Кривошипно-шатунный механизм (стр. 3 из 4)

У работающего двигателя поршень из алюминиевого сплава расширяется больше, чем стальной палец, поэтому возможен его стук в бобышках поршня. Для устранения этого явления поршень перед сборкой с шатуном нагревают до 70-80° С, а затем в поршень и шатун вставляют палец. Когда поршень остынет, палец в бобышках окажется закрепленным неподвижно, а верхняя головка шатуна будет иметь угловое смещение относительно неподвижного пальца. При работе двигателя поршень нагревается и палец получает возможность повертываться вокруг своей оси. Применяют пальцы, запрессованные в верхние головки шатунов (двигатели автомобилей "Жигули"), Такие пальцы могут повертываться только в бобышках поршня.

ШАТУНЫ

Поршень с коленчатым валом соединяет шатун. Он превращает возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Основными частями шатуна (Рис.6) являются верхняя головка 7 с запрессованной в нее бронзовой втулкой 5, стержень и нижняя головка 9 с крышкой 10. Шатун испытывает большие нагрузки, меняющиеся по величине и направлению. Он подвергается сжатию, изгибу и растяжению. Чтобы выдержать такие нагрузки, шатун должен быть прочным, жестким и легким для уменьшения сил инерции. Шатун штампуют из стали и подвергают термообработке (закалке и отпуску); его стержень имеет двутавровое сечение для увеличения прочности.

Шатун совершает сложное движение: верхняя головка вместе с поршнем движется возвратно-поступательно, повертываясь на некоторый угол относительно пальца или вместе с пальцем относительно бобышек поршня; нижняя головка вращается вместе с шатунной шейкой коленчатого вала; стержень шатуна совершает колебательное движение. В большинстве случаев нижнюю головку делают разъемной в плоскости перпендикулярной оси шатуна. Иногда плоскость разъема располагают под углом к оси шатуна (дизель ЯМЗ-236, см. рис.27, а). Необходимость в разъеме нижней головки шатуна под углом возникает тогда, когда шатунные шейки коленчатого вала имеют большой диаметр.

Рис.6. Шатун и шатунные вкладыши:

а - шатун двигателя автомобиля ГАЗ-53А; б - шатунные вкладыши; 1 - гайка; 2 - болт; 3 и 14 - отверстия для масла; 4 - стержень шатуна; 5 - бронзовая втулка; 6 - отверстие для подачи масла к поршневому пальцу; 7 - верхняя головка шатуна; 8 - номер шатуна; 9 - нижняя головка шатуна; 10 - крышка нижней головки шатуна; 11 - стопорная шайба; 12 - метка; 13 - усик; 15 - верхний вкладыш; 16 - нижний вкладыш

В этом случае нижняя головка шатуна получается значительных размеров, что затрудняет или делает невозможным монтаж и демонтаж поршня вместе с шатуном через цилиндр.

Крышку 10 (Рис.6) нижней головки шатуна крепят к нему двумя болтами, изготовленными из высококачественной стали. Гайки болтов шатуна затягивают динамометрическим ключом и тщательно шплинтуют или стопорят специальными стопорными шайбами. Нижнюю головку шатуна и крышку растачивают вместе для получения отверстия правильной цилиндрической формы. Поэтому крышку нельзя перевертывать или переставлять на другие шатуны. На шатунах и крышках с одной стороны ставят необходимые для этого метки 12. В нижние головки шатунов устанавливают подшипники скольжения, состоящие из двух вкладышей - верхнего 15 и нижнего 16. Взаимозаменяемые тонкостенные вкладыши изготовлены из стальной ленты (толщиной 1,3-1,8 мм для карбюраторных двигателей и 2-3,6 мм для дизелей), залитой антифрикционным сплавом (толщина слоя соответственно 0,25-0,40 мм и 0,3-0,7 мм) на алюминиевой основе с 25-30% олова. Применение сталеалюминевых вкладышей с тонким антифрикционным слоем обеспечивает надежную работу подшипника при малом зазоре между шейкой вала и вкладышами. На дизеле автомобиля КамАЗ-5320 применяют трехслойные взаимозаменяемые шатунные вкладыши, залитые тонким слоем свинцовистой бронзы.

От осевого смещения и провертывания шатунные подшипники удерживаются в своих гнездах усиками 13, входящими в пазы, которые расположены на одной стороне шатуна. Обычно нижнюю головку шатуна делают симметричной относительно оси стержня. Нижняя головка шатуна (двигателя автомобиля ГАЗ-53А) несколько несимметрична относительно оси стержня, что сделано для обеспечения упора двух шатунов в галтели шатунной шейки

коленчатого вала. Нагрузка на опорные поверхности шатунных подшипников распределяется равномерно, так как они расположены симметрично относительно оси стержня. На нижней головке шатуна есть небольшое отверстие 3 (двигатели автомобилей ГАЗ-24 "Волга", ГАЗ-53А, ЗИЛ-130) для подачи масла на стенки цилиндра или на распределительный вал.

КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ И МАХОВИК

Силы от шатуне соединенных с поршнями, воспринимает коленчатый вал, который испытывает большие нагрузки и подвергается скручиванию, изгибу и истиранию. Крутящий момент, развиваемый на коленчатом валу, передается на трансмиссию автомобиля, а также используется для привода в действие различных механизмов и деталей двигателя.

Коленчатый вал (рис.7, а) имеет следующие части: коренные 7 и шатунные 3 шейки, щеки 8, противовесы 4, передний конец 1 и задний конец (хвостовик) с маслоотражателем 5, маслосгонной резьбой и фланцем 6 для крепления маховика. Шатунные шейки служат для соединения коленчатого вала с шатунами. Коренные шейки вала входят в подшипники, установленные в блоке цилиндров. Щеки соединяют коренные и шатунные шейки вала, образуя колена или кривошипы. Противовесы, расположенные на коленчатом валу, разгружают коренные подшипники от сил инерции и создаваемых ими моментов.

Форма коленчатого вала зависит от числа и расположения цилиндров, порядка работы и тактности двигателя. Коленчатый вал изготовляют горячей штамповкой из легированной стали (двигатели автомобилей ЗИЛ-130, МАЗ-5335, КамАЗ-5320 и др.) или отливают из высокопрочного чугуна (двигатели автомобилей

Рис.7. Коленчатые валы:

а - двигателя автомобиля ЗИЛ-130; б - дизеля ЯМЗ-236; в - дизеля автомобиля КамАЗ-5320; А - величина перекрытия шеек; 1 - передний конец вала; 2 - грязеуловительная полость в шатунной шейке; 3 - шатунная шейка; 4 - противовесы; 5 и 15 - маслоотражатели; 6 - фланец для крепления маховика; 7 - коренная шейка; 8 - щека; 9 - гайка; 10 - передние съемные противовесы; 11 - распределительная шестерня; 12 - шестерня привода масляного насоса; 13 - винт; 14 - съемный противовес; 16 - установочные штифты; 17 – шпонка.

ГАЗ-24 "Волга", ГАЗ-53А, "Жигули" и др.) вместе с противовесами или без них. Шатунные шейки коленчатого вала располагают так, чтобы одноименные такты (например, такты расширения) в разных цилиндрах двигателя происходили через равные промежутки (по углу поворота), а силы инерции, возникающие в цилиндрах, взаимно уравновешивались. Если расположение колен коленчатого вала не обеспечивает взаимного уравновешивания сил инерции и создаваемых ими моментов, то на таких коленчатых валах устанавливают противовесы или оборудуют двигатели специальными уравновешивающими механизмами.

Для повышения износостойкости и долговечности шатунных и коренных шеек их закаливают токами высокой частоты (т. в. ч), после чего шлифуют и полируют. Переход от шеек к щекам, называемый галтелью, делают плавным, чтобы избежать концентрации напряжений и возможных поломок коленчатого вала. Для повышения жесткости и надежности коленчатых валов применяют перекрытие шеек, характеризуемое величиной А (рис.7, б). Размеры шеек коленчатых валов следующие: у двигателя автомобиля ГАЗ-53А диаметр шатунной шейки равен 60 мм, а коренной 70 мм; у двигателя автомобиля КамАЗ-5320 диаметр шатунной шейки равен 80 мм, а коренной 95 мм.

Коленчатый вал дизеля ЯМЗ-236 (рис.7, б) имеет три шатунные шейки 3, расположенные под углом 120°, и четыре коренные шейки 7. На коленчатом валу установлено семь противовесов, а восьмой отлит в виде прилива вместе с маховиком. Установка на коленчатом валу, кроме основных противовесов, двух выносных улучшает уравновешивание моментов сил инерции, возникающих при работе двигателя, так как чередование одноименных тактов при порядке работы 1-4-2-5-3-6 происходит неравномерно. Коленчатые валы дизелей ЯМЗ-236 и дизелей автомобилей КамАЗ не имеют фланцев для крепления маховиков. Коленчатые валы большинства двигателей имеют грязеуловительные полости 2 в шатунных шейках для дополнительной центробежной очистки масла.

В качестве коренных подшипников для коленчатого вала применяют тонкостенные вкладыши, изготовленные из сталеалюминевой ленты. У коренных вкладышей толщина стенки весьма мала (1,9-2,8 мм для карбюраторных двигателей и 3-6 мм для дизелей), поэтому после их установки на место форма внутреннего отверстия подшипника зависит только от точности расточки гнезда. На карбюраторных двигателях (автомобилей ГАЗ-24 "Волга", ГАЗ-53А и ЗИЛ-130) не применяют коренные трехслойные вкладыши (стальная лента, медно-никелевый подслой и слой антифрикционного сплава) из-за низкого предела выносливости применявшегося антифрикционного слоя. Здесь используют только двухслойные вкладыши, хорошо/ работающие в двигателях с большой угловой скоростью коленчатого вала и значительными нагрузками.

Широкое использование высокооловянистых сталеалюминевых вкладышей вызвано тем, что они обладают повышенной усталостной прочностью, хорошими противозадирными свойствами и коррозионной стойкостью, что повышает надежность двигателя. Вкладыши коренных подшипников дизеля автомобиля КамАЗ-5320 трехслойные, с рабочим слоем из свинцовистой бронзы. Вкладыши коренных подшипников дизеля ЯМЗ-236 и дизеля автомобиля КамАЗ-5320 невзаимозаменяемые, а двигателей автомобилей ГАЗ 24 "Волга" и ЗИЛ-130 соответственно взаимозаменяемы.