 |
Кривошипно-шатунный механизм
|
|
|
|
Рассмотрев в общих чертах принципы работы (см. Часть 1 настоящего пособия), уместно будет рассмотреть вопросы устройства конструкции поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Типичный ДВС состоит из следующих конструктивных элементов. Во-первых, неподвижных деталей, к которым нужно отнести корпусные детали – остов двигателя, крышку или головку цилиндров и гильзу цилиндра. Во-вторых, двух механизмов двигателя: кривошипно-шатунного (КШМ) и газораспределительного (ГРМ). В-третьих, цилиндро-поршневой группы (ЦПГ). И, наконец, из систем, обеспечивающих работу двигателя: смазки, охлаждения, впуска, выпуска, запуска двигателя, реверсирования, топливной, наддува, автоматического регулирования, управления и контроля, рециркуляции отработавших газов, вентиляции картера, уравновешивания и др. Сразу необходимо отметить, что часть систем являются обязательными для любой конструкции двигателя, а часть систем может быть в конструкцию и не включена. К обязательным системам двигателя относятся система смазки, охлаждения, система впуска и выпуска, топливная система.
Остов двигателя это самая главная, металлоемкая и сложная деталь или узел двигателя, в котором размещены механизмы, ЦПГ и системы двигателя (частично). Остов двигателя является тяжелонагруженным узлом, как в термическом, так и в механическом плане, так как полностью замыкает на себе действие газовых сил в цилиндрах.
В самом простом случае, остов двигателя это единая деталь - блок цилиндров, в которой выполнены расточки отверстий цилиндров, отверстий коренных постелей вкладышей коленвала, отверстий подшипников распредвала, а при отливке этой детали, установленная стержневая система образует внутренние полости системы охлаждения, см. рис. 7.1.
|
|
|
Рис. 7.1. Блок цилиндров 6-ти цилиндрового V-образного двигателя
Такая конструкция обеспечивает наибольшую жесткость из всех возможных вариантов, при этом является самой простой и экономически выгодной, однако при больших габаритах, деталь становится крайне сложной в ремонте цилиндропоршневой группы. Поэтому область использования такого варианта конструкции ограничивается высокооборотными малоразмерными двигателями. В целях обеспечения ремонтабельности ЦПГ, в рассмотренном варианте конструкции вместо расточки отверстия цилиндра выполняется расточка под установку тонкостенной сменной гильзы (для диаметра цилиндра порядка 120 мм, толщина стенки гильзы может составлять 1,5….3 мм). В расточку либо запрессовывается, либо устанавливается с минимальным зазором, обычно не более 0,02 мм готовая к использованию деталь, которую называют тонкостенной гильзой. Тонкостенная гильза цилиндров показана на рис. 7.2.
Рис. 7.2. Тонкостенная гильза цилиндра
В случае включения в конструкцию двигателя тонкостенной гильзы цилиндров, при ремонте исключается операция сложной механической обработки блока цилиндров под ремонтный размер ЦПГ, а используется уже готовая, серийно изготовленная ремонтная деталь. Такой вариант конструкции, как и предыдущий, обладает хорошей жесткостью и, следовательно, обеспечивает высокие ресурсы, но использование тонкостенной гильзы связано с ухудшением условий теплоотвода от рабочего тела ввиду возникновения контактной теплопроводности между стенками гильзы и блока. При нагреве и остывании тонкостенной гильзы в зазор между блоком возможно попадание масла, что повышает тепловое сопротивление и, как следствие, увеличивает температуру гильзы. При этом неравномерное охлаждение гильзы провоцирует искажение ее геометрии, что сказывается на параметры двигателя и на прочностные характеристики самой гильзы.
|
|
|
Рассмотренные выше конструкции остова двигателя свойственны, в основном, малоразмерным двигателям с диаметром цилиндра порядка 90 - 130 мм. Следующий вариант конструкции блока цилиндров используется для двигателей как малоразмерных, так и для диаметра цилиндра 300 мм и более. А именно, в блоке формируется место для установки толстостенной гильзы цилиндра, которая способна выдерживать давление газа, развиваемое в цилиндре двигателя. После установки в блок, гильза формирует полость охлаждения, и наружная стенка толстостенной гильзы непосредственно омывается охлаждающей жидкостью. Поэтому такая гильза называется «мокрой», рис. 7.3.
Рис. 7.3. Толстостенная «мокрая» гильза цилиндра
В нижней части «мокрой» гильзы, которая уходит в расточку блока, организуется уплотнение, препятствующее проникновению охлаждающей жидкости в поддон двигателя. Как правило, оно представляет собой несколько резиновых колец, устанавливаемых в специальные канавки, проточенные на внешней посадочной поверхности гильзы. В этом случае гильза имеет подвижность в осевом направлении и, как следствие, способна компенсировать разность термических деформаций блока и гильзы. Редко можно встретить конструкцию торцевого уплотнения гильзы, когда между торцевой поверхностью в нижней части гильзы и опорной поверхностью под гильзу в блоке устанавливается уплотнительная шайба. Но такая конструкция менее предпочтительна, так как для уплотнения узла, к гильзе цилиндров должна быть приложена через верхний торец сила, которая может вызвать деформацию.
Уплотнение полости охлаждения в верхней части гильзы может производиться по верхнему бурту за счет установки между поверхностями гильзы и блока уплотнительной шайбы, а может быть проигнорировано, если между блоком и крышкой или головкой цилиндра установлена цельная прокладка.
В нижней части рассматриваемой конструкции цельного блока цилиндров отлиты поперечные перегородки, в которых выполняют расточку постелей вкладышей коренных подшипников. При этом расточка выполняется совместно с установленными крышками подшипников, которые притягиваются в строго фиксированном положении к поперечным перегородкам специальными резьбовыми соединениями. Очевидно, что ввиду совместной расточки крышки коренных подшипников индивидуальны и не взаимозаменяемы. Таким образом, в таких конструкциях остова двигателя коленчатый вал двигателя оказывается подвешенным к блоку.
|
|
|
Для больших среднеоборотных (СОД) и малооборотных (МОД) двигателей конструкция остова двигателя отлична от вышеописанных. В основном это связано с невозможность обеспечить надлежащую прочность цельного блока при больших габаритах отливки и крайне существенных газовых силах, действующих в двигателе (газовые силы увеличиваются пропорционально квадрату диаметра цилиндра.)
В классическом варианте остов СОД состоит из фундаментной рамы, которая представляет собой две продольные и несколько поперечных жестких профильных балок. В поперечных балках выполнены расточки постелей вкладышей коренных подшипников коленчатого вала (совместно с индивидуальными крышками). При этом количество поперечных балок определяется количеством коренных шеек коленчатого вала, которые, равно как и сами подшипники, в этой связи, по иному называют рамовыми. В отличие от ранее рассмотренных конструкций, где коленчатый вал подвешивался к блоку цилиндров, в такой конструкции, коленчатый вал укладывается в фундаментную раму.
На фундаментную раму посредством длинных шпилек (которые называют анкерными связями) закрепляют блок-картер. Обратите внимание на то, что при такой конструкции действие газовых сил в двигателе воспринимает не блок-картер, а анкерные связи. В блоке-картере выполнены расточки для установки гильз цилиндров, которые практически не отличаются по конструкции от рассмотренных выше «мокрых» гильз.
Возможные варианты конструкций остовов СОД достаточно многообразны. Так, например можно встретить конструкции, где блок-картер состоит из двух частей: станины и блока цилиндров. Если фундаментная рама объединена со станиной, то такой конструктивный элемент остова двигателя называют блок-рамой.
|
|
|
Гильза цилиндров двигателя является одной из самых ответственных деталей остова двигателя. Внутренняя поверхность гильзы имеет очень точное как по размеру, так и по геометрии отверстие, которое подвергают специальной финишной мехобработке с созданием специальной маслоудерживающей сетки. Как правило, такая поверхность получается в результате многоступенчатой обработки внутренней поверхности гильзы специальным абразивным инструментом, который называется хоном, а обработка – хонингованием. Наружная поверхность гильзы, контактирующая с охлаждающей жидкостью, покрывается гальванически хромом, который препятствует образованию кавитационных разрушений. Можно встретить конструкции цилиндровой гильзы, когда она изготовлена с полостями охлаждения. Гильза цилиндра двухтактного двигателя в нижней части имеет специальные окна, через которые осуществляется продувка двигателя и наполнение его свежим зарядом цилиндра.
Со стороны расположения коленчатого вала остов двигателя закрывается масляным поддоном, где скапливается масло, подающееся на смазку и охлаждение деталей кривошипно-шатунного механизма, деталей ЦПГ, газораспределения и др. При использовании рамной конструкции, функцию масляного поддона может выполнять фундаментная рама. С противоположной стороны остова располагается крышка или головка (головки) цилиндра.
Крышка цилиндра представляется достаточно сложной и тяжело нагруженной как в термическом, так и в механическом плане деталью двигателя. В крышке цилиндра расположены все детали клапанного механизма, впускные (для четырехтактных двигателей) и выпускные каналы, элементы топливной аппаратуры (форсунки, насос-форсунки), индикаторные краны, пусковые клапана, а также полости системы охлаждения двигателя. Крышки цилиндра могут быть конструктивно объединены в группы, и закрывать одновременно два, три и более цилиндров, как это показано на рис. 7.4.
Рис. 7.4. Головка блока цилиндров малоразмерного ВОД
Обычно такая конструкция используются для ВОД, а в конструкции малоразмерных ВОД часто используется головка блока, закрывающая сразу все цилиндры двигателя.
Крышки или головки цилиндров крепятся к блоку цилиндров резьбовыми соединениями – болтами или шпильками. Момент затяжки соединения и порядок затяжки строго регламентирован заводом-изготовителем, так как сила прижима должна обеспечить герметичность газового стыка между гильзой и головкой в любых условиях и на любых режимах работы, при этом не деформировать плоскости прилегания головки и блока.
|
|
|
Уплотнение газового стыка цилиндра является крайне ответственным местом. Пробой уплотнения влечет за собой весьма продолжительный и дорогостоящий ремонт, не редко связанный с восстановлением плоскостности поверхностей. На малоразмерных ВОД между плоскостями блока цилиндров и головкой устанавливается окантованная по газовому стыку прокладка из специального прокладочного материала – асбостального листа или его заменителя. В последнее время нередко используются многослойные прокладки из тонких профилированных стальных листов. В такой конструкции уплотнения прокладка головки блока цилиндров помимо уплотнения газового стыка выполняет функцию уплотнения соединительных каналов системы охлаждения между блоком и головкой, а, зачастую, и функцию регулирования потоков охлаждающей жидкости для равномерности охлаждения всех цилиндров и головки блока двигателя. Также прокладкой уплотняются каналы слива масла из головки в масляный поддон.
Конструкция уплотнения газового стыка в большеразмерных ВОД, ДПО и СОД отлична от описанной выше. В качестве уплотнительного элемента у этих двигателей используется кольцо из красной меди или стали, которое устанавливается и зажимается между гильзой и крышкой цилиндра, обеспечивая уплотнение газового стыка. При этом масляные и водяные каналы уплотняют отдельными элементами в виде стальных обрезиненных втулок, называемых «бочатами». Необходимо упомянуть также о конструкции подвесной гильзы, которая применяется, например, на двигателях семейства ЧН26/26. В верхнем бурте гильзы цилиндра ввернуты шпильки крепления, этими шпильками она притягивается к крышке цилиндра, которая, в свою очередь, крепиться к блоку цилиндров. Такая конструкция обеспечивает минимальные деформации гильзы цилиндров и долговечность уплотнения газового стыка.
Отдельным пунктом нужно сказать о существующей конструкции двигателей, в которой отсутствует уплотнение газового стыка, так как крышка или головка цилиндров выполнена заодно целое с блоком цилиндров. Такая конструкция перешла из авиационных двигателей и называется моноблоком. В такой конструкции поршень монтируется вместе с шатуном со стороны установки коленчатого вала.
Теперь о материалах, используемых в конструкции остова двигателя. Основным литейным материалом для изготовления остова двигателя является чугун (как высокопрочный, так и серый). Гильзы цилиндра изготавливают из легированных чугунов. Также тонкостенные гильзы цилиндров изготавливают из стали 38ХМЮА.
Для легких малоразмерных ВОД корпусные детали часто изготавливают из литейного алюминия АЛ2. и др., а гильзы, изготовленные из чугуна или устанавливаются или заливаются в блок цилиндров. В последнее время нередко можно встретить зеркало цилиндра, выполненное прямо в алюминиевом блоке, при этом поверхность алюминия насыщается кремнием и подвергается специальной химико-термической обработке, но такая конструкция свойственна в основном для бензиновых двигателей.
Рассмотрим конструкцию кривошипно-шатунного механизма (КШМ). Главное назначение КШМ состоит в преобразовании поступательного движения поршня во вращательное движение коленвала с фланцем отбора мощности. Основными деталями КШМ являются коленчатый вал, подшипники коленчатого вала (коренные или рамовые и шатунные или мотылевые), и собственно шатун. Также к КШМ можно отнести крейцкопф в конструкции крейцкопфных двигателей.
Коленчатый вал (КВ) поршневого двигателя является достаточно сложной и дорогостоящей деталью (стоимость коленвала в отдельных случаях может составлять 60 и более процентов от стоимости двигателя). Коленчатый вал представляет собой определенную последовательность коренных (рамовых) и шатунных шеек. При этом количество шатунных шеек для рядных двигателей определяется количеством цилиндров. Коленчатый вал четырехтактного четырехцилиндрового двигателя представлен на рис. 7.5.
Рис. 7.5. Коленчатый вал четырехцилиндрового двигателя
Коренные шейки коленчатого вала являются опорными, которыми, собственно, и обеспечивается возможность вращательного движения вала в подшипниках. Шатунные шейки соединены с коренными жесткими элементами, которые называются щеками. Если в рядном двигателе шатунная шейка соединяется с двух сторон с коренными, то такой вал называется полноопорным (см. рис 7.5.), а фрагмент КВ, состоящий из двух коренных и одной шатунной шейки, соединенных двумя щеками называют коленом. Обратите внимание, что полноопорный коленчатый вал рядного двигателя всегда имеет на одну коренную шейку больше, чем количество шатунных шеек. Расстояние между осями коренных и шатунной шейки определяет ход поршня и называется радиусом кривошипа. В конструкции V – образных двигателей цилиндры левого и правого блока, как правило, смещены вдоль линии вала, тогда на одну шатунную шейку коленчатого вала могут устанавливаться по два шатуна, нередко несимметричной формы. Такая конструкция называется конструкцией с рядом стоящими шатунами. Кроме того, иногда на таких валах изготавливаются две рядом стоящие шатунные шейки с определенным угловым смещением, соединенные друг с другом щекой (рис.7.6.).
Рис. 7.6. Коленчатый вал шестицилиндрового V-образного двигателя
Аналогичная конструкция встречается и в рядных двигателях и тогда вал называется не полноопорным. В двигателях W, X- образных и в звездах используются прицепные шатуны.
Конструкция коленчатого вала помимо прочности и жесткости должна обеспечивать, во-первых, равномерность и определенную последовательность совершения рабочих ходов во всех цилиндрах двигателя и, во вторых, минимизацию действующих сил инерции в КШМ. Первое условие определяет, так называемую, заклинку шеек коленчатого вала через определенное количество градусов в соответствии с числом цилиндров и тактностью двигателя, а также последовательностью работы цилиндров. Во исполнение второго условия, коленчатый вал стремятся, по возможности, конструировать зеркально-симметричным. В этом случае сила инерции поступательно движущегося поршня одного из цилиндров будет компенсирована движением поршня (поршней) других цилиндров. Для компенсации сил инерции вращательного движение и разгрузки от сил инерции коренных подшипников коленчатого вала на щеках КВ изготавливают или устанавливают специальные противовесы.
Заготовки коленчатого вала современных двигателей изготавливают либо методом высокоточного литья, либо ковки из стали или высокопрочного легированного чугуна. Коленчатые валы крупных двигателей изготавливают сборными. Поверхности шеек коленчатого вала подвергают химико-термической или просто термической обработке, в зависимости от материала, из которого изготовлен вал и выбранной технологии. Это позволяет повысить твердость поверхности, что обеспечивает повышенную износостойкость, а, следовательно, длительный ресурс работы вала. Рабочие поверхности вала шлифуются, а затем полируются, выдерживая строгую геометрию и размер (диаметр). Места перехода шейки в щеку коленчатого вала выполняют радиусным, эти места называют галтелями. Галтели вала являются концентраторами напряжений, поэтому правильная их обработка обеспечивает требуемую стойкость КВ к усталостным трещинам и разрушениям.
Подача смазки к шатунным подшипникам коленчатого вала осуществляется через специальные сверления в теле вала, соединяющие коренные шейки с шатунными. При этом сверления выполняются либо прямыми, либо ступенчатыми. Например, можно сделать сквозное поперечное сверление коренной шейки, а затем из шатунной шейки отсверлиться в это поперечное сверление, соединив, таким образом, коренную шейку с шатунной масляным каналом. Можно сделать поперечные сверления и в шатунной и в коренной шейках, а затем соединить эти сверления отверстием, начинающимся в щеке КВ. В таком варианте требуется установка заглушки канала со стороны щеки, при этом часть отверстия масляного канала превращается в своеобразный грязеуловитель. Не редко, шатунная шейка изготавливается полой с заглушками, что позволяет облегчить деталь и, тем самым, уменьшить силы инерции от вращающихся масс.
Коленчатый вал заканчивается с одной стороны фланцем отбора мощности, на который устанавливается маховик. Как правило, маховик представляет массивный диск, момент инерции которого позволяет выводить КШМ из ВМТ и НМТ. Поскольку набегающий от цилиндров крутящий момент ДВС не постоянен, а прикладывается циклически, в валу возникают крутильные колебания. Для сокращения воздействия на вал крутильных колебаний, с противоположной стороны от маховика, устанавливается демпфер крутильных колебаний, который представляет вращающуюся на коленчатом валу упруго закрепленную массу. Демпферы бывают пружинные или установленные на упругий материал (резина, силикон и др.). В момент максимального ускорения вращения коленчатого вала упругий элемент, скручиваясь, накапливает энергию, а в последствии, при замедлении вращения, ее отдает, тем самым, разгружая вал.
Маховик является наружной деталью двигателя, также противоположный конец коленчатого вала может иметь выход за пределы объема, заполненного барботажным маслом – масляным туманом. Для предотвращения протечек масла из двигателя на переднем и заднем концах КВ устанавливаются масляные уплотнения в виде резиновых сальников, сальниковых набивок (кольца Бургмена или полукольца) либо маслосгонных резьб. На коленчатом валу обязательно устанавливается строго ориентируемая шестерня (шестерни) для привода механизма газораспределения и вспомогательных агрегатов.
Коренные шейки коленчатого вала вращаются в подшипниках скольжения (редко, качения). Подшипник скольжения, как таковой, состоит из мягкого антифрикционного слоя, образующего отверстие подшипника, в котором с определенным зазором вращается вал с твердой поверхностью. При этом зазор в подшипнике заполняется смазывающим маслом под давлением. Масло в коренной подшипник скольжения подается из масляной магистрали блока через отдельный канал для каждой шейки. В ранних конструкциях двигателей антифрикционный слой, состоящий из сплава на основе олова (баббиты) заливался непосредственно в отверстия расточки блока или фундаментной рамы. Такая конструкция крайне затрудняет проведение ремонта механизма, так как требует восстановление заливки непосредственно в блоке и последующей высокоточной расточки. Поэтому производители двигателей от таких конструкций подшипников давно отказались (но такие подшипники еще можно встретить в компрессорах). Вместо заливки антифрикционного материала непосредственно в постели блока, во всех современных двигателях используется съемные детали, которые называются вкладышами. Вкладыш может быть толстостенным (с толщиной более 6 мм) и тонкостенным с толщиной от 1.5.до 6 мм в зависимости от диаметра подшипника. Пара вкладышей, установленных в постель блока (рамы) и соответствующую крышку формируют отверстие подшипника. Очевидно, что использование вкладышей в подшипниках скольжения коленчатого вала значительно упрощают проведение ремонта деталей КШМ. Они выпускаются заводом - изготовителем разных ремонтных размеров с определенными ремонтными увеличениями толщины, обычно 0.25, 0.5. 0.75 мм на диаметр и более, с учетом толщины упрочненного слоя на поверхности вала (дискретность шага может быть любой, заданной заводом). Соответственно, при замене вкладышей с переходом на ремонтные размеры производится перешлифовка вала в требуемый ремонтный размер.
Конструкция вкладышей должна отвечать следующим требованиям: во-первых, они должны быть равнотолщинны во избежание искажения линии вала в блоке, во-вторых, вкладыш должен обеспечивать полное прилегание своей внешней поверхности к постели блока для обеспечения отвода тепла от пары трения и, в третьих, обеспечивать образование равномерного масляного клина в подшипнике и минимизацию потерь на трение.
Рис 7.7. Тонкостенный коренной вкладыш
Вкладыш (рис. 7.7.) является многослойной конструкцией, состоящей, как минимум, из двух слоев – основы и антифрикционного слоя, диффузионно связанного с подложкой. В тонкостенном вкладыше толщина антифрикционного слоя минимальна и составляет от 0.2 и более мм. Это обеспечивает высокую усталостную прочность антифрикционного слоя, не снижая несущую способность подшипника. В качестве слоя - основы вкладыша используются низкоуглеродистые стали, которые относительно легко подвергаются деформации (способны легко принять форму постели). Для антифрикционного слоя используются специальные сплавы на основе олова - баббиты (сплав олова с медью и сурьмой); алюминия, например, АО-20 (сплав аллюминия с оловом) и меди (свинцовистая бронза). Поверхность вкладыша может быть покрыта тонким слоем гальванического свинца или олова. С одной стороны тонкий приблизительно 2 - 5мкм гальванически нанесенный слой обеспечивает прирабатываемость вкладыша, с другой более полное прилегание к поверхности постели. Для обеспечения надежного контакта наружной поверхности вкладыша с постелью, вкладыши устанавливаются в постель с натягом около 0.07…0.12 мм, что достигается за счет того что длина дуги вкладыша несколько превышает длину дуги отверстия. При затяжке резьбового соединения вкладыши прижимаются к поверхности и принимают форму постели.
Коренные вкладыши одного подшипникового узла (верхний и нижний) как правило, отличаются конструктивно. Не нагруженный действием газовых сил (верхний) вкладыш имеет сверление (одно или несколько) с выходом в масляную магистраль остова двигателя и маслораздающую канавку, по которой масло непрерывно подается к узлу шатунного подшипника. Для правильной ориентации, вкладыш имеет замок, который выполнен в виде отогнутого лепестка, который устанавливается в соответствующую фрезеровку, сделанную в стыке постели. Встречаются конструкции, в которых ориентация вкладыша осуществляется за счет установки штифта, но такая конструкция вкладыша вызывает затруднение в случае их замены без полного демонтажа вала (выкатывание вкладышей). Существует ошибочное представление о том, что замок вкладыша является элементом, препятствующим проворачиванию вкладыша, поэтому следует иметь ввиду, что от проворота вкладыш удерживается, в основном, за счет натяга в постели и в случае потери натяга или его ослабления никакой замок вкладыш не удержит.
В месте стыка на рабочей поверхности вкладыша часто делается фрезеровка, не выходящая на периферию, называемая масляным холодильником, который обеспечивает равномерное распределение масла по поверхности, служит аккумулятором масла и способен уловить мелкие продукты износа пары трения.
Для ограничения осевых перемещений коленчатого вала в блоке, один из коренных подшипников коленчатого вала делается упорным. Для этого на щеках коленчатого вала формируются опорные поверхности, а корпус подшипника имеет расточки, в которые устанавливаются упорные полукольца требуемой толщины с фиксаторами и антифрикционным слоем рис. 7.8.
Рис. 7.8. Упорные полукольца
Также используется коробчатая конструкция вкладыша, рис 7.9, когда упорные полукольца изготовлены заодно целое с вкладышем, и тогда такой вкладыш называют буртовым.
Рис. 7.9. Буртовой вкладыш коленчатого вала
Тонкостенные вкладыши просты в производстве, они изготавливаются из биметаллической ленты или из трубы, в которую методом центробежного литья нанесен антифрикционный слой (в основном, для бронзы и баббита)
Что касается так называемых толстостенных вкладышей, то они, в принципе, по конструкции мало отличимые от тонкостенных и используются, в основном, в силу традиций, в конструкциях СОД и МОД. В качестве антифрикционного слоя в таких вкладышах используется заливка баббита. Поскольку с увеличением толщины слоя, его адгезионная и коггезионная прочность резко ухудшается, такая конструкция имеет ресурс до ревизии меньше, чем конструкция тонкостенного вкладыша. Кроме того, толстая основа вкладыша не способна принять форму постели и при малейшей деформации и искажении геометрии сопрягаемых деталей нарушается теплоотвод от вкладыша. Наряду с существенными недостатками, толстостенный вкладыш имеет преимущество в плане возможности корректировки зазора в подшипнике за счет прокладок, которые пакетом укладывается заводом изготовителем в стык между крышкой подшипника и остовом двигателя. Также к достоинствам толстостенных вкладышей следует отнести их высокую ремонтопригодность, в плане восстановления антифрикционного слоя путем заливки новых слоев, в замен изношенного или разрушившегося материала.
Принципиально, конструкции коренного и шатунного вкладыша, малоотличимы. Необходимо обратить внимание на отличие подачи смазки к подшипникам, а именно, в коренной подшипник смазка подается от вкладыша к валу из масляной магистрали остова, в то время как в шатунный – от вала к вкладышу (через сверление вала). В этой связи, вкладыш шатунного подшипника не требует отверстия для подвода смазки.
Необходимо еще раз упомянуть о зазорах в подшипниках скольжения. Основные заводы - производители вкладышей рекомендуют задавать зазор в пределах 7…12 00/00 от диаметра вала. То есть зазор в микронах численно равен диаметру вала, выраженному в миллиметрах.
Шатун является важной деталью КШМ, передающей на вращающийся коленчатый вал возвратно-поступательное движение поршня. Шатун состоит из двух втулок, которые называются верхней и нижней головками шатуна (ВГШ и НГШ), соединенные между собой жестким стержнем обычно двутаврового сечения, рис 7.10.
Рис. 7.10. Шатун
Нижняя головка шатуна – разъемная, и отверстие НГШ формирует постель вкладыша шатунного подшипника коленчатого вала. Причем крышка нижней головки шатуна, как и крышка коренного подшипника должна быть строго позиционирована относительно тела шатуна. Это достигается установкой штифтов, штифтовых втулок в резьбовых соединениях, призонных болтов или шпилек, а также за счет изготовления зубчатой или ступенчатой поверхности разъема НГШ. Габариты нижней головки шатуна должны обеспечивать ее беспрепятственный выем и установку шатуна с поршнем через гильзу цилиндра. Поэтому в случае большого диаметра шатунной шейки и, следовательно, больших габаритов НГШ разъем нижней головки шатуна делается косым.
Верхняя головка шатуна служит для установки поршневого пальца. Редко в малоразмерных дизелях и очень часто в бензиновых искровых моторах поршневой палец запрессовывается в ВГШ. В подавляющем же большинстве конструкций, в ВГШ устанавливается биметаллическая разрезная или толстостенная втулка ВГШ, рис. 7.11, образующая подшипник скольжения.
Рис. 7.11. Различные втулки верхней головки шатуна
Антифрикционный слой биметаллической втулки состоит из свинцовистой бронзы, толстостенные втулки изготавливают из оловянистых бронз ОФ 10-1 и др. Смазка в подшипник ВГШ может подаваться от шатунного подшипника через сверление в стержне шатуна под давлением, либо может использоваться барботажная смазка масляным туманом.
Несколько слов нужно сказать об особенностях сборки КШМ. Первая и самая ответственная операция сборки двигателя называется «укладка вала». Все постели коренных вкладышей в блоке или фундаментной раме должны иметь геометрию и размер в пределах допуска конструкторской и технологической документации, кроме того, искривление оси линии вала не должно превышать значения четверти минимального зазора в коренном подшипнике. Аналогичные требования предъявляются и к коленчатому валу. После контроля геометрии и размеров, в сухие постели блока устанавливают соответствующие вкладыши, на антифрикционный слой наносят монтажную пасту или моторное масло и укладывают вал. После этого монтируют крышки подшипников с установленными вкладышами, на рабочую поверхность которых также нанесена смазка, и производят обтяжку резьбовых соединений, соблюдая регламентированные последовательность и момент затяжки. Сухая поверхность прилегания вкладыша к постели обеспечивает наибольший теплоотвод от пары трения в процессе эксплуатации. Правильность укладки вала проверяется плавностью вращения и отклонением размера между щеками коленчатого вала при вращении (раскепы). Наличие раскепа недопустимо, он свидетельствует об искажении линии вала и может привести к поломке коленчатого вала в процессе эксплуатации за счет возникающих знакопеременных циклических напряжений изгиба вала.
Л е к ц и я № 8
|
|
|
