Колінчастий вал і маховик

ШАТУНИ

Шатун рухомо з'єднує поршень з колінчастим валом. Його виготовляють із сталі і термічно обробляють. Він складається із стержня і двох головок: верхньої і нижньої.

Рис. 4. Шатун і шатунні підшипники.

а – шатун та його деталі; б – переріз стержня шатуна; в – косе розняття нижньої головки шатуна; г – способи фіксації кришки шатуна; 1 – шатун; 2 – втулка; 3 – вкладиші; 4 – кришка головки; 5 – корончаста гайка; 6 – шплінт; 7 – шатунний болт; 8 – гайка; 9 – контргайка; 10 – болт

У верхню головку А (рис. 4) для зменшення тертя з поршневим пальцем запресована бронзова чи біметалева втулка 1, на якій є кільцева канавка і радіальні отвори. У верхній головці шатунів двигунів Д-240, ЗМЗ-53, ЗІЛ-130 і КамАЗ-740 просвердлено отвір Д з широкою фаскою для вловлювання крапель масла. В деяких двигунах масло подається до пальця по каналу в стержні шатуна із його нижньої головки.

Стержень. Б двотаврового перерізу, надає шатуну міцності і жорсткості при найменшій масі. На нижній головці шатуна є кришка; кінцевий обробіток шатуна проводять. разом з нею, тому кришки шатуна замінити не можна. Поршень складений із шатуном без кришки виймають і встановлюють через циліндр. Якщо розмір нижньої головки великий і вона не може пройти через циліндр, тоді розріз виконують з нахилом до осі шатуна (А-41, СМД-60, ЯМЗ-240Б). Поверхня розняття може бути гладенькою або з трикутними шліцами. Вони фіксують кришку відносно головки і розвантажують шатунні болти від згинаючих сил. Для фіксації кришки використовують також штифти. Потовщення і ребро надають кришці жорсткість. Шатунні болти і гайки затягують так, щоб зусилля в болтах у 2— З рази перевищувало силу, яка розтягує їх при роботі. Тертя в нарізному з'єднанні утримує ці, деталі від самовідгвинчувания.

У нижній головці шатуна та його кришці розміщений підшипник ковзання. Він утворений двома вкладишами 3 товщиною 1,5—3 мм, виготовлений із стальної стрічки, вкритої антифрикційним сплавом. Тонкий шар сплаву, повернений до шатунної шийки, при нормальному мащенні знижує тертя, витримує великі навантаження і має високу стійкість проти спрацювання. Вкладиші утримуються за рахунок щільної посадки в шатуні і зафіксовані вусиками Г, які входять у виточки нижньої головки шатуна та її; кришки. У верхньому вкладиші шатуна з каналом в стержні для масла є отвір, розміщений проти цього каналу.

Між шатунною шийкою і підшипником повинен бути зазор для масляної плівки. На нижній головці і кришці шатуна ставлять номер спареності, а на кришці, крім того,— порядковий номер циліндра і масу шатуна.

Колінчастий вал сприймає зусилля, що передаються кожним шатуном при такті робочого ходу, перетворює ці зусилля в крутний момент, який передається через маховик на трансмісію трактора або автомобіля. Колінчастий вал виготовляють із сталі або із високоміцного чавуну (ЗМЗ-53, СМД-18Н). Він складається з шатунних Д (рис. 5) і корінних (опорних) Г шийок, щік В, носка (передньої частини) і хвостовика (задньої частини). Корінні і шатунні шийки разом із щоками утворюють кривошипи.

У валів рядних двигунів шатунних шийок стільки ж, скільки шатунів, у V-подібних — вдвоє менше, оскільки з кожною шийкою з'єднані два шатуни (по одному з кожного ряду циліндрів). Відцентрові сили шатунних шийок зменшують, виконуючи їх пустотілими, а порожнини Б використовують для відцентрового очищення масла, що надходить до шатунного підшипника. У шийках зроблені радіальні отвори, в які вставлені трубки для забору масла із центра порожнини. В шатунних шийках V-подібних двигунів просвердлено по два отвори (кожен для свого шатуна).. Корінні, шатунні шийки вала піддають поверхневому загартуванню струмами високої частоти (СВЧ) на глибину 3—6 мм, а потім шліфують і полірують. У шийках і щоках просвердлені канали А для підведення масла: із блока — до корінних шийок, від них до порожнин Б (грязевловлювачів) і далі через радіальні отвори — до шатунних підшипників. Грязевловлювачі очищають через нарізні отвори, вигвинтивши заглушку, яку фіксують за допомогою шплінта чи кернуванням.

Перехід від шийок до щік плавний і називається галтеллю. Галтелі зменшують напруження металу в місці переходу.

Всі частини колінчастого вала зрівноважені відносно його осі. Під час роботи двигуна відцентрові сили, що виникають при обертанні кривошипів і нижніх частин шатунів, навантажують корінні підшипники. Для зменшення дії цих сил (при великій частоті вони значні) на валах багатьох двигунів зроблені противаги, розміщені на щоках з боку, протилежного шатунним шийкам.

Рис 5. Колінчасті вали із спряженими деталями:

1—шків; 2— пробка; 3 — трубка; 4 — упорні півкільця; 5 —вкладиші корінного підшипника; 6 — маховик; 7—масловідбивач; 8 — установочний штифт; 9 — болт кріплення маховика; 10 — зубчастий вінець; 11 — противаги; 12 —шестірня колінчастого вала; 13 —ведуча шестірня привода масляного насоса; 14 — болт для провертання вала; 15 — роликовий підшипник; 16 — маслянка каналу підведення масла до підшипника; 17 — штифт фіксації півкілець; 18 — храповик; 19 — шестірня привода врівноважувального механізму

На носку колінчастого вала закріплені одна або дві шестірні, масловідбивач, шків і храповик (в дизелях А-41, ЗМЗ-53, ЗИЛ-130) або болт (Д-240) з шестигранною головкою для провертання колінчастого вала. В дизелях СМД-62, ЯМЗ-240Б і КамАЗ-740 шестірня привода розподільного механізму встановлена на хвостовику колінчастого вала.

За заднім корінним підшипником є гребінь, а також маслозгінна різьба (ЗМЗ-53) або накатка (ЗИЛ-130). На хвостовику вала або його фланця установочними штифтами 8 і болтами 9 закріплений маховик. В торці хвостовика всіх двигунів (крім Д-240 і ЯМЗ-240Б) виконано гніздо для підшипника ведучого вала трансмісії.

Осьове переміщення колінчастого вала в блоці (або картері) обмежується фіксованими півкільцями 4. Вони розміщені тільки в одній опорі: по боках заднього (А-41, Д-240, СМД-60, КамАЗ-740), переднього (ЯМЗ-240Б, ЗМЗ-53, ЗИЛ-130) або середнього (СМД-18Н, Д-144) корінного підшипника. Таке кріплення не заважає валу подовжуватися при тепловому розширенні.

На кінцях колінчастого вала, в місцях виходу із блока, установлені масловідбивачі 7, а в передніх і задніх корпусах — ущільнювачі.

5. КОРПУС ДВИГУНА. ЦИЛІНДРИ

Корпус (остов) двигуна складається із нерухомих частин, до яких зсередини і зовні прикріплені деталі його механізмів і агрегати. Частина, що об'єднує всі циліндри, називається блоком циліндрів, а замкнена порожнина, в якій обертається колінчастий вал і знаходиться масло для мащення механізмів,— картером. У двигунів рідинного охолодження ці дві частини мають вигляд одного виливку, що називається блок-картером. Зверху він

Рис.6. Схема блок-картера дизеля рідинного охолодження:

1—вертикальна поздовжня перегородка; 2 —вертикальна поперечна перегородка; 3 — горизонтальна перегородка; 4 — вертикальна нижня перегородка

закритий головкою циліндрів, знизу — піддоном картера, спереду — корпусом (картером) розподільних шестерень, а ззаду — картером маховика.

Підвіска двигуна.Корпус двигунів різних моделей опирається на раму машини через еластичні гумово-металеві амортизатори. Вони знижують шкідливий вплив вібрації двигуна на водія та машину, а також запобігають перевантаженню корпуса двигуна, яка може виникнути внаслідок перекосу рами.

Корпус двигуна невеликої маси (наприклад, Д-21А самохідного шасі Т-16М) ззаду жорстко приєднаний до корпуса трансмісії, а спереду опори не має. Таке кріплення називається консольним.

Рис. 7. Схеми підвіски і пружних елементів опор автомобільних і тракторних двигунів:

а — триточкова підвіска; б — четириточкова підвіска; в — пружний елемент для поглинання вертикальних коливань; г — пружний елемент із підвищеною твердістю в горизонтальній площині; (а — а) —.вісь коливання; ЦТ — центр ваги; д — передня підвіска дизеля Д-240; 1 — амортизатор; ^: 2 — регулювальні прокладки; 3 — контргайка; 4 — регулювальний болт: 5 — болт кріплення; 6 — кронштейн кришки розподілу; 7 — передня опора.

Блок-картер (блок) відлитий із сірого чавуну, а у двигуна ЗМЗ-53 (автомобіль ГАЗ-53) — із алюмінієвого сплаву. В ньому виконані внутрішні перегородки. Через отвори Б (рис. 6) верхньої стінки і Г перегородки 3 в блок установлені циліндри двигуна. Перегородки 2 з виїмками В ділять верхню частину блока на порожнини, призначені для охолодної рідини (води), які названі водяною сорочкою. Перегородка 1 відокремлює ці порожнини від камери штанг розподільного механізму. Перегородки 4 надають блоку більшої жорсткості. Виїмки Д цих перегородок, а також передньої і задньої стінок закриті знизу кришками і утворюють постелі, в яких розміщені корінні підшипники колінчастого вала. Паралельно йому в отворах Е блока розміщується вал газорозподільного механізму, а в отворах А — його штовхачі. Такий блок-картер мають рядні двигуни. Форма блока дворядних двигунів — більш складна, V-подібна (рис. 8, а). В блоках двигунів відлиті канали для надходження охолодної рідини до водяної сорочки, просвердлені отвори і канали для підведення масла до тертьових поверхонь деталей.

Щоб кріпити зовнішні деталі, в блоці є оброблені приливи і площадки з нарізними отворами.

Рис.8. Блок-картер дизеля рідинного охолодження СМД-62 (а) і картер з циліндром дизеля повітряного охолодження Д-144 (б):

1 — кришки корінних підшипників; 2 — блок-картер; 3 — гільзи циліндрів; 4 — циліндр з брами; 5 — картер дизеля; 6 — ущільнювальне кільце

Циліндр. В ньому переміщується поршень і відбуваються процеси робочого циклу двигуна. Внутрішня його поверхня для зменшення тертя і спрацювання відшліфована і відполірована до високого класу шорсткості і називається дзеркалом циліндра на дзеркалі циліндра дизеля КамАЗ-740 знаходяться западини і площадки, розміщені під кутом до осі гільзи.

Рис. 9. Розріз бокової поверхні циліндрів (а) і схема ущільнення верхньої частини гільзи (б):

1 – гільза циліндра; 2 – вставка; 3 – блок циліндрів; 4 – ущільнювальна прокладка; 5 – гумове кільце; 6 – циліндр повітряного охолодження; 7 – картер дизеля; 8 – ущільнення водомасляного стику; 9 – головка циліндра; 10 ущільнення газового стику.

У двигунах повітряного охолодження (Д-144 і Д-2ІА) немає блока циліндрів. Кожен циліндр 4 (рис. 8, б) окремо прикріплений до чавунного картера 5, в якому розміщені колінчастий і розподільний вали.

При роботі дизеля масло утримується у западинах, поліпшуючи припрацювання поршня з кільцями по гільзі.

Рис.10. Головка циліндрів (а) і схема розміщення впускних каналів в головках циліндрів (б): 1 – прокладка головки циліндрів; 2 – головка циліндрів; 3 – втулки клапанів; 4 – стакан форсунки; 5 – гайка стакана; 6 – сідло клапана;

У всіх двигунах рідинного охолодження, що вивчаються, кожен циліндр окремо відлитий із високоміцного чавуну і називається циліндровою гільзою. її встановлюють в блок зверху. Бурт Б (рис. 9) входить у виточку блока 3 (виступаючи над ним на соті частки мм) і через прокладку щільно притискується до нього головкою циліндрів. Кільцевий виступ А запобігає обгорянню прокладки.

Водяна сорочка блока утворюється між його стінками і зовнішньою поверхнею гільз, які в такому випадку називаються мокрими. У автомобільних двигунах ЗМЗ-53 і ЗИЛ-130 у верхню частину мокрої гільзи запресована коротка вставка 2, що не омивається рідиною (суха), яка виготовлена із високоміцного антикорозійного чавуну. Така конструкція гільзи циліндра подовжує строк служби двигуна. Нижня частина гільзи зовні оброблена на конус і вільно входить в нижній отвір блока, але ущільнена одним (Д-240) або двома гумовими кільцями круглого перерізу. Їх розміщують в канавках гільзи або блока. Таке ущільнення дає можливість гільзі при нагріванні подовжуватися без порушення герметичності водяної сорочки. Інколи (в дизелях А-41 і ЯМЗ-240Б) вище цих кілець в широку канавку гільзи вкладають антикавітаційне гумове кільце прямокутного перерізу. (Кавітація — місцеве утворення бульбашок пари, її тиск різко підвищується, що може призвести до утворення раковин на поверхні гільзи циліндра.) Гільза циліндра двигуна ЗМЗ-53 ущільнена в блоці мідною прокладкою 4.

Залежно від внутрішнього діаметра гільзи сортують на розмірні групи, полегшуючи тим самим підбір необхідного зазору між циліндром і поршнем. Позначення групи (Б, С, М) нанесено на верхньому торці.

Циліндри двигуна повітряного охолодження також відлиті із високоміцного чавуну, але для кращої тепловіддачі мають зовні ребра. Нижньою обробленою поверхнею такий циліндр ставлять на картер дизеля, прокладаючи між ними мідне кільце 4, і притягують до нього разом з головкою за допомогою гайок анкерних (силових) шпильок, вгвинчених в картер. На верхньому торці циліндра виконані дрібні кільцеві виступи В, які заглиблюються в метал головки циліндра, забезпечуючи ущільнення між цими деталями без прокладки.

Головкациліндра разом з його стінками і днищем поршня утворює камеру згоряння. У двигунах рідинного охолодження головка циліндрів 2 (рис. 10, а) являє собою виливок з чавуну або алюмінієвого сплаву (ЗМЗ-53, ЗИЛ-130, Д-144, КамАЗ-740). Вона закриває циліндр або ряд циліндрів.

Головку циліндрів ЗИЛ-130 піддають лазерному зміцненню, яке збільшує термін її служби.

У головці циліндрів розміщені клапани розподільного механізму і форсунки (або іскрові свічки запалювання). У карбюраторних двигунах в ній же виконані камери згоряння.

Всередині головки є канали і водяна сорочка. Охолоджувальна рідина підводиться до найбільш нагрітих місць головки — перемичок між сідлами клапанів і до місць розміщення форсунок, а також до інших нагрітих поверхонь цієї деталі. У нижній обробленій поверхні головки виконані отвори (для шпильок або болтів кріплення головки до блока, штанг, форсунок або іскрових свічок запалювання, протікання рідини із водяної сорочки блока) і розточені гнізда для клапанів.

На всіх наведених двигунах (крім Д-240) в гнізда випускних або всіх клапанів запресовані кільця із жаростійкого чавуну. Вони служать сідлами головок клапанів. Для кращого сумішоутворення в циліндрі повітрю, що надходить в нього, надають вихрового руху. Для цього в сідлах впускних клапанів виконані козирки (СМД-60, СМД-62) або впускним каналам головки надають гвинтову форму (КамАЗ-740, СМД-18, Д-245, ЗИЛ-130).

Герметичність прилягання головки циліндрів до блока досягається встановленням між ними жаростійкої прокладки, найчастіше із азбостального полотна. Вона перешкоджає виходу газів із циліндрів назовні і витоку охолоджувальної рідини з водяних сорочок.

На дизелі КамАЗ-740 встановлено комбіноване ущільнення, його металічні кільця (див. рис. 4) запобігають виходу газу, а гумова прокладка — витіканню охолодної рідини і масла.

Головка циліндрів прикріплена до блока шпильками з гайками або болтами (ЗИЛ-130, КамАЗ-740).

Головка циліндра двигунів повітряного охолодженнядля кращого відведення теплоти виконана з ребрами. В неї вгвинчена стальна втулка для кріплення форсунки, а в розточках під клапани запресовані чавунні сідла.

Зверху в головку циліндрів запресовані чавунні або металокерамічні напрямні втулки клапанів.

Маховик. Обертаючись разом з колінчастим валом, він акумулює (нагромаджує) кінетичну енергію, яка витрачається для виведення кривошипно-шатунного механізму з мертвих точок, полегшує пуск двигуна, зменшує нерівномірність обертання колінчастого вала, допомагає подолати підвищення навантаження при рушанні з місця машинно-тракторного агрегату або автомобіля, полегшує подолання короткочасних перевантажень.

Маховик відлитий з чавуну, розміри його залежать від частоти обертання вала і кількості циліндрів (чим більші ці параметри, тим маховики легші). На ободі закріплений стальний зубчастий вінець для обертання вала пусковим пристроєм.

У маховиках деяких двигунів є отвори для провертання колінчастого вала, канали для підведення масла до підшипника розміщеного в торці вала; мітки, глухі отвори чи паз для визначення ВМТ поршня першого циліндра або моменту початку подачі палива (Д-240 і КамАЗ-740). Маховик встановлений на хвостовику колінчастого вала (А-41, Д-144, КамАЗ-740), на його фланці (СМД-62, СМД-18Н, ЗИЛ-130» ЗМЗ-53) або маточині (ЯМЗ-240Б). Маховик відносно колін вала зафіксований установочними штифтами і закріплений болтами. В усіх двигунах (крім ЯМЗ-240Б) на задній площині маховика встановлено зчеплення — частина трансмісії трактора або автомобіля.

6. ГЕРМЕТИЗАЦІЯ КОРПУСА ДВИГУНА.САПУН

Герметизація потрібна для того, щоб із картера двигуна не витікало масло і в нього не потрапив пил чи газ. Привалкові поверхні нерухомих корпусних деталей (корпус шестерень, його кришка, картер маховика, піддон картера) герметично ущільнені прокладками, їх виготовляють із картону, пароніту або пробкової композиції.

Рис.11. Ущільнення кінців колінчастого вала:

1 - масло відбивач; 2 - сальник; 3 - грязевідбивач; 4 - кришка розподільних шестерень; 5 - сальникотримач; 6 - шнуровий сальник; 7 - боковий ущільнювач

Щоб масло не витікало у місцях виходу кінців, колінчастого вала, використовують масловідбивачі різної конструкції, сальники і пружні гумові кільця та манжети. Масловідбивачі 1 (рис. 11) можуть бути штамповані із тонкої сталі тарілчастої форми, а також у формі гребеня Б, розміщеного на задньому кінці вала. Для цього ж на валу проточують маслозгінну різьбу В або роблять накатку. По їх гвинтових канавках при обертанні вала масло повертається в піддон картера.

Щоб запобігти витіканню масла, яке не було затримане, відбивачами, встановлюють сальники або гумові ущільнювачі. Матеріал сальників — повсть або азбестова набивка.

Сапун. Під час роботи двигуна невелика частина газів проривається в картер. Щоб при цьому не підвищувався тиск, який міг би витиснути масло назовні, порожнина картера з’єднана з атмосферою через сапун, в якому є пориста набивка. Вона пропускає назовні гази, якщо тиск в картері більший атмосферного.

Окрім відкритої системи вентиляції картера (через сапун) у деяких карбюраторних двигунів (ЗІЛ-130, ЗМЗ-24) використовують закриту систему вентиляції коли відпрацьовані гази із картера подаються у впускний трубопровід.

2.Питання для закріплення матеріалу.

1. Із яких матеріалів виготовляють поршні? 2. Які позначки наносять на днище поршня? 3. Яку форму має шатун у перерізі? 4. Поверхню якого компресійного кільця покривають шаром пористого хрому? 5. З якою метою на колінчастому валу закріплюють противаги? 6. Які деталі обмежують осьове переміщення колінчастого вала? 7. Із яких матеріалів виготовляють блок-картери автомобільних і тракторних двигунів? 8. Дайте визначення терміна „дзеркало циліндра” 9. Яку гільзу називають мокрою? 10. За допомогою яких деталей досягається герметичність прилягання головки циліндрів до блока? 11. Яке призначення має маховик? 12. В чому полягає різниця закритої і відкритої системи вентиляції картера?

3. Рекомендована література.

Л-1, с.56-79, Л-4 с. 25-33, Л-5 с. 51-64, Л-8 с. 16 -37.

Література

№	Назва
	Трактори та автомобілі. Ч. 1. Навч. посіб. / М.Г. Сандомирський, М.Ф. Бойко., А.Т. Лебедєв та ін..; За ред. проф. А.Т.Лебедєва. – К.: Вища школа, 2000. – 357 с.
	Бойко М.Ф.. Трактори та автомобілі, Ч. 2. Електрообладнання: Навч. посіб. – К.: Вища освіта, 2001. – 243 с.:іл.
	Трактори та автомобілі. Ч. 3. Шасі: Навч. посібник /А.Т.Лебедєв, В.М. Антощенков, М.Ф Бойко та ін.; За ред. проф. А.Т.Лебедєва. – К.: Вища освіта, 2004.-336 с.: іл.
	Білоконь Я.Ю., Окоча А.І. Трактори і автомобілі. – К.: Урожай, 2002, -324 с.
	Білоконь Я.Ю., Окоча А.І. Войцехівський А.І. Трактори і автомобілі. – К.: Урожай, 2003, -556 с.
	Гельман В.М., Москвин М.В. Сільськогосподарські трактори і автомобілі.Кн. 1: Двигуни.- К.: Урожай, 1990. – 300 с.
	Гельман В.М., Москвин М.В. Сільськогосподарські трактори і автомобілі.Кн. 2: Шасі.- К.: Урожай, 1990. – 300 с.
	Тракторы и автомобили. Под ред. Скотникова В. А.-М.: Агропромиздат.: 1985
	Николаенко А. В. Теория, конструкция и расчет автотранспортных двигателей. –М: Колос. 1992.
	Скотников В.А., Мащенский А.А., Солонский А.С. Основы теории и расчета трактора и автомобиля.- М.: Агропромидат, 1986.-363с.
	Водяник І.І. Експлуатаційні властивості тракторів і автомобілів. – К.: Урожай, 1994. -224 с.
	Гуревич А.М., Болотов А.К., Судницын В.И. Конструкция тракторов и автомобилей.- М.: Агропомиздат, 1989. – 368 с.

Саєнко Анатолій Васильович

ТРАКТОРИ І АВТОМОБІЛІ

Частина 1

Конструкція тракторів і автомобілів

Конспект лекцій

Частина 1

Дата добавления: 2014-01-07