Схема кривошипно шатунный механизм


Швейная машина

Все швейные машины делятся на специальные и универсальные. Специальные машины выполняют только одну определенную технологическую операцию: выполнение петель, пришив пуговиц и т. д. На универсальных машинах можно выполнять швы различных видов, строчки разной длины и направления, используя специальные приспособления можно выполнять петли и т. д.

Рабочие органы швейной машины

Рабочими органами швейной машины являются: игла, двигатель ткани, лапка, нитепритягиватель, челнок.

Работу каждого рабочего органа швейной машины обеспечивает соответствующий механизм. Образование строчки обеспечивается слаженной работой всех механизмов. В их основе лежат механизмы преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. Такими механизмами преобразования являются: кривошипно-шатунный, эксцентриковый, кулачковый.

Механизм иглы

Наиболее распространенным преобразователем вращательного движения махового колеса и главного вала в возвратно-поступательное движение иглы и наоборот является кривошипно-шатунный механизм, который используется в механизме иглы.

Общая схема кривошипно-шатунного механизма

1 — кривошип, 2 — главный вал, 3 — палец кривошипа,4 — шатун, 5 — ползун, 6 — направляющие.

Если постепенно поворачивать вал 2 и кривошип 1 в направлении вращения часовой стрелки, то палец кривошипа 3 будет двигаться по окружности — из крайнего нижнего положения (I) он отходит влево и поднимается (II). Вместе с ним отклоняется влево шатун 4. Ползун 5 поднимается прямолинейно вверх, скользя по направляющим 6. При верхнем положении палец кривошипа, шатун и поводок будут находиться в крайнем верхнем положении (III). Затем палец опускается по правой части окружности. При этом шатун отклоняется вправо от средней линии и опускается, передавая ползуну движение вниз по направляющим (IV).

Кривошипно-шатунный механизм

а — механизм иглы, б — кинематическая схема механизма:

  1. маховое колесо,
  2. главный вал,
  3. кривошип,
  4. палец кривошипа,
  5. шатун, 5-а — верхняя головка шатуна, 5-б — нижняя головка шатуна,
  6. поводок,
  7. игловодитель,
  8. прижимной винт,
  9. игла.

На рисунке выше показан механизм иглы, в котором применен кривошипно-шатунный механизм. Кривошипом 3 является цилиндрический диск, который жестко закрепляется на главном валу 2 и вращается вместе с ним. На палец кривошипа 4 надет шатун 5, который представляет собой стержень с двумя головками. Верхнюю головку шатуна 5 а надевают на палец кривошипа, а нижнюю головку шатуна 5 б соединяют с пальцем поводка 6, который играет роль ползуна. Игловодитель 7 вставлен в поводок и закреплен установочным винтом. Игла 9 крепится в игловодителе при помощи прижимного винта 8.

Основные звенья кривошипно-шатунного механизма: кривошип, шатун и ползун.

Кривошип жестко закреплен на валу, совершает вращательное движение и является ведущим звеном. Шатун является связующей деталью между кривошипом и ползуном, соединение с ними подвижно-шарнирное, он совершает колебательные движения и является передаточным звеном. Ползун совершает возвратно-поступательное движение, которое посредством жесткого разъемного соединения передается игловодителю с иглой, он является ведомым звеном.

«Обслуживающий труд», С.И.Столярова, Л.В.Домненкова

Рейка работает с прижимной лапкой, которая должна с определенной силой прижимать ткань к рейке по всей ее площади. В узле лапки для этого имеется регулируемая пружина, а также детали, с помощью которых осуществляется подъем лапки и опускание ее на ткань. Прижимная лапка может быть с подвижной подошвой и с качающейся на шарнире. Такие лапки удобны…

Все машины, независимо от своего устройства, состоят из отдельных узлов и деталей. При ознакомлении с устройством, принципом действия механизмов швейной машины применяют кинематические схемы. Условные обозначения деталей швейной машины, передач и соединений определяются ГОСТом 3462 — 62 и ГОСТом 2.770 — 68.Смотрите таблицу — Условные обозначения деталей швейной машины Смотрите таблицу — Условные обозначения деталей…

Механизм двигателя ткани состоит из трех узлов: узла горизонтального перемещения, узла вертикального перемещения и узла лапки. Механизм двигателя ткани А — эксцентриковый механизм, Б — кулачковый механизм, а — механизм двигателя ткани, б — кинематическая схема механизма: главный вал, эксцентрик, регулятор строчки, шатун-вилка, коромысло, винт, качающийся валик, кулачок, вилка, вал подъема, коромысло, ролик, вилка рычага,…

www.ktovdome.ru

Тема 3. Основные конструктивные схемы разных типов двс. Конструктивные схемы остова двигателя. Элементы остова двигателя. Назначение. Общее строение и схема взаимодействия элементов кшм двс.

Конструктивная схема судового дизеля прежде всего зависит от тактности. В четырехтактном двигателе наполнение цилиндра свежим зарядом и выпуск отработавших газов происходят через клапаны. Эти клапаны приводятся в движение механизмом газораспределения. На распределительном валу двигателя устанавливают комплекты кулачковых шайб (отдельно для впускных и для выпускных клапанов). При их вращении в определенные моменты в соответствии с фазами газораспределения поднимаются (опускаются) толкатели, которые с помощью коромысел открывают клапаны или дают возможность пружинам клапанов закрыть их. Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала и имеет вдвое меньшую частоту вращения, чем коленчатый вал.

В двухтактном дизеле наполнение рабочего цилиндра происходит только через окна, которые открывает и закрывает поршень. Если отработавшие газы выпускаются через клапан, то он открывается также механизмом газораспределения, причем частота вращения распределительного вала в двухтактном двигателе равна частоте вращения коленчатого вала.

Конструктивные схемы любых ДВС различаются и по исполнению кривошипно-шатунного механизма (рис. 3.1).

В тронковом двигателе шатун с помощью пальца соединен непосредственно с поршнем (рис. 3.1, а). В этом случае существенно уменьшается общая высота двигателя, однако продукты окисления, которые удаляются поршневыми кольцами с поверхности втулки цилиндра, попадают в нижнюю часть двигателя (картер), т. е. в конечном счете, в смазочное циркуляционное масло двигателя. Кроме того, в тронковых дизелях втулка цилиндра дополнительно нагружена нормальным усилием, которое увеличивает ее износ. Тронковыми строят все высоко- и среднеоборотные ДВС и редко малооборотные дизели.

В крейцкопфном двигателе шатун соединен с крейцкопфным устройством, которое с помощью штока соединено с поршнем (рис. 3.1, б). Крейцкопфное устройство применяют в двухтактных МОД для разгрузки цилиндра от нормального давления. При этом шток поршня в данном случае позволяет изолировать картер двигателя от подпоршневой полости цилиндра. С этой целью устанавливают разделительную диафрагму с сальнико­вым уплотнением для штока.

а б в г

Рис. 3.1. Схемы кривошипно-шатунных механизмов двигателей

1 – поршень; 2 – шатун; 3 – шток; 4 – крейцкопф; 5 – кривошип коленчатого вала

Особенностью кривошипно-шатунного механизма двигателя с V-образным расположением цилиндров является то, что с одним коленом вала сочленяются два рабочих поршня (рис. 3.1, в). Данная схема широко применяется в средне- и высокооборотных ДВС.

В схеме кривошипно-шатунного механизма с противополож­но движущимися поршнями (ПДП) и двумя коленчатыми ва­лами (рис. 3.1, г) суммарная мощность от обоих коленчатых ва­лов потребителю передается с помощью шестеренной передачи. Несмотря на то что двигатели с ПДП и имеют ряд положитель­ных качеств (двигатель лучше уравновешен, хорошая продувка цилиндра, меньшая удельная масса), из-за существенного ус­ложнения конструкции они не получили широкого распростра­нения.

Конструктивная схема двигателя зависит и от принципа дей­ствия – простого или двойного. В двигателях двойного действия и нижней рабочей полости цилиндра имеется крышка с газоуплотнительным сальником для штока поршня, т. е. такие дви­гатели бывают только крейцкопфного типа. Мощность дизелей двойного действия почти в 2 раза больше мощности дизеля про­стого действия, однако выпуск дизелей двойного действия давно прекратили, так как форсировка дизеля не позволяет обеспечить его надежную и экономичную работу.

Комбинированные судовые двигатели (дизели с наддувом) по виду связи между поршневым двигателем и наддувочным агрегатом можно разделить на три группы: с механической, га­зовой и комбинированной связями. Основные схемы судовых ди­зелей с наддувом представлены на рис. 3.2.

Рис. 3.2 Схемы комбинированных судовых двигателей:

––––––– – воздух; ------------ – отработавшие газы

При механической связи (рис. 3.2 а), компрессор 4 воздуха приводится в действие непосредственно от коленчатого вала двигателя 1 через механическую передачу – мультипликатор, повышающий частоту вращения вала компрессора. Такая схе­ма применяется в дизелях с низкой степенью наддува, а также в двухтактных дизелях без наддува. Основным недостатком рас­смотренной схемы является то обстоятельство, что на привод компрессора затрачивается значительная работа (мощность) двигателя, полученная в рабочем цилиндре. Это, в свою очередь, приводит не только к снижению мощности двигателя, но и к падению его экономичности.

Газовая связь турбокомпрессора с поршневым двигателем показана на рис. 3.2, б–д. В схеме двигателя с импульсным наддувом (рис. 3.2, б, в) отработавшие газы из рабочих цилиндров поступают непосредственно в турбину 5, которая называется импульсной, так как в ней срабатывает импульс давления га­зов, поступающих из цилиндра. В схеме с изобарным газотур­бинным наддувом (рис. 3.2, г) отработавшие газы из цилиндров выходят в выпускной коллектор 6, а затем практически при по­стоянном давлении идут в изобарную турбину 7. В схеме дви­гателя с двухступенчатым газотурбинным наддувом (рис. 3.2, д) газы сначала срабатывают в импульсной турбине 5, а затем в изобарной 7. Во всех схемах воздух после сжатия в компрессоре перед подачей его в наддувочный (продувочный) ресивер 2 охлаждается в специальном охладителе 3.

В двухтактных судовых дизелях широкое распространение получила и комбинированная связь. При такой связи воздух сжимается как в турбокомпрессоре, так и в приводном компрес­соре. В малооборотных крейцкопфных дизелях в качестве при­водного компрессора нередко используют подпоршневые по­лости (рис. 3.2, е). В этом случае воздух после компрессора по­ступает в подпоршневые полости (ПП) 8, где он дополнительно сжимается, затем поступает в наддувочный ресивер. В за­ключительной стадии продувки давление воздуха в ПП падает и воздух от компрессора идет непосредственно в ре­сивер.

При изобарном наддуве в некоторых схемах на режимах малых нагрузок турбокомпрессор не обеспечивает потребное двигателю количество воздуха. Тогда на этих режимах включа­ются электроприводные компрессоры 9, специально установлен­ные на двигателе (рис. 3.2, г).

Двигатели внутреннего сгорания состоят из узлов и систем, которые имеют различное функциональное назначение.

Остов поддерживает и направляет движущиеся детали, воспринимает все усилия при работе двигателя; представляет собой совокупность неподвижных деталей — фундаментной рамы (в двигателях с подвесным коленчатым валом отсутствует), картера, цилиндров, крышек цилиндров, а также анкерных связей, шпилек и болтов, стягивающих эти детали.

Кривошипно-шатунный механизм воспринимает усилие от давления газов и преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Основные детали КШМ в крейцкопфных двигателях — поршень, шток поршня, крейцкопф, шатун, коленчатый вал; в тронковых двигателях — поршень, поршневой палец, шатун, коленчатый вал.

Остов двигателя

Основные неподвижные детали образуют остов двигателя, являющийся опорой для различных узлов и движущихся деталей. Он состоит из фундаментной рамы, картера, цилиндров и их крышек. Все эти элементы соединены связями в единую конструкцию.

Конструктивное оформление деталей остова определяется назначением и типом двигателя, количеством и расположением цилиндров, схемами КШМ и механизма газораспределения. Силы от давления газов, инерции движущихся масс и предварительной затяжки связей при сборке, действующие на остов, вызывают деформацию его элементов. При достаточной механи­ческой прочности элементов для нормальной работы двигателя остов должен обладать необходимой продольной и поперечной жесткостью, при которой сохраняются линия укладки коленча­того вала, перпендикулярность осей цилиндров к оси коленча­того вала, геометрическая форма рабочих цилиндров.

На рис. 3.3 показаны конструктивные схемы остовов судо­вых рядных двигателей, различающиеся между собой числом разъемов между его деталями и способами укладки коленчатого вала. Эти различия вызваны особенностями требований к габа­ритам, массе, технологии изготовления, удобству обслуживания и ремонта двигателя. Остовы V-образных двигателей и с ПДП (и подобные им) более сложные и выполняются по схожим между собой схемам.

Остов крейцкопфных двигателей, имеющих обычно большую высоту (рис. 3.3, а), состоит из фундаментной рамы 1, картера 2, цилиндров 3 с установленными в них цилиндровыми втулка­ми 4 и крышек цилиндров 6, закрепленных шпильками 5. Из технологических соображений и удобства монтажа остов выпол­няют, как минимум, с тремя горизонтальными разъемами и с коленчатым валом, уложенным в подшипники фундаментной ра­мы. Жесткость его обеспечивается за счет увеличения сечений продольных и поперечных связей рамы, применения картеров коробчатой конструкции, соединения деталей длинными анкер­ными связями 7.

Рис. 3.3. Конструктивные схемы остовов дизелей

В тронковых двигателях для повышения жесткости остова, снижения его массы отдельные его элементы часто объединяют в одно целое, что технологически вполне приемлемо. Конструк­тивно это решается объединением цилиндров двигателя с кар­тером в общий блок-картер 1 (рис. 3.3, б), а также применением развитой по высоте фундаментной рамы 1, выполненной как одно целое с картером и отдельным блоком цилиндров 2 (рис. 3.3, в). Соединяют эти элементы сквозными анкерными связями 2 (рис. 3.3, б) или укороченными силовыми шпильками 3 (рис. 3.3, в), ввернутыми в нижнюю часть блока цилиндров.

Остов с подвесным коленчатым валом широко распростра­нен в современных ВОД и СОД в связи с большой жесткостью и меньшей массой конструкции. В однорядных СОД большой мощности применяют блок-картер 1, к которому снизу массив­ными крышками подшипников 2 подвешивают коленчатый вал (рис. 3.3, г). Часто остовы рядных и V-образных двигателей с подвесным валом выполняют по схеме, где картер 1 и блок ци­линдров 2 отлиты раздельно и стянуты силовыми шпильками 3 (рис. 3.3, д). При этой схеме, несмотря на дополнительный разъ­ем, сохраняется жесткость, упрощается изготовление остова, снижается его масса, так как блок цилиндров разгружен от растягивающих усилий. В большинстве двигателей крышки крепят к блоку цилиндров короткими силовыми шпильками, устанавливаемыми в верхней его плите. Общая масса деталей остова во многом определяется схемой их нагружения. При растяжении остова газовыми сила­ми детали его получаются более тяжелыми. В конструкциях, где остов стянут анкерными связями, детали могут быть облегчены, так как чугун на сжатие работает лучше, чем на растяжение.

Для проводки анкерных связей в поперечных балках дета­лей остова выполняют вертикальные каналы (колодцы). Анкер­ная связь 7 (рис. 3.3, а) представляет собой стержень с резьбой под гайки на обоих его концах. В МОД для удобства при монтаже анкерные связи выполняют из двух частей, соеди­ненных резьбовой муфтой. Для устранения поперечных вибраций длинных анкерных связей используют эластичные стопор­ные устройства. Затягивают анкерные связи гидравлическим домкратом с усилием, обеспечивающим плотное соединение де­талей остова при наибольшем давлении в цилиндре. Анкерные связи изготовляют из углеродистой стали.

Все связи, затягиваемые гидравлическим способом, имеют специальную конструкцию: концы их оборудуют нарезным хвос­товиком для крепления гидродомкрата, а гайки к ним имеют цилиндрическую форму с отверстиями на боковой поверхности под вороток. Гидравлический домкрат используют в СОД и МОД также для затяжки силовых связей рамовых подшипников, подшипников нижней (кривошипной) и верхней головки шатуна, крышек цилиндров, штоков поршней, насадки кулачных шайб, выкатывания вкладышей рамовых подшипников и др.

Фундаментная рама.

Фундаментная рама является основанием для деталей остова, предназначена для укладки коленчатого вала и служит емкостью для сбора масла, вытекающего из узлов смазывания двигателя. Рама нагружена массой двигателя, силами давления газов, силами инерции поступательно движущихся и вращающихся масс.

Рама (рис. 3.4, а, б) образована продольными и поперечными балками, которые должны иметь требуемую жесткость. Продольные балки 2 оснащены верхними обработанными полками 3 для установки на них картера и нижними опорными полками (лапами) 1 для крепления двигателя к судовому фундаменту.

Поперечные балки 4 двутаврового или коробчатого сечения расположены между цилиндрами и по торцам рамы. В верхней части поперечных балок выполнены гнезда (постели) 5 для рамовых подшипников коленчатого вала, а в стенках балок – вертикальные каналы (колодцы) а для анкерных связей и отверстия b для перетекания масла вдоль рамы. Для увеличения поперечной жесткости рамы по возможности максимально сближают анкерные связи и располагают разъем рамовых подшипников ниже верхней ее плоскости.

Рис. 3.4. Фундаментные рамы и рамовые подшипники:

а – литая; б – сварно-литая; в, г, д, е – рамовые подшипники соответственно с креплением крышки шпильками, домкратами, подвесной и установочный

В зависимости от типа и мощности двигателя фундаментные рамы выполняют литыми (рис. 3.4, а), сварными или сварно-литыми. Из технологических соображений фундаментные рамы СОД чаще всего выполняют литыми из чугуна СЧ20, СЧ3О, реже из стали 15Л, 30Л. Фундаментные рамы МОД и некоторых СОД для уменьшения массы и стоимости делают сварно-литыми (рис. 3.4, б). В таких конструкциях поперечные балки или часть их, включающая постель подшипника и анкерные каналы, выполняются литыми, а остальные части поперечных балок и продольные балки – сварными из проката стали 20, 25.

Полость рамы и закрывающий ее снизу поддон образуют маслосборник. Для увеличения жесткости рамы поддон часто делают заодно с ней (рис. 3.3, б, в). В СОД с подвесным коленчатым валом (рис. 3.3, г, д) и МОД он съемный сварной конструкции. Поддон выполняют с уклоном к середине или к кормовой части рамы, чтобы обеспечить в условиях плавания надежный слив масла в циркуляционную цистерну или прием из него масла циркуляционным насосом. В маслосборнике между поперечными перегородками рамы часто устанавливают металлическую сетку, уменьшающую пенообразование масла и предотвращающую попадание в него посторонних предметов.

Если двигатель оборудован навешенными насосами (водяными, масляными, топливоподкачивающими), то они монтируются на переднем торце рамы. На кормовом торце, где выходит коленчатый вал, во избежание утечек масла выполняют уплотнение.

Рамовые подшипники являются опорой для шеек коленчатого вала и представляют собой разъемный подшипник скольжения, состоящий из двух цилиндрических полувкладышей, внутренняя поверхность которых залита антифрикционным сплавом. Корпусом для вкладышей являются жесткий прилив (постель) в поперечных перегородках рамы или картера и крышка подшипника, прижимающая вкладыши к постели. Во время работы двигателя элементы подшипника нагружены силами от давления газов и силами инерции КШМ, вызывающими механические напряжения в деталях подшипника и износ трущихся поверхностей. Вкладыши выполняют сменными, не требующими пригонки при установке. Они бывают толстостенными, имеющими толщину стенки более 1/20 его наружного диаметра (до 5 мм), и тонкостенными с толщиной стенки менее 1/30 диаметра (менее 5 мм).

В МОД применяют толстостенные, выполненные из сталей 25 и 30, вкладыши 4 (рис. 3.4, в, г), рабочую поверхность которых заливают баббитом Б89, Б83, БН. Толщина слоя заливки составляет 1,8...2,5 мм. По мере износа слоя баббита масляный зазор в подшипнике регулируют удалением из стыка между вкладышами калиброванных прокладок 3. В СОД и ВОД, имеющих повышенные нагрузки на подшипник, применяют тонкостенные вкладыши 1 (рис. 3.4, д) из малоуглеродистой стали 10, 15 или 20 с заливкой толщиной 0,3...0,8 мм из свинцовистой бронзы БрСЗ0. Для улучшения противозадирных свойств, прирабатываемости, свинцовистую бронзу покрывают тонким слоем свинцово-оловянистого сплава. При износе заливки тонкостенные вкладыши заменяют.

Крышка подшипника 2 крепится болтами или шпильками 1 (рис. 3.4, в), усилие затяжки которых должно обеспечить плотность стыка при действии на крышку в четырехтактных двигателях наибольшей силы инерции КШМ, а в двухтактных двигателях – силы заедания Р = (1,0…1,5) Fп MH, где 1,0...1,5 МПа – условное усилие, отнесенное к 1 м2 площади поршня. Иногда в СОД и МОД для уменьшения расстояния между анкерными связями крышку 2 прижимают одним-двумя домкратами 1, упирающимися в подкрепленную ребром поперечную балку картера или блок-картера (рис. 3.4, г). Крышки имеют двутавровое или коробчатое сечение и отливаются из чугуна СЧ20, СЧ25 или стали 30.

Подвесной коленчатый вал в двигателях без фундаментной рамы лежит на жестких крышках (подвесках) 2, изготовленных из стального литья или поковки. Крепится подвеска шпильками 3 с усилием затяжки, превышающим усилие от максимального давления сгорания. В высокофорсироваиных ВОД и СОД, чтобы исключить деформацию подшипникового узла, подвесные крышки 2 соединяют с картером 5 горизонтальными связями 4 (рис. 3.4, д). Надежная фиксация крышек относительно фундаментной рамы или картера обеспечивается применением направляющих пазов и замков.

От проворачивания и осевого смещения в корпусе подшипника толстостенные вкладыши фиксируют закраинами и штифтами, а тонкостенные – штифтами или отогнутыми выступами (усиками), которые входят в углубления у разъема в корпусе подшипника. В судовых условиях нижние вкладыши могут быть удалены без подъема коленчатого вала выкатыванием из постели.

Для фиксации коленчатого вала во время работы двигателя один из рамовых подшипников (чаще кормовой) выполняют установочным. Его вкладыши снабжают опорными 1 и упорными 2 поверхностями, залитыми антифрикционным сплавом. В них упираются обработанные кольцевые поверхности щек 3 и кольцевой гребень (бурт) 4 вала (рис. 3.4, е). Некоторые МОД и СОД имеют встроенные главные упорные подшипники, воспринимающие упор гребного винта. В таких двигателях надобность в установочных подшипниках отпадает.

Масло для смазывания и охлаждения подшипника подводят через его крышку (рис. 3,4 в) или постель (рис. 3.4, г) и далее по сверлениям или кольцевым канавкам к холодильникам в плоскости разъема, способствующим распределению масла по длине шейки вала и образованию масляного клина. Для повышения несущей способности подшипника холодильники не доводят до краев вкладыша, а круговую канавку выполняют только на верхнем вкладыше.

Картер (станина) двигателя.

Картер служит для соединения цилиндров с фундаментной рамой, образует закрытое пространство для КШМ. Он подвергается растяжению от действия максимальной силы давления газов при отсутствии анкерных связей и сжатию усилием предварительной затяжки при наличии их, а также изгибу в крейцкопфных двигателях от действия нормального усилия.

Для МОД с ре до 1,1 МПа картер выполнялся из отдельных А-образных сварных или литых стоек 2 с каналами а под анкерные связи, устанавливаемые в плоскости поперечных балок фундаментной рамы 1 (рис. 3.5, а). Жесткость конструкции обеспечивалась креплением стоек к усиленной фундаментной раме и блоку цилиндров, а также боковыми щитами, закрывающими пространство между стойками. Такая конструкция (с большим количеством разъемов) в современных МОД с высокими рz не может обеспечить требуемую жесткость остова. Поэтому в длинноходовых форсированных МОД перешли на сварные коробчатые конструкции 1 (рис. 3.5, б) которые, несмотря на увеличение бокового усилия, создают достаточную прочность и жесткость остова, упрощают сборку двигателя, повышают его герметичность.

К фланцам на А-образных стойках или к поперечным листам коробчатых станин крепят вертикальные чугунные или стальные направляющие (параллели), которые воспринимают боковое усилие, передаваемое ползунами крейцкопфа. Параллели бывают одно- и двусторонними. Односторонние параллели 4 (рис. 3.5, в) располагают с одной стороны от детален движения в плоскости, проходящей через ось цилиндра. Они имеют съемные обратные щеки 3, воспринимающие боковые усилия при изменении направления их действия. Двусторонние параллели 1 (рис. 3.5, г), имеющие четыре направляющих поверхности и работающие попарно, крепят по обе стороны от деталей КШМ в плоскостях, смещенных от оси цилиндра.

Картеры СОД с D > 200 мм во всех случаях выполняют литыми или сварными коробчатого типа (блок-станины). Особенности их конструкции определяют общей компоновкой остова (рис. 3.3). Для крепления двигателя с подвесным валом к судовому фундаменту в нижней части картера выполняют лапы (рис. 3.3, г, д).

Рис. 3.5. Станины двигателей:

а – из отдельных стоек; б – коробчатая; в, г – параллели

В боковых щитах станин или стенках картеров и блок-картеров выполняют люки с крышками для доступа внутрь картера с целью осмотра, ремонта и замены элементов КШМ. По Правилам Регистра на крышках люков должны быть установлены предохранительные клапаны на случай взрыва паров масла при перегревах или заеданиях. На картерах или блок-картерах СОД и ВОД обычно размещают распределительные валы, элементы механизма газораспределения, ТНВД, воздухораспределители, регуляторы и другие устройства. В МОД А-образные стойки и картеры отливают из чугунов СЧ20, СЧ30 или сваривают из стального проката. Поперечные перегородки сварно-литых картеров с постелями для коренных подшипников подвесных валов отливают из сталей 15Л, 35Л. Картеры и блок-картеры ВОД для уменьшения массы двигателя могут отливаться из сплавов АЛ5 и АЛ9.

Рабочий цилиндр

Рабочим цилиндром называется часть двигателя, где осуществляется ра­бочий цикл. Цилиндр состоит из рубаш­ки и вставной втулки рабочего цилиндра. Во втулке движется поршень и протекают рабочие процессы. Рубашка является опо­рой для втулки и образует полости охлаждения для нее. Ци­линдры устанавливают на верхнюю обработанную плоскость станины или картера и закрепляют шпильками или чаще всего анкерными связями. В зависимости от способа крепления ру­башка растягивается усилием от давления газов или сжимается усилием затяжки анкерных связей. В тронковых двигателях рубашки нагружены также нормальным усилием КШМ.

Для ВОД и СОД рубашки цилиндров выполняют в виде блока для всех цилиндров (рис. 3.6, а) или общей отливки с картером (рис. 3.3, б, г). Для МОД изготовляют отдельные рубашки на каждый цилиндр с последующим соединением их в вертикальной плоскости призонными болтами или шпильками в общий блок (рис. 3.6, б). Индивидуальные, не соединенные между собой, рубашки применяют крайне редко в СОД большой мощности из соображений быстрой сборки и разборки цилиндра и КШМ. Такое решение возможно только при наличии в двигателе картера повышенной жесткости.

Рис. 3.6. Рубашки цилиндров дизелей:

а – четырехтактного; 6 – двухтактного; в – сальник штока

Обычно рубашку делают коробчатой конструкции (рис. 3.6, а), состоящей из верхней 5 и нижней 2 горизонтальных плит с отверстиями для цилиндровых втулок, вертикальных бо­ковых стенок 4 и поперечных перегородок 3 с каналами а для анкерных связей. В верхней плите 5 выполнены также глухие нарезные сверления для крышечных шпилек. Дополнительную горизонтальную перегородку 1, расположенную ближе к верх­ней плите, делают иногда для повышения жесткости конструк­ции и улучшения режима охлаждения втулок. В рубашках двух­тактных двигателей кроме полостей охлаждения должны быть выполнены каналы или полости для продувочного воздуха и каналы для отвода отработавших газов. В рубашках должны быть также выполнены отверстия для входа и выхода охлаж­дающей воды, отверстия, закрываемые крышками для осмотра и очистки зарубашечного пространства, установлены штуцера для подвода смазки к втулке рабочего цилиндра и т. д.

У крейцкопфных двигателей в нижней части рубашек (рис. 3.6, б, в) выполняют диафрагму 1 с сальником для отделе­ния внутрикартерного пространства от подпоршневой полости и уплотнения отверстий в местах прохода штоков поршней. Сальник штока (рис. 3.6, в) имеет чугунный корпус 2 с канав­ками для колец. В верхних канавках установлены уплотнительные кольца 4, препятствующие проникновению продувочного воздуха в картер, а в нижних – маслосъемные кольца 3, пре­дотвращающие попадание масла из картера в ресивер. Масло, снятое кольцами, отводится в картер. Сальник можно разбирать, не удаляя шток, так как корпус сальника выполнен разъемным из двух половин, а кольца состоят из нескольких частей. Все кольца прижимаются к штоку поршня спиральными пружина­ми 5.

Рубашки выполняют литыми из чугуна СЧ20, СЧ30 и реже стальными сварными в связи с коррозией, снижающей проч­ностные показатели изделия.

Втулка рабочего цилиндра.

Втулка вместе с крышкой цилиндра и движущимся поршнем образуют переменный объем, в котором осуществляется рабочий цикл. В тронковых двигате­лях втулка является направляющей для поршня.

Для четырехтактных двигателей втулку делают в виде тонко­стенного цилиндра с переменным сечением по высоте (рис. 3.7, а). Конструкция втулок двухтактных двигателей (рис. 3.7, в) отличается наличием окон, необходимых для газо­обмена. Внутреннюю поверхность втулок (зеркало) тщательно обрабатывают, чтобы уменьшить трение поршня и колец. Втул­ку выполняют вставной, что упрощает ее изготовление и заме­ну при ремонте.

Втулка рабочего цилиндра работает в сложных условиях. Действие высокого давления газов, нормальной силы КШМ в тронковых двигателях и силы заедания поршня (в экстремальных случаях) вызывают в элементах втулки механические напряжения. Силы трения от действия нормальной силы в тронковых двигателях и давления поршневых колец вызывают износ рабочей поверхности втулки. При использовании тяжелых высокосернистых топлив из-за коррозионного воздействия продуктов сгорания серы усиливается износ зеркала цилиндра. Нагрев втулки газами высокой температуры вызывает в ее стенках температурные напряжения, которые в сумме с механическими могут привести к деформации или разрушению втулки. Со стороны водяной полости поверхности втулки и рубашки подвергаются коррозионному разрушению и кавитационной эрозии, являющейся следствием вибрации втулки.

Рис. 3.7. Цилиндровые втулки дизелей:

а, б – четырехтактного; в – двухтактного;

г, ж – способы охлаждения верхней части втулки

В судовых ДВС в основном применяются мокрые втулки, омываемые водой со стороны зарубашечного пространства. Такие втулки обеспечивают лучший теплоотвод и легко заменяются при необходимости. Устанавливаются втулки в расточенные отверстия верхней и нижней плит рубашки и центрируются в них опорными поясами. Втулка (рис. 3.7, а) фиксируется только в верхней части с помощью бурта (фланца) 2, прижимаемого крышкой 1 к верхней плите блока, поэтому при нагревании она может свободно расширяться в осевом направлении. Уплотнение верхнего пояса 3 втулки производится в ВОД по притертым опорным поверхностям, а в СОД и МОД – с помощью герметизирующих паст. Чтобы исключить протечки воды в картер, средний 4 и нижний 5 посадочные пояса уплотняются резиновыми кольцами 6 круглого или прямоугольного сечения, которые устанавливаются в канавки на поверхности втулки.

В двухтактных двигателях средний пояс 1 втулки, где находятся окна 2 для газообмена, уплотняется резиновыми 3 и медными 4 кольцами. Последние устанавливают на втулке ближе к горячим каналам выпускных окон, а резиновые – ближе к водяной полости (рис. 3.7, в). Газовый стык между втулкой и крышкой уплотняется путем притирки сопрягаемых поверхностей либо установкой в кольцевую проточку верхнего торца втулки медной или стальной омедненной прокладки.

В некоторых СОД с пониженной удельной массой применяют подвесные втулки 3, которые крепятся к крышке цилиндра 1 отдельными шпильками 2, а крышка – к блоку крышечными шпильками (рис. 3.7, б). Такое крепление втулки позволяет снизить влияние монтажной деформации блока цилиндров на геометрическую форму втулки и допускает увеличение размера нижней головки шатуна, необходимого для выемки его через цилиндр, до величины наружного диаметра втулки. Снабжение подвесной втулки охлаждающей рубашкой 4 позволяет защитить сварной блок 5 от коррозии.

При проектировании втулок необходимо обеспечить хорошее охлаждение их верхнего пояса, чтобы сохранить слой смазочного масла в зоне верхнего поршневого кольца. Практика конструирования показывает, что в СОД с D< 400 мм и ре до 1,8 МПа достаточно обычного опорного бурта, если зона охлаждения в рубашке доведена до опорной части бурта (рис. 3.7, г). Применение оребренной втулки с охватывающим ее бандажом позволяет повысить прочность и жесткость детали без увеличения толщины стенки, снизить температуру стенки за счет увеличения скорости воды в каналах между ребрами 1 и бандажом 2 (рис. 3.7, д). Охлаждение верхней части втулки путем прокачки охлаждающей воды через глухие радиальные сверления 1, выполненные в опорном бурте 2 втулки (рис. 3.7, е), обеспечивает более стабильное температурное поле при различной нагрузке двигателя. В высокофорсированных СОД и МОД применяют втулки с высоким толстостенным буртом. В нем по касательным выполнены наклонные сверления 2, пересекающиеся с радиальными 1 (рис. 3.7, ж). В таких втулках уровень механических напряжений определяется толщиной бурта, а тепловых напряжений – расположением охлаждающих отверстий относительно зеркала цилиндра.

С целью повышения коррозионной и кавитационной стойкости втулок осуществляют специальную водоподготовку, регулярно очищают поверхности от продуктов коррозии и накипи, окрашивают, хромируют или кадмируют ее наружную поверхность, уменьшают вибрацию втулки, повышают температуру охлаждающей воды.

Ресурс втулки во многом зависит от качества смазывания ее рабочей поверхности. В ВОД и СОД смазывание втулки обеспечивается масляным туманом, образующимся при разбрызгивании масла, вытекающего из узлов трения. В МОД и некоторых СОД масло подается на зеркало цилиндра дозированными порциями через штуцера, смазочные отверстия а и маслораспределительные канавки а (рис. 3.7, в) специальным насосом лубрикатором.

Втулки обычно изготовляют из чугуна марок СЧ30, СЧ35, легированные хромом, никелем, молибденом, а также из жаропрочного чугуна и стали марок 35ХМЮА и 38ХМЮА. Износостойкость рабочих поверхностей повышается при пористом хромировании чугунных и азотировании стальных втулок.

Крышка рабочего цилиндра.

Крышка закрывает и уплотняет рабочий цилиндр и образует вместе с поршнем и втулкой камеру сгорания, в ней размещены элементы систем, обеспечивающих работу двигателя. На крышку действуют усилия от затяжки крышечных шпилек и переменного давления газов, а также высокая тепловая нагрузка. Поэтому крышка должна иметь достаточные прочность и жесткость, а для поддержания необходимого температурного уровня элементов должна охлаждаться.

В большинстве судовых ДВС крышка имеет коробчатую конструкцию, образованную верхним и нижним (огневым) днищами, соединенными вертикальными стенками. Форма крышки определяется типом двигателя, конструкцией камеры сгорания, количеством рабочих клапанов, формой каналов к ним, расположением форсунок. Для ВОД крышки часто выполняют блочными на весь двигатель или для группы в два-три цилиндра. Крышки СОД и МОД из условий изготовления и удобства монтажа всегда выполняют индивидуальными. Последние могут иметь в плане квадратную, шести- или восьмигранную и круглую форму.

Крышки двухтактных двигателей с контурной продувкой имеют сравнительно простую конструкцию, поскольку в них отсутствуют выпускные клапаны и каналы к ним. При прямоточно-клапанной продувке выпускные клапаны не только усложняют конструкцию крышки, но и повышают ее тепловую напряженность. Крышки современных МОД с такой продувкой обычно оборудуют одним выпускным клапаном, СОД – двумя или четырьмя. Для лучшей продувки камеры сгорания огневым днищам одноклапанных или бесклапанных крышек МОД придают куполообразную (вогнутую) форму.

Крышки четырехтактных СОД и ВОД имеют два или четыре рабочих клапана с каналами к ним сложной конфигурации. В этом случае будут наблюдаться неравномерный нагрев и повышенная температура элементов крышки. Б ВОД с разделенным смесеобразованием конструкция крышки усложнена из-за размещении в ней вихревой камеры или предкамеры. Огневые днища многоклапанных крышек всегда выполняют плоскими.

Кроме рабочих клапанов в крышках помещают форсунку, индикаторный кран (в СОД и МОД), а в двигателях, запускаемых сжатым воздухом – пусковой клапан. На крышках двигателей с диаметром цилиндра более 300 мм должен быть установлен предохранительный клапан,

В двигателях с непосредственным смесеобразованием форсунку, как правило, располагают по оси цилиндра, что способствует созданию симметричного температурного поля и улучшает смесеобразование. В двигателях с разделенным смесеобразованием положение форсунки определяется размещением в крышке предкамеры и вихревой камеры. В МОД с прямоточно-клапаннон продувкой при одном клапане в центре крышки устанавливают две форсунки, смещенные от оси цилиндра. Пусковые и индикаторные клапаны в СОД и МОД располагают на верхнем днище, в ВОД – на боковых ее стенках.

Крышка воспринимает значительные тепловые потоки, поэтому при ее конструировании особое внимание уделяется снижению температуры и перепадов температур в огневом днище.

В крышках СОД ре до 1,8 МПа широко применяют двойное дно (рнс. 3.8, а), образованное тонкостенным интенсивно охлаждаемым огневым днищем 1 и подкрепляющим его через клапанные каналы и наружную стенку утолщенным промежуточным днищем (перегородкой) 2. При высоких значениях давления сгорания жесткость тонкого огневого днища может оказаться недостаточной для того, чтобы сохранить правильную форму отверстий под клапаны. Поэтому в СОД с ре = 2,2 МПа и более применяют крышки с толстостенным огневым днищем 1 (рнс. 3.8, б), обладающим большой жесткостью. Для снижения температуры и температурных напряжений на небольшом расстоянии от тепловоспринимающей поверхности выполнены радиальные отверстия а.

Рис. 3.8. Крышки цилиндров дизелей: а, б – четырехтактного; в, г, д – двухтактного

В МОД с ре до 1,0 МПа для снижения тепловых напряжений были использованы составные крышки. На рис. 3.8, в представлена конструкция составной крышки колпачкового типа, выполненная из двух частей. Нижняя охлаждаемая часть 1 с тонкостенным огневым днищем отлита из жаростойкой стали, верхняя неохлаждасмая часть 2, воспринимающая механическую нагрузку и обеспечивающая жесткость всей конструкции – из чугуна. Конструкция, показанная на рис. 3,8, г, состоит из стальной внешней несущей части 1 и внутренней цилиндрической вставки из чугуна 2, в которой размещены форсунка, пусковой и предохранительный клапаны. Жесткая несущая часть состоит из тонкого огневого днища, сопрягаемого с утолщенным верхним днищем двумя кольцевыми поясами, образованными стенками крышки и стенкой горловины для центральной вставки. Симметричная форма крышки способствует снижению температурных и механических напряжений.

В мощных высокофорснрованных МОД с ре = 1,2…1,5 МПа вместо крышек коробчатой конструкции применяют колпачковые крышки, выполненные в виде цельных поковок (плит) и обладающие высокой прочностью. Для снижения температуры нагретых частей в крышке вблизи от огневой поверхности выполняют сверления а для охлаждающей воды (рис. 3.8, д).

Крышки охлаждают дистиллированной водой со специальными присадками, которая поступает из зарубашечного пространства блока в нижнюю часть крышки по наружным перепускным патрубкам или по внутренним трубкам. Чтобы охлаждение крышек было более эффективным, тщательно подбирают направление и скорость потоков охлаждающей воды. Например, в крышках с двойным дном (рис. 3.8, а, б) вначале вода по сверлениям а направляется вдоль огневого днища от периферии к центру, охлаждая днище, межклапанные перемычки, седла клапанов, газоотводные каналы, а затем верхнюю полость крышки.

В крышках МОД интенсивного охлаждения добиваются путем закручивания потока воды с помощью тангенциально направленных патрубков (рис. 2.7, г) направленного движения воды по спиральным каналам (рис. 2.7, в), применения системы радиальных и касательных сверлений а на небольшой глубине от поверхности (рис. 2.7, д).

Во многих двигателях для более интенсивного охлаждения водой перемычек между форсункой и газовоздушными каналами, а также для улучшения теплоотвода от форсунки, ее устанавливают не в литой канал, а в тонкостенный стакан, запрессованный в тело крышки. Из верхней части крышек отводят горячую воду, что исключает возможность образования в полости охлаждения паровоздушных «мешков».

Крышки крепят к блоку цилиндров шпильками, ввернутыми в верхнюю плиту блока (рис. 3,7, а) или анкерными шпильками, доходящими до картера (рис. 3.3, д). Количество крышечных шпилек зависит от формы крышки. Квадратные крышки, применяемые в ВОД и некоторых СОД с минимальным шагом между цилиндрами, крепят четырьмя шпильками. Многогранные крышки в СОД и круглые в МОД крепят большим числом связей (от 6 до 20), что способствует равномерному нагру-жению крышек при их затяжке, но увеличивает расстояние между цилиндрами.

Для уплотнения газового стыка между крышкой и втулкой под кольцевой уплотнительный бурт крышки ставят прокладку из какого-либо пластичного материала (меди, мягкой стали) или сопрягают уплотнительные поверхности крышки и втулки, шлифованные с помощью специального устройства с абразивной головкой или притира. Для равномерной и достаточной затяжки крышечных связей в СОД и МОД используют гидравлические домкраты, а в ВОД – динамометрические ключи.

Крышки изготовляют из серых чугунов, легированных никелем, хромом, молибденом, высокопрочных чугунов, низколегированных сталей.

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Во время работы двигателя на поршень действует движущая сила Рдв одна из составляющих которой Q направлена по шатуну, другая (нормальная) N – перпендикулярно к оси цилиндра (рис. 3.9).

Конструктивные особенности тронкового и крейцкопфного двигателей определяют состав элементов КШМ и место приложения нормальной силы. В состав КШМ тронковых двигателей входят поршень 8, шатун 2 и коленчатый вал 1 (рис. 3.9, а), крейцкопфных – поршень 2, шток 3, крейцкопф 4, шатун 5 и коленчатый вал 1.

В тронковых двигателях нормальная сила прижимает поршень, выполняющий роль ползуна, к стенке цилиндра а, что способствует повышению тепловой и механической нагрузки пары поршень – цилиндр, усиливает износ ее из-за недостаточной смазки в зоне высоких температур. Нормальная сила зависит от силы давления газов на поршень и от параметра λш равного отношению радиуса кривошипа r к длине шатуна Lш. Для снижения давления поршня на стенку цилиндра в тронковых двигателях значение λш выбирают в пределах 1/3,6... 1/4,8.

Рис. 3.9. Кривошипно-шатунный механизм двигателей:

а – тронкового; б – крейцкопфного

В крейцкопфных двигателях нормальная сила передается от шатуна через крейцкопф 4, состоящий из поперечины и ползуна, на параллели б. Благодаря этому рабочий цилиндр а разгружен от действия нормальной силы и при правильной центровке боковая поверхность поршни не соприкасается с зеркалом цилиндра, в результате чего трение и износ цилиндра уменьшаются. Пара ползун – параллель находится вне зоны высоких температур, что позволяет использовать баббит для заливки трущейся поверхности ползуна, обеспечить хорошее смазывание и охлаждение пары.

Крейцкопф увеличивает высоту и массу двигателя. Для ограничения размеров по высоте в современных длинноходовых крейцкопфных двигателях λш увеличивают до значений 1/2,3... 1/2,8.

Современные четырехтактные двигатели выполняют только тронковыми с диаметром цилиндра до 650 мм, двухтактные малооборотные двигатели – крейцкопфными с диаметром цилиндра 260 мм и выше.

Поршневая группа.

К деталям этой группы относят поршень, поршневой палец и детали его крепления (в тронковых двигателях), поршневые кольца, поршневой шток (в крейцкопфных двигателях).

Поршень воспринимает силу от давления газов и передает ее через шатун на коленчатый вал. В тронковых двигателях он выполняет роль ползуна, передает нормальную силу на втулку, управляет газообменом в двухтактных двигателях.

Механические нагрузки от сил давления газов и сил инерции вызывают напряжения в материале и деформацию поршня, высокие удельные давления на поверхностях сопрягаемых с ним деталей, нарушают его геометрическую форму, что, в свою очередь, усиливает трение и износ при движении. Тепловая нагрузка от действия горячих газов и трения вызывает нагрев и расширение поршня, а перепады температур в его теле – термические напряжения.

В зависимости от типа КШМ, тактности, степени форсирования поршни выполняют цельными или составными, охлаждаемыми или неохлаждаемыми.

На рис. 3.10, а приведена конструкция цельного неохлаждаемого поршня тронкового двигателя, который состоит из головки 2, являющейся его уплотнительной частью, и тронковой (направляющей) части 4. Головка образована днищем 1 и цилиндрической стенкой, на боковой поверхности которой сделаны канавки (ручьи) 3 для уплотнительных колец. Тронковая часть, называемая также юбкой, предназначена для направления движения поршня в цилиндре и передачи боковой силы на остов двигателя. С обеих сторон внутри юбки выполнены приливы – бобышки 6 с отверстиями для поршневого пальца. На наружной поверхности юбки в ее верхней части, а в некоторых конструкциях и в нижней, протачивают канавки 7 и 5 для маслосъемных колец. В двухтактных ДВС нижнее маслосъемное кольцо используется и в качестве уплотнительного, препятствующего утечке воздуха в картер.

Для свободного перемещения поршня в цилиндре между стенкой цилиндра и юбкой предусмотрен рабочий зазор. Поскольку поршень нагревается по высоте неравномерно, то для того чтобы обеспечить требуемый зазор, диаметр головки делают несколько меньше диаметра юбки, а боковой поверхности придают ступенчатую или овально-бочкообразную форму с меньшей осью овала по оси пальца. Форма элементов поршня определяется тактностью двигателя, степенью форсирования и способом отвода теплоты.

Рис. 3.10. Конструкции и способы охлаждения поршней тронковых двигателей

Днище поршня воспринимает давление и теплоту горячих газов, ограничивает и формирует камеру сгорания. Форма днища зависит от способа смесеобразования, расположения камеры сгорания и типа продувки. В четырехтактных двигателях с непосредственным смесобраэованием применяют вогнутые или фигурные днища. Фигурным днищам придают форму топливных струй или более сложную форму, когда камеру сгорания размещают в поршне. Плоские днища используют в двигателях с разделенным смесеобразованием. В двухтактных двигателях применяют плоские, выпуклые и вогнутые днища, способствующие лучшей организации процессов продувки и смесеобразования.

Размеры головки поршня по высоте определяются количеством поршневых колец и расположением верхнего кольца относительно кромки поршня. Число колец бывает от 3 до 5 н зависит от быстроходности двигателя, давления газов и способа охлаждения поршня. Верхнее кольцо располагают ниже кромки поршня на расстоянии примерно 0,2D чтобы при положении поршня в ВМТ оно находилось в охлаждаемой части втулки.

Направляющую часть поршня проектируют легкой, но прочной и жесткой, чтобы не нарушалась ее геометрическая форма при действии нормальной силы. Для этого в чугунных поршнях на внутренней поверхности выполняют кольцевые поперечные ребра жесткости, а в алюминиевых кованых плавно утолщают стенку. Длину направляющей находят из расчета на допустимые удельные давления от действия максимальной нормальной силы.

Для повышения жесткости бобышек их подкрепляют в литых поршнях ребрами, а в штампованных – массивным переходом к днищу (рис. 3.10, а, б). В некоторых конструкциях поршней с целью увеличения несущей способности бобышек торцы их выполняют наклонными (рис. 3.10, в) или ступенчатыми (рис, 3.10, г, д).

Теплоту, воспринимаемую днищем у неохлаждасмых поршней, отводят через поршневые кольца и тронк во втулку и далее в охлаждающую воду. Чтобы теплота распределялась на всех кольцах равномерно, увеличивают сечения перехода от днища к стенкам головки (рис. 3.10, а, б). Круговая канавка 3 над верхним кольцом (рис. 3.10, б) или аустенитные вставки 1 с низкой теплопроводностью (рис, 3,10, в) служат тепловыми дамбами, защищая верхнее кольцо от перегрева,

В форсированных по наддуву двигателях для увеличения теплоотдачи от днища применяют принудительное охлаждение поршня: в троковых двигателях – маслом, в крейцкопфных – маслом или водой. Охлаждение может быть струйным, циркуляционным или взбалтыванием.

При струйном охлаждении (ВОД с ре до 1,2 МПа и D < 200 мм) внутренняя поверхность головки поршня омывается маслом, подаваемым из форсунки 1, размещенной на шатуне 2 (рис. 3.10, б).

Циркуляционное охлаждение предусматривает прокачку масла с повышенной скоростью через кольцевую полость (ВОД с ре = 1,4...1,6 МПа D < 200 мм) или через спиральные каналы (СОД с ре = 1,5…1,7 МПа и D < 500 мм). В кольцевую полость 2 (рис. 3.10, в) масло вводится по каналу 3 струей из форсунки, закрепленной в картере, а в спиральные каналы (змеевик) поступает через систему отверстий в шатуне, пальце, бобышке поршня.

При охлаждении взбалтыванием (СОД с ре = 2,0 МПа и D = 200...600 мм) усиленный теплоотвод обеспечивается высокой скоростью перемещения масла под действием сил инерции. Для этого масло должно лишь частично заполнять полость охлаждения в поршне с развитым объемом. Масло в поршень подается через шатун и уплотнительный стакан 3, а сливается по каналу 4 в картер (рис. 3,10, г) или подается через сверления 4 и 5 в поршневом пальце и бобышках поршня и сливается через горловину 6 в центре поршня (рис. 3,10, д).

В форсированных ДБС, работающих на тяжелом топливе, применяют охлаждаемые составные поршни (рис. 3.10, г, д, е) с отъемной головкой 1 из жаропрочной стали и тронком 2 из чугуна или алюминиевого сплава, соединяемых длинными и податливыми шпильками. Тонкостенное днище способствует эффективному охлаждению головки поршня, а малые сечения перехода от днища к стенкам (рис. 3.10, г, д) или глухие пальцевые каналы 6 (рис. 3.10, е), выполненные равномерно по окружности головки, образуют тепловой барьер над кольцами. Прочность днища обеспечивается кольцевым опорным поясом.

Для выравнивания температурного поля и уменьшения износа применяют поршни, проворачивающиеся во время работы (рис. 3.10, е). При качании шатуна храповые защелки 3, расположенные в его верхней головке сферической формы, поворачивают зубчатый венец 4. Последний сжимает кольцевую пружину 5, соединенную своими концами с венцом и юбкой поршня. Пружина поворачивает поршень на небольшой угол при каждом качательном движении в момент, когда нагрузка на поршень невелика.

Материал для изготовления поршня или его элементов должен иметь высокие механические свойства, хорошую теплопроводность, небольшой коэффициент линейного расширения, быть жаропрочным, хорошо обрабатываться и иметь сравнительно низкую стоимость. Этим требованиям в определенных условиях соответствуют чугуны марок СЧ25, СЧ35, ВЧ45-5, легированные стали, литейные АЛ1, АЛ25 или деформируемые АК2, АК4 алюминиевые сплавы.

Поршневой палец в тронковых двигателях обеспечивает шарнирное соединение поршня с шатуном. На палец действует механическая нагрузка от газовых и инерционных сил, которые в четырехтактных двигателях изменяются по величине и направлению, а в двухтактных – только по величине. Палец нагревается, воспринимая теплоту от поршня и теплоту трения.

Конструкция пальца зависит от условий работы, способов крепления и подвода охлаждающего масла к поршню. В общем случае палец представляет собой цилиндрический стержень, выполненный для уменьшения массы полым (рис. 3.11, а). Поверхность его тщательно шлифуется для повышения усталостной прочности и уменьшения потерь на трение.

Рис. 3.11. Поршневые пальцы: а, б, в – конструктивные формы;

г, д – способы фиксации от осевого перемещения.

В некоторых конструкциях пальцев выполняют радиальные 1 сверления (рис. 3.11, б) или систему из радиальных 1 и продольных 2 сверлений (рис. 3.11, б) для подачи масла на смазывание бобышек или в поршень для его охлаждения. Внутреннюю полость пальца герметизируют с помощью заглушек или трубок 2 (рис. 3.11, б). Передача масла из верхней головки шатуна через палец к поршню осуществляется по сверлениям, выполненным в средней части пальца и в концевых частях (рис. 3.12.). Центральное отверстие иногда глушат при помощи специальных заглушек.

а б

Рис. 3.12. Схема подачи масла через головку шатуна к бобышкам:

а – без заглушки; б – с заглушкой

Поршневые кольца по назначению делятся на компрессионные (уплотнительные) и маслосъемные. На кольца действуют давление и температура газов больших значений, а также силы инерции и трения. Кольцо представляет собой разрезной упругий элемент прямоугольного или другого сечения. В свободном состоянии диаметр кольца больше диаметра рабочего цилиндра, а разрез его (замок) имеет величину s. Компрессионные кольца уплотняют рабочий зазор, отводят теплоту от поршня. Установленное в цилиндре кольцо находится в сжатом состоянии и под действием сил упругости прижимается к стенке втулки с начальным давлением 0,10...0,35 МПа.

Конструктивные особенности колец:

  1. По форме поперечного сечения

– прямоугольное . Такой формы кольца ставятся первыми на головке. Учитывая нагрузку на кольцо (тепловую и механическую) прямоугольное кольцо быстро прирабатывается и хорошо уплотняет цилиндр.

– прямоугольное со скосом цилиндрической поверхности под углом 1…3о. Такую форму имеют кольца установленные за первым кольцом. Быстрее прирабатывается чем верхнее. Это кольцо имеет меньшую нагрузку и меньше изнашивается.

– со скосом и цилиндрическим пояском на боковой поверхности такие кольца способствуют увеличению компрессии по мере износа кольца.

– трапецеидальное с углом 15…20оприменяются в ВОД и СОД. Канавка в поршне для таких колец имеет также трапецеидальную форму. Такие кольца менее склонны к пригоранию, поэтому их применяют в качестве верхних колец в форсированных ВОД.

– прямоугольные не симметричные (скручивающиеся) . Рабочая поверхность кольца принимает форму конуса, что улучшает его приработку, уплотняющее действие, уменьшает склонность к заеданию. Такие кольца применяются в СОД и МОД.

– прямоугольное боковая поверхность которого покрывается оловом для более быстрой приработки или завальцовывается поясок из свинцовистой бронзы .

  1. По форме замка (рис. 3.13).

1 – прямой разъем в ВОД; 2 – косой в ВОД и СОД; 3 – фигурный в МОД

Рис. 3.13. Форма замка колец

Маслосъемные кольца регулируют количество масла, поступающего к тронку поршня и уплотнительным кольцам, удаляя излишки его с зеркала цилиндра. На поршне устанавливают 1...3 маслосъемных кольца, располагая их на головке ниже уплотнительных колец и в нижней части тройка. Количество и расположение маслосъемных колец определяется величиной рабочего зазора в цилиндре, длиной тронка, частотой вращения коленчатого вала, отношением S/D.

Маслосъемные кольца (рис. 3.14.) бывают скребкового а и коробчатого б типов. В скребковых кольцах наружная поверхность выполнена со скосом под углом 20...30°, образующим остроугольную соскабливающую кромку. При движении кольца вниз его кромка соскабливает большую часть масла, находящегося на зеркале цилиндра.

а б

Рис. 3.14. Маслосъемные кольца: а – скребкового типа; б – коробчатого типа

Коробчатые кольца соприкасаются со втулкой 1 двумя острыми кромками 5, что повышает их эффективность. Для увеличения радиального давления на стенку цилиндра эти кольца снабжают расширителями (эспандерами) 7 из витых пружин.

Масло, соскабливаемое кольцами, удаляют в картер через отверстия 4, 6, выполненные в поршне.

Материалом для кольца является серый чугун с пластинчатым графитом или высокопрочный чугун с шаровидным графитом, легированные хромом, никелем, молибденом, медью, ванадием. Для первых колец ВОД применяют стали 45, 50Г.

Для повышении износостойкости колец и стенок канавки поршня рабочую и торцевые поверхности колец хромируют. Рабочие поверхности нехромнрованных колец для ускорения приработки покрывают тонким слоем олова, меди или снабжают кольцевыми вставками из антифрикционной бронзы.

Шатунная группа.

В состав входят шатун, вкладыши его верхней и нижней головок, крышка шатуна, шатунные болты и гайки.

Шатун соединяет поршень или поперечину крейцкопфа с коленчатым валом, обеспечивает перемещение поршня при совершении вспомогательных ходов. Шатун подвергается действию силы от давления газов, сил инерции поступательно движущихся масс и сил инерции, возникающих при качании шатуна.

Основными элементами шатуна являются верхняя (поршневая) головка 7, нижняя (кривошипная) головка 4 и соединяющий их стержень 5 (рис. 3.15, а). Стержень шатуна связывает верхнюю и нижнюю головки между собой. Он может иметь двутавровое 1 и Н-образное 2 сечения (рис. 3.15, в).

Рис. 3.15. Шатуны тронковых двигателей:

а, б – с цельным и разъемным стержнем; в – сечение стержня.

Применение той или иной формы сечения во многом определяется типом двигателя и технологией изготовления. Штампованные шатуны с двутавровым сечением широко применяют в ВОД и СОД. Для получения наибольшей жесткости шатуна при наименьшей его массе сечение располагают вертикальной стенкой в плоскости качания. Двутавровое Н-образное сечение с расположением полок в плоскости качания иногда используют для главных шатунов многорядных двигателей, чтобы обеспечить непрерывность силовых поясов стержня и проушин и повысить общую жесткость нижней головки. Круглое сечение шатунов СОД и МОД получают ковкой с последующей обработкой поверхности. В большинстве конструкций в стержне выполняют продольное сквозное отверстие, по которому масло поступает на смазывание головок шатуна.

Верхняя головка шатуна обеспечивает шарнирное соединение шатуна с поршнем. В тронковых двигателях она откована заодно целое со стержнем и не имеет разъема. В ВОД головка имеет круглую форму с постоянным сечением по длине (рис. 3.16 а, б), в СОД – овальную форму с утолщением к центру (рис. 3.16 в, г). В отверстие верхней головки (рис. 3.15 а) запрессовывают втулку подшипника 6, выполненную из стали с антифрикционным слоем или антифрикционной бронзы. Головной подшипник ВОД малых размеров часто смазывается масляным туманом, попадающим в него через сверления 1 в верхней части головки (рис. 3.15 а). В форсированных ВОД и СОД масло к подшипнику подается под давлением через канал в стержне шатуна.

Рис. 316. Конструкции верхней головки шатуна

Нижняя головка обеспечивает шарнирное соединение шатуна с кривошипной шейкой коленчатого вала и образует корпус шатунного подшипника. По условиям сборки ее всегда делают с прямым или косым разрезом. Отъемная крышка 3 нижней головки 4 крепится с помощью шатунных болтов 1 (рис. 3.15 а), шпилек (рис. 3.17 б, в) или конических штифтов (рис. 3.18 б).

В малоразмерных ВОД и СОД для снижения массы, размеров и увеличения жесткости головки ее отковывают вместе со стержнем. В СОД и МОД часто применяют шатуны с отъемной головкой, состоящей из двух частей – верхней и нижней (рис. 3.17 а). Обе части присоединяются к подошве стержня шатуна шатунными болтами. Во время ремонта такую головку можно удалить через люки картера без разборки цилиндра. Ширина кривошипной головки должна быть меньше диаметра цилиндра для возможности выемки поршня с шатуном через цилиндр. Это условие выполняется, если диаметр мотылевой шейки не превышает 0,67D при двух шатунных болтах и 0,7D при четырех.

Рис. 3.17. Конструкции нижней головки шатуна.

В современных двигателях валы имеют увеличенный диаметр шатунных шеек, равный (0,75...0,92)D. Поэтому для прохода шатуна через цилиндр нижнюю головку шатуна при диаметре шейки до 0,8D выполняют с косым разъемом под углом 30...60° к оси стержня (рис. 3.17 б). После удаления крышки ширина такой головки становится меньше диаметра цилиндра. При диаметре шейки (0,8...0,92)D применяют конструкцию отъемной головки, верхняя половина которой крепится шпильками к подошве стержня, уменьшенной до размера цилиндра. В двигателях с большим диаметром вала начинают применять шатуны с разъемным стержнем, где стык и соединительные фланцы расположены в районе верхней головки (рис. 3.15 б).

В судовых V-образных двигателях применяют конструкции шатунов, которые различают способом соединения их с коленчатым валом. Это смещенные шатуны (рис. 3.18 а), когда нижние головки двух однородных шатунов расположены рядом на общей шейке вала, и сочлененные шатуны (рис. 3.18, б), которые образуют узел, состоящий из главного шатуна 1, соединенного с шейкой вала, и прицепного шатуна 2, связанного с главным шатуном пальцем 3 через проушины 4.

Рис.3.18. Шатуны V-образных двигателей:

а – смещение; б – сочлененные (с прицепным шатуном).

Подшипники кривошипной головки 4 изготовляют в виде стальных тонкостенных вкладышей 2, рабочую поверхность которых заливают слоем баббита или свинцовистой бронзы. Для лучшей прирабатываемости на слой бронзы наносят тонкий слой свинцово-оловянистого сплава (трехслойный подшипник). Чтобы не допустить смещения, вкладыши фиксируют штифтами или усиками. Масло в кривошипный подшипник шатуна поступает по сверлениям в коленчатом вале из системы смазывания двигателя. Выемки (холодильники) на стыках вкладышей способствуют попаданию масла на их опорную поверхность.

Крышка нижней головки шатуна четырехтактного двигателя нагружена силами инерции, а двухтактного рассчитывается на условную силу заедания поршня. Для сохранения формы подшипников крышку делают жесткой, выбирая соответствующие сечения. Центровка крышки обеспечивается штифтами и направляющими поясками шатунных болтов. При косом разъеме кривошипной головки крышка фиксируется специальными замками – выступами, шлицами или штифтами для разгрузки шатунных болтов от срезающих усилий.

Для изготовления шатунов применяют углеродистые стали 40, 45, 50 или легированные стали 45Х, 40ХН, 12Х2Н4ВА, ЗОХМА и др.

Шатунные болты (рис. 3.19 а) или шпильки (рис. 3.19 б) обеспечивают плотное соединение разъемной кривошипной головки шатуна. Они нагружены силой предварительной затяжки и переменными силами инерции поршневой и шатунной групп.

Для повышения усталостной прочности стержень болта делают податливым, выполняя его равным 0,85...0,95 внутреннего диаметра резьбы. Для уменьшения концентрации напряжений увеличивают радиусы переходов от стержня болта к центрирующим пояскам, головке болта и резьбе. Резьбу выполняют накатыванием, полируют поверхность болта. В зависимости от числа разъемов в кривошипной головке болты имеют один или два калиброванных направляющих пояска. Головку болта делают симметричной, чтобы исключить внецентренное растяжение, стопорят от проворачивания при затяжке гайки. В ВОД корончатые гайки затягивают динамометрическими ключами, а в СОД и МОД специальные гайки — с помощью гидродомкрата.

Рис. 3.19. Шатунные болты и шпильки

Гайки фиксируют шплинтами, контргайками и стопорными шайбами. В некоторых V-образных ВОД для повышения жесткости и снижения массы кривошипной головки главного шатуна 1 ее крышка 6 крепится двумя коническими штифтами 5, работающими на срез (рис. 3.18, б).

Шатунные болты для МОД изготовляют из углеродистых сталей марок 35, 40, 45, для СОД и ВОД – из легированных сталей марок 40Х, 20ХН3А, 38ХН3МА и др.

Группа коленчатого вала.

В группу коленчатого вала входят коленчатый вал, противовесы, распределительная шестерня или звездочка, шестерни привода навешенных вспомогательных механизмов, узел осевой фиксации, демпфер, маховик.

Коленчатый вал воспринимает усилия от шатунов, преобразует их во вращающий момент и передает его потребителю, осуществляет перемещение поршней во вспомогательных ходах, передает движение к распределительному валу, приводит в действие вспомогательные механизмы. На вал действуют силы от давления газов и силы инерции поступательно движущихся и вращающихся масс, изгибающие и скручивающие моменты от этих сил. Они вызывают деформацию в элементах, концентрацию напряжений, трение и изнашивание его шеек и подшипников. Периодически изменяющиеся крутящие моменты вызывают крутильные колебания вала, которые увеличивают напряжение в его элементах и могут способствовать усталостному разрушению вала.

Коленчатый вал. Основными элементами коленчатого вала (рис. 3.20, а) являются шатунные (мотылевые) 4 и корененные (рамовые) 2 шейки, соединяющие их щеки 3, кормовой 8 и носовой 1 концы вала. Шатунные шейки вместе со щеками образуют колена (мотыли, кривошипы), число которых равно числу цилиндров. Коренные шейки соединяют кривошипы в единую конструкцию, имеющую сложную пространственную форму. Кривошипы заклинивают относительно друг друга под углом α = (360/i)z (здесь z = 1 для двухтактных и z = 0,5 для четырехтактных двигателей), что обеспечивает получение наиболее равномерного крутящего момента, лучшую уравновешенность двигателя. Заклинивание колен должно также обеспечивать определенную последовательность вспышек в цилиндрах, при которой будет получено более равномерное распределение нагрузки по длине вала.

Коленчатые валы в ВОД и СОД выполняют цельными, а в МОД – по длине вала составными из нескольких частей, соединенных фланцами. Кривошипы вала изготовляют цельными, полусоставными, составными и сварными (рис. 3.20, б–е). Полусоставные кривошипы валов СОД и МОД имеют шатунную шейку, выполненную за одно целое со щеками, в которые запрессованы с натягом рамовые шейки (рис. 3.20, в).

Коленчатые валы МОД могут иметь составные кривошипы из отдельных шеек и щек (рис. 3.20, г), если толщина слоя металла между шейками будет не мене 0,3 их диаметра. В современных МОД, имеющих валы повышенной жесткости, возможно применение сварных кривошипов. Варианты конструкций сварных кривошипов из литых элементов предусматривают сборку вала путем сварки половинок рамовых шеек, выполненных заодно с цельным кривошипом (рис. 3.20, д), или путем сварки рамовых и шатунных шеек, половинки которых выполнены вместе со щекой (рис. 3.20, е). После сварки вал обрабатывают. Размеры (диаметр и длину шеек) выбирают из условия обеспечения требуемых прочности и жесткости вала, получения допустимых удельных давлений на подшипники и далее уточняют расчетом.

Рис. 3.20. Коленчатый вал: а – общий вид; б – цельный; в – полусоставной;

г – составной; д, е – сварной; ж – крепление противовеса

Диаметры рамовых и шатунных шеек принимают равными. Иногда для снижения неуравновешенных масс диаметр шатунной шейки уменьшают по сравнению с рамовой. Для снижения массы и повышения усталостной прочности вала в шейках делают осевые отверстия цилиндрической или бочкообразной формы. Сопряжение шеек со щеками для уменьшения концентрации напряжений выполняют плавно с большим радиусом закруглений (галтелей). Чтобы не уменьшать рабочую длину шейки, галтели утапливают в щеку (рис. 3.20, в, д, е). Поверхности шеек и галтелей тщательно шлифуют.

Щеки, соединяющие между собой шейки вала, могут иметь различную форму. Прямоугольные щеки (рис. 3.20, а) со скосами для уменьшения неуравновешенной массы просты в изготовлении; их применяют в СОД. Щеки круглой формы (рис. 3.20, б) используют в ВОД и СОД. Щека овальной формы (рис. 3.20, д, е) наиболее рациональна с точки зрения использования материала, прочности, жесткости. Такие щеки применяют в двигателях любого типа. Формы и размеры щек полусоставных и составных валов (рис. 3.20, в, г) должны выбираться с учетом требований Морского Регистра.

Противовесы служат для уравновешивания двигателя, разгрузки рамовых подшипников от действия центробежных сил инерции. Противовесы 2 могут выполняться вместе со щеками, но чаще выполняются отдельно и крепятся к щекам 3 шпильками 1 или болтами (рис. 3.20, ж). Масло на смазывание рамовых шеек подается под давлением из циркуляционной системы двигателя. От коренного подшипника к шатунному масло поступает по радиальным, осевым и наклонным сверлениям (рис. 3.20, б) в элементах вала. Чтобы не допустить вытекания масла, отверстия в шейках закрывают заглушками 1 (рис. 3.20, б) или вставляют в наклонные отверстия латунные трубки 5 (рис. 3.20, а). Кромки маслоподводящих сверлений на рабочей поверхности шеек скругляют и полируют для снижения концентрации напряжений.

Кормовой конец вала (рис. 3.20, а) заканчивается фланцем 8 для крепления маховика и отбора мощности к потребителю. На этом конце закреплены шестерня 7 или звездочка для привода распределительного вала, выполнен бурт 6 для установочного подшипника рамы. На носовом конце вала (рис. 3.20, а) закреплены шестерня 1 для привода навешенных вспомогательных механизмов и (при необходимости) гаситель крутильных колебаний.

Маховик обеспечивает необходимую равномерность вращения коленчатого вала и используется для проворачивания двигателя. Маховик выполняется в виде диска с массивным ободом. В мощных СОД и МОД моменты инерции вращающихся масс обеспечивают необходимую равномерность вращения вала, поэтому в этих двигателях вместо маховика на валу устанавливают зубчатое колесо валоповоротного устройства, именуемое часто маховиком.

Коленчатые валы изготовляют ковкой или литьем из стали марок 35, 40, 35Г, 40Г или легированных сталей 40Х, 40ХН, 35ХМЮА, 35ХЮА и литьем из специального модифицированного чугуна; однако чугунные валы разрешается устанавливать на судовые двигатели только после согласования вопроса с Регистром.

studfiles.net

Кшм центральный (аксиальный, линейный) кшм (рис. II) Ось цилиндра совпадает с осью коленчатого вала. Характеризуется величиной = 0,24…0,32. Здесь r

Типы кривошипно-шатунных механизмов

КШМ

1. Центральный (аксиальный, линейный) КШМ (рис. 1.II)

Ось цилиндра совпадает с осью коленчатого вала. Характеризуется величиной = 0,24…0,32. Здесь r – радиус кривошипа; ℓ - длина шатуна. λ называют критерием геометрического подобия двигателей.

2. Смещенный (дезаксиальный, линейный) КШМ (рис. 2.II, 3.II)

Их два типа:

1-й тип (рис. 2.II) ось цилиндра не совпадает с осью коленчатого вала и находится от оси коленчатого вала на расстоянии «а»; для этой конструкции, помимо λ, существует еще один показатель к = = 0,02…0,1.

Назначение дезаксажа (сейчас он практически не применяется): 1) из соображений компоновки (цель – скомпоновать коленчатый и кулачковый валы, чтобы не допустить встречи их элементов; 2) с целью уменьшить боковую силу N в момент резкого повышения давления газовых сил (разнести по времени момент перекладки поршня и максимальное значение давления ). Силу N покажите на рисунках).

2-й тип (рис. 3.II) смещается ось поршневого пальца

относительно оси цилиндра на величину а = (0,01…0.03)D. (сейчас получила наибольшее распространение). Это уменьшает силу N в момент перекладки поршня аналогично предыдущему).

3. Схема с прицепным шатуном в V-образных ДВС (рис. 4.II, 5.II)

Правый шатун 5 через специальный палец 4 крепится к основному шатуну 3. Левые и правые поршни имеют различные кинематические параметры. Длина шатунов ℓшл (левый шатун) и ℓшп (правый шатун) различны. Находят применение в V-образных ДВС (двигатель Д-12А).

  1. Схемы КШМ V-образных двигателей (рис. 6.II)

Их два типа: а) центрального сочленения (рис. 7.II, а, б): 1 – вильчатый шатун; 2 – центральный шатун. Длина шатунов одинакова;

б)

б) с последовательным расположением кривошипных головок на шатунной шейке (рис. 8.II)

Схема очень широко распространена.

1 – Шатуны двух противолежащих цилиндров; 2 – шатунная шейка; 3 – кривошипные головки шатунов; 4 – щека; 5 – подшипники коренных опор коленчатого вала; 6 – коренные опоры

Схема центрального кривошипно-шатунного механизма (рис. 9.II)

Основные обозначения

А – поршень находится в верхнем крайнем положении. Это верхняя мертвая точка – ВМТ. При этом точка D находится в положении .

Точка D – общая ось шатунной шейки коленчатого вала и кривошипной головки шатуна.

С – ось поршневого пальца

B – поршень находится в нижней мертвой точке – НМТ. При этом точка D находится в положении .

ℓ - длина шатуна. (часто обозначается как ℓш)

r – радиус кривошипа

β – угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра

φ – текущее значение угла поворота коленчатого вала

S = 2r – ход поршня (путь, проходимый поршнем при перемещении его от ВМТ к НМТ.

Х = Х1 + Х2 – текущее значение перемещения поршня. Складывается из двух составляющих: Х1 – перемещение поршня 1-го порядка. Связано с поворотом радиуса кривошипа r; Х2 - перемещение второго порядка. Связано с конечной длиной шатуна через выражение .

Перемещение поршня

Определяется выражением (приближенно):

= Х1 + Х2 (1.II)

Первая производная от Х определяет скорость поршня:

= V1 + V2 (2.II)

Средняя скорость поршня Сп = составляет 9…16 м/с.

Вторая производная от Х определяет ускорение поршня:

= j1 + j2 (3.II)

На рис. 10.II изображены графики перемещения поршня Х = ХI + ХII.

Пропущенная лекция 21.02.08

/var/www/auto-dnevnik.com/tw_refs/3/2778/2778.doc

auto-dnevnik.com

Тема 12:"Кривошипно-шатунный механизм" - Автомеханик. Персональный сайт преподавателя Добровольского Е.И.

Подробности Автор: Добровольский Е.И.

Опубликовано: 27 Октябрь 2013

Кривошипно-шатунный механизм состоит из блока цилиндров с головкой и уплотняющей прокладкой, картера, поршней, поршневых колец, поршневых пальцев, шатунов, коленчатого вала, маховика.

Блок цилиндров (рис. 1) — основная (базовая) деталь, к которой крепят детали механизмов двигателя; ее выполняют в одной отливке с картером. Цилиндры в блоке могут быть расположены в один ряд (ЗМЗ-402) или V-образно в два ряда под углом 90° (двигатели ЗМЗ-53, ЗИЛ-508 и КамАЗ-740).

Блок цилиндров с верхней частью картера двигателей ЗМЗ-53 и ЗМЗ-402 отлит из алюминиевого сплава, а двигателей ЗИЛ-508 и КамАЗ-740 — из чугуна.

        

                       

Рис.   1.   Блоки  цилиндров  двигателей:

а —восьмицилиндрового; б — четырехцилиндрового

 

Полость между цилиндрами и наружными стенками блока называется рубашкой   охлаждения.

В блоках двигателей ЗМЗ-53, ЗИЛ-508, КамАЗ-740 и ЗМЗ-402 цилиндры выполнены в виде вставных чугунных гильз, омываемых охлаждающей жидкостью; такие гильзы называют мокрыми (рис.2, в, г, д).

 

Рис.2. Схемы цилиндров двигателей: а – с короткой сухой вставкой; б – с сухой гильзой;   в – д – с мокрыми гильзами; 1 – блок; 2 – рубашка охлаждения; 3 – «сухая» вставка; 4 – прокладка; 5 – «сухая» гильза; 6 – бурт; 7 – сменная «мокрая» гильза; 8 – резиновое кольцо; 9 – медная прокладка

 

Тщательно обработанная внутренняя поверхность гильзы цилиндра, направляющая движение поршня, называется зеркалом. Для увеличения срока службы в верхнюю часть гильзы запрессовывают короткие тонкостенные вставки из кислотоупорного чугуна (рис.2, а). Гильзы свободно вставляют в гнезда блока и уплотняют снизу медными 9 или резиновыми прокладками (кольцами) 8 и сверху прокладкой головки цилиндров (рис.6).

При установке гильз в блоки цилиндров двигателей ЗМЗ-53 и ЗМЗ-402 подбирают комплект медных уплотнительных колец так, чтобы гильза выступала над плоскостью разъема блока на 0,02 - 0,10 мм; этим достигают надежного уплотнения гильз при установке головок  цилиндров.

Блок цилиндров двигателя ЗМЗ-402 имеет одну головку, в блоках цилиндров V-образных двигателей ЗМЗ-53 и ЗИЛ-508— по две головки (рис.3), в двигателе КамАЗ-740 каждый цилиндр имеет отдельную головку (рис.4).

Головки блока карбюраторных двигателей изготовлены из алюминиевого сплава. Этот сплав теплопроводнее чугуна, следовательно, от головок быстрее отводится теплота. В результате улучшаются условия протекания рабочего процесса в цилиндрах двигателя. В головках размещены камеры сгорания и имеются резьбовые отверстия для свечей зажигания (только у карбюраторных двигателей). У двигателя КамАЗ-740 камера сгорания выполнена в днище поршня. Стенки камер сгорания окружены рубашкой охлаждения.

Сверху на головке цилиндров закреплены детали газораспределительного механизма.

Во впускные и выпускные каналы отливки головки запрессованы вставные седла и направляющие втулки клапанов.

 

 Рис.3. Головка блока цилиндров двигателя ЗИЛ-508

 

Рис.4. Головка блока цилиндров двигателя КамАЗ-740

 

Головка цилиндров сверху закрыта штампованной или литой крышкой (рис.5), для уплотнения между ними ставят прокладку из маслостойкой резины.

 

Рис.5.Крышка головки цилиндров двигателя КамАЗ-740

Крепят головку к блоку болтами или шпильками с гайками. Прокладка между блоком цилиндров и головкой создает герметичность; в двигателях ЗМЗ-53 и ЗМЗ-402она сталеасбестовая (рис.6), в двигателях  КамАЗ-740    — стальная.

 

Рис.6.Прокладка под головку двигателя ЗИЛ-508

Картер, выполненный в одной отливке с блоком, имеет несколько усиленных ребрами перегородок, в которых расположены коренные подшипники коленчатого вала и просверлены отверстия для опорных шеек распределительного вала. Снизу к картеру прикрепляют поддон (рис.7). Место соединения картера и поддона уплотнено прокладкой.

 

Рис.7. Поддон

Поршень 6 (рис. 8) воспринимает при рабочем ходе силу давления газов и передает ее через шатун 10 коленчатому валу, а также совершает вспомогательные такты.

Верхняя часть поршня, называемая головкой, снизу усилена ребрами. По окружности головки проточены канавки для установки поршневых колец. Нижняя, направляющая часть поршня (юбка) снабжена приливами (бобышками) с отверстиями, в которые устанавливают поршневой палец.

Поршни отливают из алюминиевого сплава, обладающего малой плотностью и хорошей теплопроводностью. В поршни двигателей ЗИЛ-508 и КамАЗ-740 заделывают чугунную вставку, в которой протачивают канавку для верхнего кольца, что повышает долговечность поршня.

В верхней части головки поршня некоторых двигателей протачивают узкую канавку, уменьшающую передачу теплоты к верхнему кольцу.

Поршень устанавливают в цилиндре с зазором, для того чтобы при нагревании поршня не происходило заедания. Зазор между поршнем и зеркалом цилиндра уплотняют поршневыми кольцами. Юбку выполняют в виде эллипса, большая ось которого расположена перпендикулярно оси поршневого пальца. Такая форма юбки предотвращает стук при холодном двигателе и заседание в результате ее округления при нагреве. В отверстии для поршневого пальца имеются канавки для стопорных колец.

В выемки юбок поршней изучаемых двигателей проходят противовесы коленчатого вала.

Дополнительно для предотвращения заедания поршней в цилиндрах на их юбках делают Т- или П-образные прорези. Благодаря этому при расширении металла диаметры поршней не увеличиваются.

Поверхность юбки поршней двигателей ЗМЗ-53, ЗИЛ-508 иЗМЗ-402 покрывают слоем олова, а двигателей КамАЗ-740 — коллоидно-графитовой смесью, что улучшает приработку и уменьшает износ.

 

 

Рис. 8. Поршень, шатун, кольца и палец:

1 — горизонтальный расширитель; 2 — маслосъемное     кольцо; 3 — нижнее компрессионное кольцо; 4 — среднее компрессионное кольцо; 5 — верхнее компрессионное кольцо; 6 — поршень; 7 — стопорные кольца; 8—поршневой палец; 9 — втулка верхней головки шатуна; 10 — шатун; 11— крышка нижней головки шатуна; 12 — вкладыши нижней головки шатуна; 13, 14 — болты крепления крышки нижней головки шатуна.

Для правильной сборки поршня с шатуном на днищах головок поршней двигателя ЗИЛ-508  выполнена лыска, на боковой поверхности поршней двигателей ЗМЗ-53 у отверстия бобышки — надпись «Вперед», на боковой стенке поршней двигателей ЗМЗ-402 — надпись «Назад».

Поршневые кольца компрессионные 3, 4, 5 и маслосъемные 2 (рис.8)изготовляют из чугуна или стали; у колец выполнен разрез («замок»). В свободном состоянии диаметр колец больше диаметра цилиндра. При установке поршней в цилиндры кольца сжимают, благодаря чему они за счет своей упругости плотно прилегают к стенкам цилиндров.

Компрессионные кольца уменьшают прорыв газов из цилиндра в картер.

Верхнее компрессионное кольцо (у двигателей ЗИЛ-508 два кольца) для повышения износостойкости покрывают слоем хрома, поверхность остальных колец для лучшей прирабатываемости— слоем олова.

Маслосъемное кольцо снимает излишки масла со стенок цилиндра.

На поршнях всех карбюраторных двигателей ставят по одному маслосъемному кольцу. В канавке для этого кольца выполнены сквозные отверстия.

Маслосъемное кольцо двигателя ЗМЗ-53 — чугунное, имеет сквозные прорези для съема и отвода масла. У двигателей ЗИЛ-508 и ЗМЗ-402 маслосъемное кольцо состоит из четырех стальных деталей — двух плоских колец, осевого и радиального расширителей, у двигателя КамАЗ-740 оно имеет коробчатое сечение. Рабочая поверхность колец покрыта хромом, у КамАЗ-740 — молибденом.

Кольца устанавливают на поршень разрезами в разные стороны. Благодаря фаскам кольца сильнее прижимаются к стенкам цилиндра и быстрее прирабатываются.

Поршневой палец 8 (рис.8) стальной, трубчатый. Он соединяет поршень с шатуном. Поверхность пальца закалена с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ). При работе палец проворачивается в бобышках поршня и втулке верхней головки шатуна; при такой установке палец называют плавающим. От осевого смещения палец удерживается стопорными кольцами, установленными в выточках бобышек поршней.

Шатун  10 ( рис.8) передает при рабочем ходе силу от поршня кривошипу коленчатого вала, а при вспомогательных тактах — от кривошипа поршню.

Шатун выполнен из стали. Он состоит из стержня двутаврового сечения, верхней неразъемной головки с бронзовой втулкой 9 для поршневого пальца и нижней разъемной головки, закрепляемой на шатунной шейке коленчатого вала. Для направленного разбрызгивания масла на стенки цилиндра в нижней головке шатуна выполнено отверстие. Для уменьшения трения между шейкой вала и нижней головкой шатуна в нее вставляют тонкостенные вкладыши 12, образующие шатунный подшипник.

У двигателей ЗМЗ-53 и ЗМЗ-402 вкладыши биметаллические, состоящие из стальной ленты с нанесенным на нее антифрикционным сплавом алюминия с медью и оловом. У двигателей ЗИЛ-508 вкладыш триметаллический, изготовленный из стальной ленты, на которую нанесен медноникелевый подслой, покрытый антифрикционным сплавом СОС-6-6, у вкладышей двигателя КамАЗ-740 покрытие трехслойное с рабочим слоем из свинцовой бронзы. От проворачивания в головке шатуна вкладыши удерживаются выштампованными на них выступами (рис.9).

 

Рис.9.Конструкция вкладышей

Обе части нижней головки шатуна скреплены двумя болтами с гайками, которые стопорятся шплинтами или при помощи контргаек, штампованных из листовой стали (например, в ЗМЗ-402). Номера, выбитые на головке и крышке шатуна, обращены в одну сторону.

Коленчатый вал (рис. 10) воспринимает силы у шатунов и преобразует их в крутящий момент, передаваемый механизмам трансмиссии через маховик.

 

Рис.10. Вал коленчатый: 1 - коренные шейки; 2 – щеки коленвала; 3 – шатунные шейки; 4 - противовесы

Коленчатый вал двигателей ЗМЗ-53 и ЗМЗ-402 литой из легированного чугуна, а двигателей ЗИЛ-508 и КамАЗ-740 — кованый, стальной.

Вал состоит из коренных 1 и шатунных шеек 3, соединенных щёками 2, продолжением которых являются противовесы 4, разгружающие коренные подшипники от инерционных нагрузок. С этой же целью шатунные шейки  сделаны полыми.

У изучаемых двигателей коленчатый вал пятиопорный, т. е. имеет пять коренных подшипников, в которых установлены вкладыши, изготовленные из такого же материала, как и шатунные. Чугунные крышки подшипников крепят к блоку двумя или четырьмя болтами и шплинтуют.

Шатунные шейки, число которых у рядных двигателей равно числу цилиндров, у четырехцилиндровых двигателей расположены попарно под углом 180°.

К каждой шатунной шейке коленчатого вала V-образных двигателей крепят по два шатуна, соединяющие ее соответственно с поршнями правого и левого рядов цилиндров. Поэтому шатунных шеек у таких двигателей вдвое меньше числа цилиндров. У восьмицилиндровых V-образных двигателей шатунные шейки располагают под углом 90° друг к другу.

Масло от коренных подшипников к шатунным поступает через каналы в щеках вала и грязеуловители, закрытые пробками.

На переднем конце коленчатого вала крепят распределительную  шестерню и шкив привода вентилятора, а в торец вала вворачивают храповик, используемый для проворачивания коленчатого вала пусковой рукояткой. Осевое перемещение вала ограничивают сталебаббитовые кольца, установленные в переднем коренном подшипнике, или сталеалюминиевые полукольца, установленные в выточке задней коренной опоры (КамАЗ-740). К фланцу заднего конца коленчатого вала крепят маховик.

У многих двигателей вытекание масла из картера в местах выхода коленчатого вала предотвращает маслоотбрасывающий буртик, маслоотгонная резьба на его заднем конце и маслоотражатель на переднем конце. Кроме того, места выхода вала уплотняют сальниками.

Маховик — чугунный диск с тяжелым ободом (рис.11). Он увеличивает момент инерции коленчатого вала и этим повышает плавность работы, облегчает пуск двигателя и трогание автомобиля с места. На ободе маховика напрессован зубчатый венец для пуска двигателя от стартера. Маховик крепят несимметрично расположенными болтами, которые должны быть затянуты с моментом 140 - 150 Н-м (14...15 кгс • м) и зашплинтованы.

 

Рис.11. Маховик

Крепление двигателя к раме или подрамнику должно быть надежным, но упругим, чтобы вибрация двигателя не передавалась кузову, а перекосы рамы при движении не вызывали повреждения деталей креплений. Для этого между опорными лапами двигателя и рамой помещают резиновые подушки.

Двигатель ЗМЗ-402 крепят в трех точках: две — в передней части двигателя по его сторонам, одна — сзади под задней крышкой коробки передач.

Двигатель ЗМЗ-53 крепят в четырех точках: спереди штампованными кронштейнами, привернутыми к блоку цилиндров, сзади двумя приливами картера сцепления. Двигатель КамАЗ-740 также крепится в четырех точках.

Двигатель ЗИЛ-508 имеет три точки крепления: передней опорой служит кронштейн, установленный под крышкой распределительных шестерен, задними опорами — лапы картера сцепления, от продольного смещения двигатель ЗИЛ-508 удерживается тягой, соединенной с поперечиной рамы.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ:

1. Пузанков А.Г. Автомобили: устройство и техническое обслуживание. - М.: Академия, 2007. - 640 с.

2. Морозов Н.Д. и др. Устройство и ремонт автомобилей. Учебник. Изд.2-е,перераб. и доп. М.,"Высшая школа", 1972. -304 с.

3. Иллюстрации, находящиеся в сети Интернет в свободном доступе.

4.  Материалы сайта: mustangs.ru/

Подробности

Просмотров: 1157

dobrovolskij.ru

Кривошипно-шатунный механизм



Кривошипно-шатунный механизм

Детали и узлы кшм являются основой поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечивают восприятие давления газов, возникающего в цилиндре в результате сгорания рабочей смеси и преобразования  возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Все детали КШМ подразделяются на подвижные и неподвижные. К неподвижным деталям относятся блок цилиндров, картер (или блок-картер, если блок цилиндров и картер являются одной деталью) и головка блока цилиндров, к подвижным поршни и детали поршневой группы, шатуны, коленчатый вал, маховик. Наиболее распространенные компоновочные схемы КШМ автомобильных поршневых двигателей представлены на рис 1.

Самый простой двигатель – рядный (их обычно обозначают R2, R3, R4 и т.д., в зависимости от числа цилиндров). С увеличением числа цилиндров двигатель становится длиннее, что усложняет компоновку автомобиля. На современных переднеприводных автомобилях рядный шестицилиндровый двигатель устанавливается только на VOLVO S80 с очень компактной коробкой перемены передач.

 

 

Рис. 1.  Основные компоновочные схемы КШМ

 

Для уменьшения длины двигателя и увеличения жесткости основных деталей и узлов конструкции применяют V-образные схемы КШМ (обозначают V2,V4,V6, V8 и т.д.) в которых блоки цилиндров располагаются под углом 90…120 градусов. V-образные двигатели с углом «развала» между блоками 1800  называют оппозитными. Такие двигатели конструктивно сложнее рядных, так как имеют как минимум вдвое больше головок цилиндров, коллекторов и  валов механизма газораспределения, привод которого также более сложный. Оппозитные двигатели получаются  еще и намного шире рядных. Поэтому они в основном используются для транспортных средств, в которых необходимо иметь двигатель небольшой высоты, например в автобусах с расположением силового агрегата под полом салона.

При выборе типа двигателя, одновременно с компоновочными и экономическими соображениями, приходится решать проблему уравновешенности двигателя. Вибрация двигателя на опорах неизбежна из-за чередования вспышек в цилиндрах, обусловленных порядком работы и вызывающих изменение величины крутящего момента на коленчатом валу. Действующие на детали КШМ силы инерции также влияют на уравновешенность двигателя. Степень уравновешенности некоторых двигателей показана в таблице 1. Знаком «+» показаны уравновешенные силы и моменты сил, «-» - свободные (неуравновешенные). Для уравновешивания сил и моментов сил применяют противовесы на коленчатом валу, располагают определенным образом шейки вала, применяют специальные валы, вращающиеся синхронно с коленчатым валом двигателя.

Таблица 1: Степень уравновешенности двигателей    

 

1

R2

R3

R4

R6

V2

V4

V6

B6

B8

Силы инерции 1-го порядка

-

-

+

+

+

-

+

+

+

+

Силы инерции 2-го порядка

-

-

+

-

+

-

-

+

+

+

Центробежные силы**

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Моменты сил инерции 1-го порядка

+

+

-

+

+

+

-

-

+

-

Моменты сил инерции 2-го порядка

+

+

-

+

+

+

-

-

+

+

Моменты центробежных сил

+

+

-

+

+

+

-

-

+

+

 

  

zelentsovsa.ru


Смотрите также

  • Рулевой механизм ваз 2109
  • Механизм плунжерный
  • Механизм закрывания дверей
  • Механизм свободного хода генератора
  • Механизм блокировки дифференциала
  • Что выбрать автомат или механика
  • Учиться на механика
  • Разные права на автомат и механику
  • Педали в машине на механике
  • Как правильно двигаться на механике в пробке
  • Как правильно выставить зажигание камаз