Шатун преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала и шарнир-но соединен с этими деталями. При работе шатун совершает сложное движение в плоскости, перпендикулярной оси коленчатого вала, и подвергается воздействию высоких газовых и инерционных сил. Шатун должен обладать высокой прочностью, по возможности малой массой, но одновременно достаточной жесткостью, обеспечивающей стабильность формы и размеров, в частности отверстий под подшипники. В зависимости от типа кривошипно-шатунного механизма и расположения цилиндров можно выделить шатуны рядного типа двигателей с тронковым механизмом; шатуны прицепного типа многорядных двигателей (V-, W- и звездообразных); шатуны двигателей с крейцкопфным механизмом.
На рис. 1, а показана конструкция шатуна двигателя рядного типа, применяемая также и в V-образных двигателях с установленными на одной шатунной шейке коленчатого вала шатунами. В последнем случае приходится смещать левый и правый ряды цилиндров между собой в направлении оси коленчатого вала, что усложняет конструкцию корпуса и механизма передач.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Основными элементами шатуна являются: верхняя (или поршневая) головка/с запрессованной втулкой, в которой перемещается палец; стержень, соединяющий верхнюю головку с нижней (или кривошипной) головкой. С помощью нижней головки и ее крышки шатун соединен с шатунной шейкой коленчатого вала.
Верхнюю головку шатуна делают обычно неразъемной цилиндрической формы. В нее запрессовывают бронзовую втулку; в некоторых конструкциях применяют игольчатые подшипники. Для более рационального распределения нагрузки между бобышками поршня и шатуном верхняя головка часто имеет коническую форму сечения в плоскости оси отверстия под палец, для смазывания которого предусмотрены отверстия 8. Верхнюю головку помимо круглой делают и овальной формы.
Стержень шатуна испытывает осевую и поперечную нагрузки и имеет обычно двутавровое поперечное сечение, хорошо работающее на изгиб в плоскости качания шатуна. Во многих случаях для подачи масла к подшипнику верхней (поршневой) головки шатуна и поршню в теле шатуна на всю длину стержня просверливают канал. В этом случае предусматривается утолщение стенки, соединяющей полки двутавра. Возможны и другие формы сечения стержня (в частности, круглая с отверстием).
Нижнюю головку шатуна делают разъемной; ее габариты должны позволять вынимать поршень с шатуном, как правило, через цилиндр, что определяется условиями сборки двигателя. После установки поршня с шатуном в двигатель к нижней головке крепят ее крышку с помощью шатунных болтов и гаек. По конструкции нижние (кривошипные) головки шатунов отличаются большим разнообразием. Наиболее проста показанная на рис. 1, а плоскосимметричная конструкция. Стремление увеличить диаметр коренных шеек коленчатого вала при форсировании двигателей приводит к уменьшению толщины нижней головки в месте разъема. В связи с этим, а также для обеспечения возможности выемки шатуна через цилиндр широкое распространение получили шатуны с косым разъемом нижней головки (рис. 1, б), у которых стык по условиям прочности расположен под углом 42…50° к оси стержня шатуна. Для восприятия срезывающих сил в плоскости стыка применяют зубчатое (шлицевое) соединение с заданной плотностью прилегания.
В большинстве современных двигателей внутреннего сгорания применяют подшипники скольжения (рис. 2), выполненные в виде разрезных стальных вкладышей, залитых по поверхности, обращенной к шейке коленчатого вала, слоем антифрикционного материала (баббитом, свинцовистой бронзой, сплавом на основе алюминия, кадмия и др.).
В автомобильных и тракторных двигателях применяют тонкостенные вкладыши, устанавливаемые с натягом в расточку нижней головки шатуна (в случае коренных подшипников коленчатого вала — в расточку коренных опор). От осевого смещения и проворачивания под действием сил трения вкладыши удерживаются усиками, входящими в пазы.
В многорядных и звездообразных двигателях применяют шатуны прицепного типа (рис. 3). В этом случае к главному шатуну шарнирно с помощью проушин и пальцев присоединяют соответствующее число (в зависимости от числа рядов цилиндров двигателя) прицепных шатунов. Шатун прицепного типа проще главного по конструкции. Смещение относительно шатунной шейки вала оси сочленения главного и прицепного шатунов делает кинематику поршней боковых цилиндров несколько отличной от кинематики поршня главного цилиндра (обычно в этом случае требуется обеспечение равенства степеней сжатия по всем цилиндрам).
Наибольшим разнообразием отличаются шатуны V-образных двигателей. Компактность двигателя по длине при обеспечении рациональных размеров вдоль образующей подшипников коленчатого вала обеспечивается применением конструкции с шатуном прицепного типа. На рис. 4 показан вариант соединения нижней крышки с кривошипной головкой главного шатуна шпильками-штифтами, работающими на срез. В головку шатуна прицепного типа вставлена втулка, образующая вместе с закрепленным в главном шатуне пальцем подшипник скольжения. Иногда для повышения несущей способности подшипника шатуна осуществляют жесткое соединение шатуна прицепного типа с пальцем, обеспечивая подвижность последнего в проушинах кривошипной головки главного шатуна.
Читайте также: Балансировка карданных валов в арзамасе
Идентичность кинематики поршней обоих рядов цилиндров V-образного двигателя обеспечивается применением центрально-сочлененных шатунов. Недостатком такой конструкции является относительно низкая жесткость кривошипных головок. Раздвоенная головка вильчатого шатуна сложна по форме, а ее элементы подвержены повышенным изгибным нагрузкам. Вильчатые шатуны отличаются расположением полок стержня по отношению к головкам.
В отличие от тронковых двигателей шатуны крейцкопфных двигателей имеют разъемные верхнюю (крейцкопфную) и нижнюю, называемую в судовых дизелях мотылевой, головки.
На рис. 5 представлена конструкция шатуна и крейцкопфа с двусторонним и односторонним ползунами. Верхняя головка шатуна имеет вильчатую форму и соединена через поперечину с ползуном, опоры которого (башмаки), покрытые слоем баббита, перемещаются по специальным направляющим. Смазывание ползунов осуществляется через поперечины. Ползуны и поперечины изготовляют из стали, при этом на поперечины идет более качественная, легированная сталь.
Стержни шатунов крейцкопфных двигателей стальные, точеные, круглого сечения. Для регулирования степени сжатия двигателя между стержнем шатуна и его отъемной нижней (мотылевой) головкой ставят прокладки.
Для соединения разъемных головок шатунов всех типов в подавляющем большинстве случаев применяют шатунные болты.
Сила предварительной затяжки болтов должна обеспечить плотность стыка при длительной работе соединения. Шатунные болты изготовляют из высококачественных сталей и тщательно обрабатывают.
Коленчатый вал является наиболее напряженной деталью, трудоемкой в изготовлении. При работе вал нагружается переменными силами и моментами, подвержен крутильным, изгибным и продольным колебаниям, которые при неблагоприятных условиях (резонансные и близкие к ним режимы работы) могут существенно увеличить напряжения в вале от основных газовых и инерционных усилий. Шейки вала под действием трения подвержены износу. Поэтому коленчатый вал должен обладать высокой прочностью, жесткостью и износостойкостью.
Основным элементом коленчатого вала является колено, состоящее из коренной, шатунной шеек и щек. Последние могут быть выполнены как одно целое с противовесами для уравновешивания моментов, центробежных и инерционных сил; часто противовесы выполняют отдельно и крепят к щекам болтами. Современные двигатели имеют, как правило, полноопорные коленчатые валы. Число и взаимное расположение колен зависят от числа цилиндров, их расположения и тактности двигателя.
При этом важны равномерность вспышек по цилиндрам двигателя, а также уравновешенность сил и моментов инерции. Так, вал V-образного восьмицилиндрового четырехтактного автомобильного дизеля (рис. 6) имеет крестообразную форму, что при угле развала цилиндров 90° обеспечивает равномерное чередование вспышек.
На переднем конце вала располагают шкив привода вентилятора и генератора, зубчатое колесо привода масляного насоса, масляный отражатель. Часто на переднем конце вала, совершающем наибольшие по амплитуде отклонения при крутильных колебаниях, устанавливают специальные гасители колебаний. Они поглощают энергию колебаний, подводимую к валу двигателя извне, благодаря трению между элементами гасителя и тем самым уменьшают амплитуду колебаний. На рис. 7 показаны различные конструкции гасителей колебаний.
В настоящее время наиболее широко применяют гасители колебаний жидкостного трения, у которых равномерно вращающийся при работе двигателя маховик помещен в герметичный корпус, заполненный кремнийорганической жидкостью (силиконом). При колебаниях стенки корпуса перемещаются относительно равномерно вращающегося маховика, вовлекая в движение слои силикона и совершая работу трения.
Уменьшить опасность крутильных колебаний можно также созданием инерционных реактивных моментов в определенном сечении вала. Для этого в соответствующем месте устанавливают гасители колебаний маятникового или упругомассового типа.
Передний конец коленчатого вала уплотняют резиновым сальником, располагая его в специальной крышке. Уплотнение заднего конца коленчатого вала осуществляется также с помощью маслоотражателя и сальника; иногда применяют маслосгонную резьбу по направлению, обратному вращению вала. Вал вращается в коренных подшипниках, состоящих из двух тонкостенных стальных разрезных вкладышей, залитых, как и шатунные вкладыши, антифрикционным сплавом. Вкладыши устанавливают в расточках картера и в специальных подвесках, соединенных с картером шпильками. От осевых перемещений, возникающих вследствие применения косозубых шестерен, усилий в сцеплении и т. д. вал удерживается кольцами вкладыша, поверхность которых, обращенная к опорному поясу щеки коленчатого вала, покрыта антифрикционным сплавом.
Место положения упорного подшипника по длине вала может быть различным и зависит от компоновки двигателя. Подшипники вала смазываются под давлением; при этом смазочный материал подводится к коренным опорам, а затем по масляным полостям в коленах подается на шатунные шейки. Специальные грязезащитные полости в шейках коленчатого вала служат для улавливания частиц металла, нагара и других механических примесей и тем самым улучшают условия работы подшипников.
Читайте также: Обозначение крестовины карданного вала
В тепловозных и среднеоборотных судовых двигателях применяются также цельные коленчатые валы. В крупных малооборотных судовых дизелях вследствие чрезвычайно больших габаритов и массы применяют составные коленчатые валы, состоящие из отдельных шеек, и отлитых из стали щек, соединенных между собой запрессовкой с натягом.
Иногда шатунную шейку и щеки отливают как одно целое, и вал в этом случае называют полусоставным.
Коленчатые валы изготовляют ковкой и штамповкой из стали, а также литьем из специального высокопрочного чугуна. При получении литых валов существенно сокращаются затраты на механическую обработку при обеспечении рациональных геометрических форм элементов вала, но литые валы уступают по прочности штампованным.
Видео:Затяжка шатунов, проверка правильности установки поршнейСкачать
Как работает и устроен кривошипно-шатунный механизм двигателя
Двигатели внутреннего сгорания, используемые на автомобилях, функционируют за счет преобразования энергии, выделяемой при горении горючей смеси, в механическое действие – вращение. Это преобразование обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом (КШМ), который является одним из ключевых в конструкции двигателя автомобиля.
Видео:Шатун поставил замком в другую сторону Что будетСкачать
Устройство КШМ
Кривошипно-шатунный механизм двигателя состоит из трех основных деталей:
- Цилиндро-поршневая группа (ЦПГ).
- Шатун.
- Коленчатый вал.
Все эти компоненты размещаются в блоке цилиндров.
Назначение ЦПГ — преобразование выделяемой при горении энергии в механическое действие – поступательное движение. Состоит ЦПГ из гильзы – неподвижной детали, посаженной в блок в блок цилиндров, и поршня, который перемещается внутри этой гильзы.
После подачи внутрь гильзы топливовоздушной смеси, она воспламеняется (от внешнего источника в бензиновых моторах и за счет высокого давления в дизелях). Воспламенение сопровождается сильным повышением давления внутри гильзы. А поскольку поршень это подвижный элемент, то возникшее давление приводит к его перемещению (по сути, газы выталкивают его из гильзы). Получается, что выделяемая при горение энергия преобразуется в поступательное движение поршня.
Для нормального сгорания смеси должны создаваться определенные условия – максимально возможная герметичность пространства перед поршнем, именуемое камерой сгорания (где происходит горение), источник воспламенения (в бензиновых моторах), подача горючей смеси и отвод продуктов горения.
Герметичность пространства обеспечивается головкой блока, которая закрывает один торец гильзы и поршневыми кольцами, посаженными на поршень. Эти кольца тоже относятся к деталям ЦПГ.
Шатун
Следующий компонент КШМ – шатун. Он предназначен для связки поршня ЦПГ и коленчатого вала и передает механических действий между ними.
Шатун представляет собой шток двутавровой формы поперечного сечения, что обеспечивает детали высокую устойчивость на изгиб. На концах штока имеются головки, благодаря которым шатун соединяется с поршнем и коленчатым валом.
По сути, головки шатуна представляют собой проушины, через которые проходят валы обеспечивающие шарнирное (подвижное) соединение всех деталей. В месте соединения шатуна с поршнем, в качестве вала выступает поршневой палец (относится к ЦПГ), который проходит через бобышки поршня и головку шатуна. Поскольку поршневой палец извлекается, то верхняя головка шатуна – неразъемная.
В месте соединения шатуна с коленвалом, в качестве вала выступают шатунные шейки последнего. Нижняя головка имеет разъемную конструкцию, что и позволяет закреплять шатун на коленчатом валу (снимаемая часть называется крышкой).
Коленчатый вал
Назначение коленчатого вала — это обеспечение второго этапа преобразования энергии. Коленвал превращает поступательное движение поршня в свое вращение. Этот элемент кривошипно-шатунного механизма имеет сложную геометрию.
Состоит коленвал из шеек – коротких цилиндрических валов, соединенных в единую конструкцию. В коленвале используется два типа шеек – коренные и шатунные. Первые расположены на одной оси, они являются опорными и предназначены для подвижного закрепления коленчатого вала в блоке цилиндров.
В блоке цилиндров коленчатый вал фиксируется специальными крышками. Для снижения трения в местах соединения коренных шеек с блоком цилиндров и шатунных с шатуном, используются подшипники трения.
Шатунные шейки расположены на определенном боковом удалении от коренных и к ним нижней головкой крепится шатун.
Коренные и шатунные шейки между собой соединяются щеками. В коленчатых валах дизелей к щекам дополнительно крепятся противовесы, предназначенные для снижения колебательных движений вала.
Шатунные шейки вместе с щеками образуют так называемый кривошип, имеющий П-образную форму, который и преобразует поступательного движения во вращение коленчатого вала. За счет удаленного расположения шатунных шеек при вращении вала они движутся по кругу, а коренные — вращаются относительно своей оси.
Читайте также: Топ 10 автомобильных компрессоров для оф род
Количество шатунных шеек соответствует количеству цилиндров мотора, коренных же всегда на одну больше, что обеспечивает каждому кривошипу две опорных точки.
На одном из концов коленчатого вала имеется фланец для крепления маховика – массивного элемента в виде диска. Основное его назначение: накапливание кинетической энергии за счет которой осуществляется обратная работа механизма – преобразование вращения в движение поршня. На втором конце вала расположены посадочные места под шестерни привода других систем и механизмов, а также отверстие для фиксации шкива привода навесного оборудования мотора.
Видео:Установка поршней на шатуны в классике. ваз 2101-2121-2109Скачать
Принцип работы механизма
Принцип работы кривошипно-шатунного механизма рассмотрим упрощенно на примере одноцилиндрового мотора. Такой двигатель включает в себя:
- коленчатый вал с двумя коренными шейками и одним кривошипом;
- шатун;
- и комплект деталей ЦПГ, включающий в себя гильзу, поршень, поршневые кольца и палец.
Воспламенение горючей смеси выполняется когда объем камеры сгорания минимальный, а обеспечивается это при максимальном поднятии вверх поршня внутри гильзы (верхняя мертвая точка – ВМТ). При таком положении кривошип тоже «смотрит» вверх. При сгорании выделяемая энергия толкает вниз поршень, это движение передается через шатун на кривошип, и он начинает двигаться по кругу вниз, при этом коренные шейки вращаются вокруг своей оси.
При провороте кривошипа на 180 градусов поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ). После ее достижения выполняется обратная работа механизма. За счет накопленной кинетической энергии маховик продолжает вращать коленвал, поэтому чему кривошип проворачивается и посредством шатуна толкает поршень вверх. Затем цикл полностью повторяется.
Если рассмотреть проще, то один полуоборот коленвала осуществляется за счет выделенной при сгорании энергии, а второй – благодаря кинетической энергии, накопленной маховиком. Затем процесс повторяется вновь.
Ещё кое-что полезное для Вас:
Видео:Правильная установка шатунов!!! + Не правильная инфа в Интернете!Скачать
Особенности работы двигателя. Такты
Выше описана упрощенная схема работы КШМ. В действительности чтобы создать необходимые условия для нормального сгорания топливной смеси, требуется выполнение подготовительных этапов – заполнение камеры сгорания компонентами смеси, их сжатие и отвод продуктов горения. Эти этапы получили название «такты мотора» и всего их четыре – впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск. Из них только рабочий ход выполняет полезную функцию (именно при нем энергия преобразуется в движение), а остальные такты – подготовительные. При этом выполнение каждого этапа сопровождается проворотом коленвала вокруг оси на 180 градусов.
Конструкторами разработано два типа двигателей – 2-х и 4-тактный. В первом варианте такты совмещены (рабочий ход с выпуском, а впуск – со сжатием), поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за один полный оборот коленвала.
В 4-тактном двигателе каждый такт выполняется по отдельности, поэтому в таких моторах полный рабочий цикл выполняется за два оборота коленчатого вала, и только один полуоборот (на такте «рабочий ход») выполняется за счет выделенной при горении энергии, а остальные 1,5 оборота – благодаря энергии маховика.
Видео:Как замерить зазор между вкладышем и коленвалом ВЕК ЖИВИ ВЕК УЧИСЬ @user-fc5yc8os8bСкачать
Основные неисправности и обслуживание КШМ
Несмотря на то, что кривошипно-шатунный механизм работает в жестких условиях, эта составляющая двигателя достаточно надежная. При правильном проведении технического обслуживания, механизм работает долгий срок.
При правильной эксплуатации двигателя ремонт кривошипно-шатунный механизма потребуется только из-за износа ряда составных деталей – поршневых колец, шеек коленчатого вала, подшипников скольжения.
Поломки составных компонентов КШМ происходят в основном из-за нарушения правил эксплуатации силовой установки (постоянная работа на повышенных оборотах, чрезмерные нагрузки), невыполнения ТО, использования неподходящих горюче-смазочных материалов. Последствиями такого использования мотора могут быть:
- залегание и разрушение колец;
- прогорание поршня;
- трещины стенок гильзы цилиндра;
- изгиб шатуна;
- разрыв коленчатого вала;
- «наматывание» подшипников скольжения на шейки.
Такие поломки КШМ очень серьезны, зачастую поврежденные элементы ремонту не подлежат их нужно только менять. В некоторых случаях поломки КШМ сопровождаются разрушениями иных элементов мотора, что приводит мотор в полную негодность без возможности восстановления.
Чтобы кривошипно-шатунный механизм двигателя не стал причиной выхода из строя мотора, достаточно выполнять ряд правил:
- Не допускать длительной работы двигателя на повышенных оборотах и под большой нагрузкой.
- Своевременно менять моторное масло и использовать смазку, рекомендованную автопроизводителем.
- Использовать только качественное топливо.
- Проводить согласно регламенту замену воздушных фильтров.
Не стоит забывать, что нормальное функционирование мотора зависит не только от КШМ, но и от смазки, охлаждения, питания, зажигания, ГРМ, которым также требуется своевременное обслуживание.
- Свежие записи
- Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
- Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
- Какие моторы бывают у стиральных машин
- Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
- Как снять стопорную шайбу с вала
🎦 Видео
Дефектовка шатунов,определение элипса вкладышной стороны.Скачать
Как правильно ставить поршневые пальцы в шатуны на горячую .Скачать
Как проводится дефектовка коленчатых валовСкачать
Капиталка двигателя 🛠️🚐 с профессиональным подходом! 💯☝️ Мастер-класс от Artem Pankovich 💪Скачать
Как при сборке закусывает коленвал...Скачать
натяг пальца в поршне 21083.Скачать
Коленчатый вал мотоцикла М-72 ,К-750 ,Днепр-12.Допустимый люфт нижней головки шатунаСкачать
Какой стороной ставить шатуны. Ошибка в мануале Delica L400 4m40t???Скачать
Сборка поршня с шатуном Ваз - самый быстрый и эффективный способ!Скачать
Проверка шатунаСкачать
Шатуны VAG на ваз. ремонт замена втулокСкачать
Люфт шатунов коленвалаСкачать
Доработка шатунов НивыСкачать
Два Шатуна с одинаковой цифрой в Двигатель Что будетСкачать
Влияние R/S и веса поршневой на мощность двигателяСкачать
