Характеристика КШМ [1] стор 43

Кривошипно-шатунний механізм (КШМ), який перетворює поступальний рух поршня на обертальний рух колінчастого ва­ла, поділяють на: центральний (нормальний), вісь циліндра якого перетинає вісь колінчастого вала; зміщений (дезаксіаль-ний), вісь циліндра якого зміщена від осі колінчастого вала на відстань, меншу ніж 10 % ходу поршня; з причіпними шату­нами, в якому два чи більше шатунів передають зусилля на од­ну шатунну шийку. Перший тип КШМ переважно застосовують в автотракторних двигунах, другий — у деяких автомобільних двигунах для зниження тиску, що сприймається поршнем і гі­льзою циліндра.

Вибір розташування й кількості циліндрів істотно залежить від місцезнаходження двигунів на тракторі чи автомобілі, що передбачає мінімальні габарити, доступність до механізмів і си­стем під час виконання технічного обслуговування та збирально-розбиральних робіт. Важливою умовою є також забезпечення конструкційної зрівноваженості сил інерції та крутних моментів від них, а також рівномірності крутного моменту. Найменші га­баритний об'єм і питому масу мають двигуни з розвалом цилінд­рів 90°; за 60° досягається добра рівномірність крутного моменту.

У процесі роботи двигуна деталі КШМ зазнають дії сил тиску газів у циліндрах, сил інерції рухомих мас деталей, сил тертя та сил тяжіння.

Внаслідок складності визначення сил тертя в розрахунках КШМ їх не враховують, силами тяжіння нехтують. Сили тиску газів залежать від способу здійснення робочого циклу, зміню­ються за складними законами. Тому їх визначають за індикатор­ними діаграмами (розрахунковими чи експериментальними). Сили інерції залежать від маси деталей, що рухаються зі змін­ними швидкостями і прискореннями. їх поділяють на сили інер­ції від зворотно-поступальних мас (поршень, палець, кільця, верхня головка шатуна) Р= та сили інерції від обертальних мас

(кривошип колінчастого вала, нижня головка шатуна) Р$ (від­центрові сили). Сили Р: через поршневі пальці передаються до підшипників колінчастого вала, корпусу двигуна. У багатоци­ліндрових двигунах від сил інерції Р; та Р8 виникають момен­ти, які діють на корпус і кріплення опор.

Ефективний момент передається від двигуна до трансмісії, але водночас виникає протилежно спрямований рівновеликий Реактивний момент, що діє на корпус у площині, перпендику­лярній до колінчастого вала, зумовлюючи його коливання.

Для спрощення розрахунків справжній КШМ замінюють на динамічну модель: маси деталей ототожнюють з умовними ма­сами, зосередженими в певних точках механізму, закони руху яких відомі. Масу комплекту поршня тп вважають зосередже­ною на осі поршневого пальця (рис. 2.6, точка С), так само — масу шатуна л*ш.п> яку беруть такою, що дорівнює (0,2...0,3)тгаш.

Рис. 2.6. Сили та моменти, що діють у центральному кривошипно-шатунному механізмі:

а — сили тиску газів і сили інерції; б — сумарні сили, що діють у ланках і підшипниках
колінчастого вала

На осі шатунної шийки (див. рис. 2.6, точка А) зосереджена маса нижньої частини шатуна тш к = (0,7...0,8)тш, маса шату­нної шийки тшш та маса середньої ча Будова і дія Кривошипно-шатунний механізм (КШМ) пере-

творює зворотно-поступальний рух поршня на обертальний рух колінчастого вала. Він є осно­вою двигуна внутрішнього згоряння. Є різні схеми компонувань механізму (див. п. 2.1.1): за однорядного циліндри можуть розмі­щуватись вертикально, під кутом до вертикалі 15 - 20° або горизон­тально; за дворядного — осі циліндрів схрещуються переважно під кутом 90°.

Деталі КШМ під час роботи двигуна зазнають як силових, так і теплових навантажень. Перші зумовлені тиском газів, силами інер­ції мас, що рухаються зворотно-поступально й обертально, силами тертя та корисного опору, навантаженнями від пружних коливань, другі спричинюють погіршення механічних якостей металу, виник­нення теплового напруження, зміни геометричних параметрів дета­лей, погіршення умов мащенні тощо. Отже, КШМ має працювати в певному тепловому режимі, бути міцним, жорстким і зносостійким. Для зручності висвітлення матеріалу згрупуємо деталі механізму в нерухомі та рухомі.

Група нерухомих деталей. Остов двигуна, що є основою для кріплення деталей механізмів і систем, створюють блок-картер з головкою циліндрів, піддоном, картерами маховика й розподільних шестерень.

Блок-картер сучасних двигунів з рідинним охолодженням виго­товлено у вигляді коробчастої виливки: верхня частина — блок ци­ліндрів, нижня — картер. Для підвищення жорсткості у деяких Двигунах (наприклад, ЗМЗ-4025/4026 автомобіля ГАЗ-33021) пло­щина роз'єднання блок-картера з піддоном розташована нижче від °сі колінчастого вала.

Головні вимоги до конструкції блок-картера: висока жорст­кість для мінімальної деформації його елементів; належний те­рмін використання; проста й технологічна будова; достатня гер­метичність усіх порожнин і стиків. Найбільша жорсткість влас­тива блокам з нерознімними тунельними картерами, які засто­совують під час використання як корінних підшипників кочен­ня (наприклад, ЯМЗ-240).

Блок-картери виготовляють із сірого чавуну або алюмінієвих сплавів.

У двигунах 80ГІМ блок циліндрів і картер («підошва»), де розташовані кришки підшипників колінчастого вала, станов­лять окремі деталі, скріплені за допомогою 10 болтів.

Блоки циліндрів двигунів з рідинним охолодженням мають вставні гільзи. Це дає змогу виготовляти блок-картер з дешевого сірого чавуну або алюмінієвого сплаву, а гільзи — з легованого чавуну, який має високу стійкість проти зношування. Застосу­вання вставних гільз спрощує виготовлення блок-картера і ре­монт двигуна.

Простір між стінками блока й гільзами циліндрів заповню­ється рідиною, що створює сорочку охолодження.

У блоці вилито сполучні канали системи охолодження, про­свердлено отвори для підведення оливи до тертьових поверхонь. У блоках циліндрів деяких двигунів (Д-245, Д-260, СМД-66) розміщені форсунки, що подають оливу на охолодження порш­нів. Зовні блок-картер має площини й напливи з різьовими отворами для кріплення деталей та механізмів.

Циліндри двигунів з повітряним охолодженням не сполучені в загальний блок, а кожен зокрема кріпиться до чавунного кар­тера, в якому розміщені колінчастий та розподільний вали. Знизу картер закритий піддоном, що є резервуаром для оливи.

Внутрішні поверхні циліндрів обробляють з високою точністю і загартовують.

Для поліпшення тепловіддачі циліндри двигунів з повітря­ним охолодженням виготовляють ребристими. Центрують цилі­ндри напрямними смужками й фланцями. Для ущільнення ци­ліндрів з картером застосовують мідну прокладку.

Гільзи циліндрів двигунів з рідинним охолодженням поділя­ють на «сухі» і «мокрі» (рис. 2.10).

Під час згоряння робочої суміші верхня частина циліндрів сильно нагрівається і піддається окиснювальній дії, тому в де­яких конструкціях застосовують короткі вставки з легованого чавуну.

Нижню зовнішню поверхню гільзи ущільнюють одним або двома гумовими кільцями, верхню — фланцем (буртом).

Рве 2.10. Схеми циліндрів двигунів з «сухою» вставкою (а), з «сухою* гільзою (б) та з «мокрими» гільзами (в - д):

І — блок циліндрів; 2 — сорочка охолодження; 3 — «суха» вставка; 4 — прокладка; 5 — «суха» гільза; 6 — бурт гільзи; 7 — «мокра» гільза; 8 — ущільнювальне кільце

Нижній кінець гільзи може зміщуватися в осьовому напрям­ку, що запобігає виникненню додаткових напружень у разі різ­ного теплового розширення гільзи та блок-картера.

За внутрішнім діаметром гільзи поділяють на розмірні групи. Під час встановлення підбирають гільзи однієї розмірної групи за маркуванням на торцях буртів. Це полегшує досягнення по­трібного зазору між гільзами та поршнями.

Контрольні питання.

1Що характеризує рівняння теплового балансу двигуна?

2Для чого і як ущільнюють гільзи циліндрів сучасних двигунів?

3Як правильно закріпити головку циліндрів після заміни прокладки?

4Проілюструйте схемою і поясність будову поршня дизеля.

5Поясніть дію поршневих кілець.

6Якими засобами зрівноважують сили інерції та відцентрові сили, що діють на колінчастий вал?

7Як впливає технічний стан КШМ на показники роботи двигуна?

8Що означає термін «поршневий палець плавального типу»?