Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)

 

 

Содержание

1. Назначение механизма
2. Общее устройство
3. Неисправности и способы их устранения
4. Техническое обслуживание кривошипно-шатунного механизма
5. Список источников

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Назначение КШМ

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) служит для преобразования возвратно-поступательных движений поршня во вращательное движение коленчатого вала, и наоборот.

Детали КШМ делят на две группы, это подвижные и неподвижные  детали:

• подвижные: поршень с кольцами, поршневой палец, шатун, головка цилиндра, коленчатый вал, маховик.
• неподвижные: блок цилиндров (является остовом двигателя внутреннего сгорания), головка блока, прокладка, поддон (картер).

Кривошипно-шатунный механизм определяет тип двигателя по расположению цилиндров.

В двигателях автомобилей применяются различные кривошипно-шатунные механизмы (рисунок 1): однорядные кривошипно-шатунные механизмы с вертикальным перемещением поршней и с перемещением поршней под углом применяются в рядных двигателях; двухрядные кривошипно-шатунные механизмы с перемещением поршней под углом применяются в V-образных двигателях; одно- и двухрядные кривошипно-шатунные механизмы с горизонтальным перемещением поршней находят применение в тех случаях, когда ограничены габаритные размеры двигателя по высоте.

Рисунок 1 – Типы кривошипно-шатунных механизмов, классифицированных по различным признакам.

 

2. Общее устройство

Кривошипно-шатунный механизм двигателя внутреннего сгорания (рис. 2) состоит из цилиндров 10, поршней 9 в комплекте с кольцами, поршневых пальцев 8, шатунов 5, коленчатого вала 1 с коренными подшипниками и маховика 14.

 

 

Рисунок 2. Дизель Д-240:

1- коленчатый вал; 2-поддон  картера; 3-приёмник масляного насоса; 4-масляный насос; 5-шатун; 6-вентилятор; 7-водяной насос; 8-поршневой палец; 9-поршень; 10-цилиндр (гильза); 11-головка цилиндров; 12-водяная рубашка; 13-блок-картер; 14-маховик; 15-распределительный вал.

 

Цилиндр вместе с поршнем и головкой ограничивает объём, в котором совершается рабочий цикл двигателя. Внутренняя поверхность стенок цилиндра служит направляющей при движении поршня.

Цилиндры могут быть изготовлены каждый в отдельности  или в общей отливке-блоке.

Отдельные цилиндры крепят шпильками к остову двигателя – картеру, внутри которого устанавливают коленчатый вал.

Картер представляет собой массивный металлический короб, который несёт на себе все основные сборочные единицы и детали двигателя. В картере находятся подшипники коленчатого и распределительного валов, оси и валы шестерён приводов разных механизмов и другие детали. Снизу картер закрыт поддоном, который служит резервуаром для масла.

Картер Д-240 изготовляется  в общей отливке с блоком. Такие  отливки, называемые блок-картерами, сообщают конструкции повышенную жёсткость.

Блок-картеры Д-240 отливаются из серого чугуна, они обладают достаточной  прочностью и сравнительно дёшевы.

Рисунок 3. Головка цилиндров  в сборе с клапанным механизмом дизеля Д-240:

1-прокладка головки цилиндров; 2-головка цилиндров; 3-выпускной клапан; 4-впускной клапан; 5-втулка клапана; 6 и 10-прокладки; 7-крышка головки цилиндров; 8-наружная пружина клапана; 9-внутренняя пружина; 11-колпак крышки; 12-опорная шайба; 13-сухарь; 14-гайка колпака; 15-стойка оси коромысел; 16-распорная пружина; 17-ось коромысел; 18-выпускной канал; 19-впускной канал; 20-толкатель; 21-штанга; 22-регулировочный винт; 23-гайка регулировочного винта; 24-коромысло; 25-шпилька крепления впускного трубопровода; 26-шпилька крепления форсунки; 27-гайка стакана форсунки; 28-стакан форсунки; 29-трубка маслопровода; 30-стойка валика; 31-впукной трубопровод.

 

Головка цилиндров представляет собой сложную по форме деталь. Её отливают из чугуна или алюминиевого сплава. Головку цилиндров надевают на шпильки, ввернутые в блок-картер и крепят гайками, которые затягивают динамометрическим ключом.

С целью уплотнения между  головкой и блок-картером  или  цилиндрами располагают асбостальную или медноасбестовую прокладку  толщиной примерно 2 мм. Асбостальная прокладка представляет собой тонкий лист мягкой стали с обеих сторон которого наложены листы прессованного асбеста. С наружной стороны асбестовые листы покрыты графитом. Окна для камер сгорания, а иногда и отверстия для воды и масла имеют в прокладках окантовку из тонкой листовой стали.

В головке цилиндров  расположены камеры сгорания, размещены  зажигательные свечи или форсунки.

У дизеля Д-240 головка  цилиндров 2 (рис.3) отлита из чугуна и устроена следующим образом. Против каждого цилиндра со стороны нижней плоскости головки цилиндров расточены два отверстия – седла, кромки которых скошены по углом 45° и служат опорными поясками для внутреннего 3 и впускного 4 клапанов. Над каждым седлом в верхней части головки в вертикальное отверстие запрессована биметаллическая направляющая втулка 5 клапана.

Внутри головки цилиндров  отверстия для клапанов переходят  во впускные 19 и выпускные 18 каналы, которые выходят наружу. С правой стороны к головкам цилиндров крепится выпускной, а с левой стороны впускной трубопроводы 31. Сверху на головке цилиндров установлены клапанные механизм и крышка 7, которая закрывается колпаком 11.

Через восемь сквозных отверстий правой стенки головки проходят шланги 21 толкателей 20. Четыре латунных стаканчика 28 с левой стороны предназначены для установки и лучшего охлаждения форсунок.

Для уплотнения между  головкой цилиндров 2 и крышкой 7 установлена прокладка 6, а между крышкой и колпаком 11- прокладка 10.

Поршень представляет собой металлический стакан, устанавливаемый в цилиндре с небольшим зазором. Его днище воспринимает давление расширяющихся газов и передаёт его через поршневой палец и шатун на коленчатый вал.

Поршень подвергается действию высоких температур  давлений до 9 МПа и движется со скоростью до 15 м/с.

Поршни автотракторных двигателей отливают из алюминиевых сплавов и подвергают термической обработке.

В поршне кроме днища  различают уплотняющую часть (головку)  и направляющую часть – юбку. У дизелей днище поршня  обычно имеет фасонную форму, которая зависит от формы камеры сгорания, направления потоков газа и расположения клапанов.

Поршневые кольца по назначению разделяют на компрессионные  и маслосъёмные.

Компрессионные кольца служат уплотнением между поршнем  и стенкой цилиндра, предотвращая прорыв воздуха и газов из пространства над поршнем в картер, а также проникновение масла в камеру сгорания. Одновременно компрессионные кольца отводят тепло от головки поршня к стенкам цилиндров.

Маслосъёмные кольца необходимы для снятия излишков масла со стенки цилиндра.

Кольца должны плотно, без просветов, прилегать к зеркалу  цилиндра по всей окружности.

В дизеле Д-240 наружная поверхность  вторых и третьих компрессионных колец коническая. Подобные кольца быстро прирабатываются к зеркалу  цилиндра, и срок службы их увеличивается.

Поршневой палец служит для шарнирного соединения поршня с шатуном. Во время работы поршневой палец подвергается воздействию больших усилий, поэтому он должен быть прочным и жёстким, а кроме того, лёгким и износостойким.

Поршневой палец представляет собой отрезок стальной толстостенной трубы. Для придания пальцу большей жёсткости его внутренний канал иногда делают переменного сечения.

Пальцы изготовляют  из легированной малоуглеродистой стали, наружную поверхность цементируют  на глубину до 1,5 мм, затем подвергают закалке, отпуску и для уменьшения трения полируют.

Шатун 2 (рис. 2) соединяет поршень 9 с коленчатым валом 1 и передаёт усилия, действующие на поршень, коленчатому валу.

 

Рисунок 4. Шатун с поршнем (дизель Д-240):

1-отверстие в верхней головке шатуна; 2-верхняя головка шатуна; 3-поршневой палец; 4-втулка; 5-стержень шатуна; 6-нижняя головка шатуна; 7-вкладыши; 8-крышка нижней головки шатуна; 9-гайка; 10-стопорная шайба; 11-болт.

Шатун (рис. 4) состоит  из следующих элементов: верхней головки 2, связанной при помощи пальца 3 с поршнем; стержня 5 и нижней головки 6, охватывающей коленчатый вал.

Шатун должен быть прочным, жёстким  и лёгким. Его штампуют из высококачественной углеродистой или легированной сталей, после чего подвергают механической и термической обработке.

Шатунные подшипники большинства двигателей представляют собой тонкостенные вкладыши.

В нижние головки шатунов устанавливают  подшипники скольжения. Их изготовляют  из стальной ленты толщиной около  двух миллиметров.

В подшипниках двигателей используют сплавы на алюминиевой основе и свинцовистую бронзу.

Коленчатый  вал воспринимает через шатуны усилия от поршней и передаёт их механизмам трансмиссии. Для Д-240 его штампуют из высокоуглеродистой стали.

 

Рисунок 5. Коленчатый вал дизеля Д-240:

1-коренная шейка; 2 и  12-щеки; 3-упорные полукольца; 4-нижний  вкладыш пятого коренного подшипника; 5-маховик; 6-маслоотражательная шайба; 7-установочный штифт; 8-болт; 9-зубчатый  венец; 10-верхний вкладыш пятого  коренного подшипника; 11-шатунная шейка; 13-галтель; 14-противовес; 15-болт крепления противовеса; 16-замковая шайба; 17-шестерня коленчатого вала; 18-шестерня привода масляного насоса; 19-упорная шайба; 20-болт; 21-шкив; 22-канал подвода масла в полость шатунной шейки; 23-пробка; 24-полость в шатунной шейке; 25-трубка для чистого масла.

 

Коленчатый вал (рис. 5) состоит из следующих  основных элементов: коренных шеек 1, которыми вал опирается на коренные подшипники, расположенные в картере; шатунных шеек 11; щек 2 и 12, связывающих коренные и шатунные шейк; носка (переднего конца); хвостовика (заднего конца).

Для разгрузки коренных подшипников от действия центробежных сил инерции на щеках коленчатых валов некоторых двигателей имеются  противовесы 14.

Коренные  подшипники в двигателях могут быть двух видов: скольжения и качения.

 Вкладыши коренных  подшипников скольжения по устройству  подобны шатунным и внутри  покрыты тем же антифрикционным  металлом, что и шатунные.

Верхние вкладыши коренных подшипников имеют сквозные отверстия, которые при установке вкладышей в постели совпадают с каналами в блок-картере. По этим каналам масло из главной магистрали подводится к подшипникам. 

Маховик накапливает во время такта расширения кинетическую энергию, необходимую для вращения коленчатого вала в течение трёх подготовительных тактов. Благодаря накопленной энергии он выводит поршни из мёртвых точек и уменьшает неравномерность вращения коленчатого вала.

Маховик облегчает работу двигателя при разгоне машинно-тракторного  агрегата и преодолении кратковременных перегрузок. 

Увеличение числа цилиндров  уменьшает неравномерность вращения коленчатого вала, поэтому чем  больше цилиндров, тем легче маховик  двигателя.

Маховик 5 представляет собой массивный чугунный диск, который крепят болтами 8 к фланцу коленчатого вала или устанавливают на хвостовик вала и закрепляют болтами или гайкой. На обод маховика напрессован зубчатый венец 9 для вращения коленчатого вала основного двигателя от электростартера или пускового двигателя.

3. Неисправности и способы их устранения

Неисправности кривошипно-шатунного механизма – самые серьезные неисправности двигателя. Их устранение очень трудоемкое и затратное, так как, зачастую, предполагает проведение капитального ремонта двигателя.

К неисправностям кривошипно-шатунного механизма относятся:

• износ коренных и шатунных подшипников;
• износ поршней и цилиндров;
• износ поршневых пальцев;
• поломка и залегание поршневых колец.

Основными причинами данных неисправностей являются:

• выработка установленного ресурса двигателя;
• нарушение правил эксплуатации двигателя (использование некачественного масла, увеличение сроков технического обслуживания, длительное использование автомобиля под нагрузкой и др.)

Практически все неисправности кривошипно-шатунного  механизма (КШМ) могут быть диагностированы по внешним признакам, а также с помощью простейших приборов (стетоскопа, компрессометра). Неисправности КШМ сопровождаются посторонними шумами и стуками, дымлением, падением компрессии, повышенным расходом масла.

Внешние признаки и соответствующие им неисправности КШМ

Признаки	Неисправности
глухой стук в нижней части блока цилиндров (усиливается при увеличении оборотов и нагрузки); снижение давления масла (горит сигнальная лампа)	износ коренных подшипников
плавающий глухой стук в средней части блока цилиндров (усиливается при увеличении оборотов и нагрузки, пропадает при отключении соответствующей свечи зажигания); снижение давления масла (горит сигнальная лампа)	износ шатунных подшипников
звонкий стук (стук глиняной посуды) на холодном двигателе (исчезает при прогреве); синий дым отработавших газов	износ поршней и цилиндров
звонкий стук в верхней части блока цилиндров на всех режимах работы двигателя (усиливается при увеличении оборотов и нагрузки, пропадает при отключении соответствующей свечи зажигания)	износ поршневых пальцев
синий дым отработавших газов; снижение уровня масла в картере двигателя; работа двигателя с перебоями	поломка и залегание колец