой стали подвергают закалке на глубину 1...1,5 мм. Для уменьшения трения наружная поверхность пальцев полируется.

19

 

3. Назначение, конструкция и материал шатунов.

 

Конструкция. Шатун передает усилия через палец на поршень и с поршня на коленчатый вал двигателя при рабочем ходе. Он преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Основными частями шатуна являются стержень 4, верхняя головка 7 и нижняя головка с крышкой 10 (рис. 7). Стержень шатуна воспринимает большие нагрузки, изменяющиеся по величине и направлению, подвигается сжатию, изгибу и растяжению. Стержень шатуна имеет постепенно увеличивающееся сечение, плавно переходящее в нижнюю головку.

Для уменьшения трения в верхнюю головку шатуна запрессовывается втулка, выполняющая роль подшипника скольжения.

Для смазывания поршневых пальцев в верхних головках и во втулках имеются специальные отверстия 6 (см. рис. 7).

Материалы. На двигателях автомобилей ЗИЛ-433100, ВАЗ-2110, -2111, -2112 применяют сталебронзовые втулки, а на двигателях автомобилей «ГАЗель» — втулки из оловянистой бронзы.

Шатуны штампуют из высококачественной углеродистой или легированной стали, и после штамповки подвергают механической и термической обработке (закалке и отпуску).

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Для чего предназначены и  как устроены коленчатые валы? Из каких 
материалов и как они изготавливаются? В чем преимущества и недостатки этих материалов?

2. Для чего предназначены  и как устроены шатуны и  их подшипник?

3. Для чего предназначены  и как устроены поршни?

4.  Объясните назначение, устройство и работу поршневых колец.

5. Расскажите о назначении, устройстве и работе поршневых пальцев.

6. Каким образом удерживаются  коленчатые валы различных моделей  двигателей от осевого смещения?

7. Объясните назначение  и устройство коренных подшипников  коленчатого вала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

Рис. 5. Детали шатунной группы и коленчатого вала:

1—носок коленчатого  вала; 2—шкив; 3—храповик; 4—распорно-упорная шайба; 5—биметаллические упорные шайбы переднего коренного подшипника; 6—вкладыш коренного подшипника; 7—вкладыш шатунного подшипника; 8— стопорное кольцо; 9—поршневой палец; 10—втулка; 11—отверстие для смазки поршневого пальца; 12—верхняя головка шатуна; 13—шатун; 14—болт крышки шатуна; 15—бобышка шатуна; 16—нижняя головка шатуна; 17—крышка шатуна; 18—шатунная шейка; 19—противовес щеки; 20—коренная шейка; 21—поршень; 22—дренажные канавки для слива масла; 23—маслосбрасывающий гребень задней коренной шейки; 24—маслоотгонные спиральные витки; 25 - сальник заднего коренного подшипника; 26—маховик; 27—зубчатый венец; 28—деревянный боковой уплотнитель; 29—резиновая уплотнительная прокладка; 30—крышка заднего коренного подшипника; 31—канал для смазки шатунного подшипника; 32—центробежная ловушка для очистки масла; 33—пробка ловушки; 34—щека; 35—крышка среднего коренного подшипника; 36—вкладыш; 37—медно-никелевый подслой; 38—антифрикционный сплав СОС 6-6; 39—крышка переднего коренного подшипника; 40—шестерня.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

 

Рис. 6. Поршень и поршневые кольца: а — поршень; б — поршневые кольца; в — установка поршневых колец;  1 — поршень; 2 — канавка для стопорного кольца поршневого пальца; 3 — бобышка для установки поршневого пальца; 4 — канавка для установки маслосъемного кольца; 5— дренажные каналы в теле поршня; 6— канавки для установки компрессионных колец; 7— установочная лыска на днище поршня; 8 — ребро жесткости бобышки; 9 — обозначение размерной группы поршня; 10 — днище поршня; 11 — чугунная вставка под верхнее компрессионное кольцо; 12 — температурные прорези в боковой стенке поршня; 13 — направляющая часть боковой стенки (юбка) поршня; 14 — кольцевой диск маслосъемного кольца; 15 — радиальный расширитель маслосъемного кольца;  16 — осевой расширитель маслосъемного кольца; 17— нижнее компрессионное кольцо; 18— верхние хромированные компрессионные кольца; 19 — уплотняющая часть боковой стенки поршня, образующая с его днищем головку.

 

Рис. 7. Шатун: 1—гайка; 2—болт; 3, 14—отверстия для масла; 4—стержень шатуна; 5—бронзовая втулка; 6—отверстия для прохода масла;  7—верхняя головка шатуна; 8—номер нижней головки; 9—нижняя головка шатуна; 10—крышка нижней головки;  11—стопорная шайба; 12—метка; 13—вкладыши; 15—усик; 16—паз в головке шатуна.

 

 

22

Лекция 5

Тема: КОНСТРУКЦИЯ МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ.

1. Типы газораспределительных  механизмов

2. Назначение, конструкция  и материалы распределительных валов и толкателей

3. Назначение, конструкция и материалы клапанов

4. Назначение, конструкция и работа механизма вращения клапанов

5. Фазы газораспределения

1. Типы газораспределительных механизмов

Газораспределительный механизм (ГРМ) служит для своевременного впуска в цилиндр горючей смеси (у карбюраторных ДВС) или воздуха (у дизелей) и для выпуска отработавших газов. При тактах сжатия и рабочего хода ГРМ надежно изолирует камеры сгорания от окружающей среды.

ГРМ могут иметь нижнее или верхнее расположение клапанов.

ГРМ с нижним расположением клапанов и распределительного вала (рис. 1, а). Встречаются редко (двигатели автомобилей ЗИЛ-157КД и ГАЗ-52-04).

ГРМ с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала (рис. 1, б). Такие механизмы имеют более сложное устройство, и применяются на двигателях ЗИЛ, «Волга», ГАЗ. У этих ДВС распред. вал 10 расположен в блоке цилиндров 19. На кулачки вала опираются толкатели 9, которые при помощи штанг 18 через регулировочные винты 16 передают усилие на коромысло 15, а с него на стержень клапана 2. Седло клапана 1 запрессовано в головку блока цилиндров. При таком механизме улучшается наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом, а также очистка цилиндров от отработавших газов.

ГРМ с верхним расположением клапанов и распределительного вала (рис. 1, в). Он проще по устройству. Коромысла 15 устанавливаются на осях коромысел 17 и одним концом опираются на кулачки распред. вала 10. В другой конец ввернут регулировочный винт 16, который и передает усилия на стержень клапана 2. Недостатком этого механизма является более сложное устройство привода распределительного вала.

 

2. Назначение, конструкция и материалы распредвалов и толкателей

Распред. вал предназначен для своевременного открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов. От осевого перемещения распред. валы двигателей КамАЗ, ЗИЛ, ГАЗ, «Волга» удерживаются упорным фланцем 5 и распорной втулкой 6. Распред. валы двигателей ВАЗ удерживаются от осевого перемещения фланцем, устанавливаемым между головкой цилиндров (с корпусом подшипников) и корпусом вспомогательных агрегатов. У двигателя ЗИЛ-5301 и его модификаций распред. вал удерживается от осевого перемещения передней втулкой опорной шейки (со стороны вентилятора), имеющей специальный упорный бурт. Эта втулка изготовлена из алюминиевого сплава.

Материалы. Изготавливают распред. валы методом штамповки из стали (ЗИЛ и КамАЗ) или отливают из чугуна (ЗМЗ, ВАЗ, «ГАЗель»). У стальных распред. валов поверхности кулачков и опорных шеек упрочнены закалкой токами высокой частоты. Усилия от кулачков распред. вала к клапану или штанге передают толкатели. Они же воспринимают и боковые усилия, возникающие при вращении кулачков распред. вала.

Двигателей с верхним расположением клапанов и нижним расположением распред. валов (см. рис. 1, б) толкатели выполнены в виде пустотелого поршня, внутрь которого входит штанга. В толкателе имеет отверстие, через которое вытекающее масло смазывает направляющие втулки и кулачки распред. вала.

 

23

Рычажные подвесные толкатели применяют на дизелей. В приливах толкателя установлена ось ролика, на которой в игольчатом подшипнике вращается ролик 2. (рис. 4). При верхнем расположении клапанов и распределительного вала (двигатели автомобилей ВАЗ) толкатели 3 имеют форму стакана, в перевернутом виде надетого на клапан 2 (рис. 5). В наружном днище толкателя выполнено кольцевое углубление для укладки регулировочных шайб 6, подборой толщины которых регулируется тепловой зазор А между толкателем и кулачком распределительного вала 5.

На двигателях ЗМЗ-4061 и -4063 автомобилей «ГАЗель» и на двигателях ВАЗ-2112 применены гидротолкатели. Гидротолкатели стальные, выполнены в виде цилиндрического стакана с плунжерной парой и шариковым обратным клапаном. Гидро. толкатели исключают необходимость регулировки зазора между толкателями и клапанами.

3. Назначение, конструкция и материалы клапанов

Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные каналы. Клапаны должны надежно изолировать цилиндр и оказывать минимальное сопротивление движению газов.

Конструкция. Клапан состоит из головки и стержня, на конце которого имеются кольцевые проточки. Клапанный узел состоит из самого клапана 1 (рис.6), направляющей втулки 2, стопорного кольца   3, маслоотражательного колпачка 4, опорной шайбы пружины 5, внутренней 6 и наружной пружины 7, тарелки пружин 8, двух сухарей 9, толкателя 11и регулировочной шайбы 10.

Для повышения надежности и герметичности сопряжения клапан — седло на головке клапан есть фаска, которую шлифуют, а затем притирают по месту специальными пастами. Контактный поясок на фаске должен иметь ширину не менее 0,5мм. Повышение надежности сопряжения достигается наплавкой на фаску специального износостойкого сплава. У выпускных клапанов двигателей автомобилей «ГАЗель» на фаску наплавляет хромоникелевый сплав. У двигателя автомобиля ЗИЛ-433100 на оба клапана наплавляется сплав ЭП-616-Б.