Кривошипный механизм (стр. 2 из 3)
В маслосъемных поршневых кольцах имеются радиальные вырезы, а в поршне, против кольцевых канавок, сделаны сверления на уровне расположения вырезов. Масло, собранное со стенок, попадает в отверстия в теле поршня и далее стекает в картер.
Особенно тщательно выполнена кольцевая группа в двигателе ЗИЛ-130 (рис. 11), состоящая из трех верхних компрессионных колец и одного нижнего маслосъемного. Главное (верхнее) компрессионное кольцо 6 находится в кольце 5, залитом в поршень для упрочнения канавки; нижнее и среднее компрессионные кольца 4, как обычно, находятся непосредственно в теле поршня. Маслосъемное кольцо составлено из двух дисковых колец /, распираемых радиальным 3 и осевым 2 расширителями.
Сочетание крайних колец обеспечивает герметичность объема над поршнем и съем масла со стенок цилиндра.
Расширители поддерживают плотное прилегание колец к цилиндру и поршню даже в случае износа колец и снижения их упругости. Высокая температура верхнего кольца отрицательно сказывается на работе расширителя, и он под это кольцо не ставится. Расширитель способствует снижению расхода масла и прорыву газов, особенно при работе двигателя с большими нагрузками.
Состояние поршневых колец в значительной степени определяет
межремонтные пробеги автомобиля, так как они являются одной из
наиболее подверженных износу деталей. Износ вызывает увеличение
расхода масла, забрасывание свечей маслом, затрудняет пуск дви
гателя, приводит к падению его мощности и к повышению расхода
топлива. Все это заставляет менять кольца с неизбежной разборкой
двигателя.
Для ускорения приработки компрессионных колец к зеркалу цилиндра и уменьшения потерь на трение наружная поверхность колец выполняется конической с углом 0,035-0,05 рад (2-3°). Верхнее компрессионное кольцо выполняют цилиндрическим, чтобы оно не отжималось от цилиндра газами, но с внутренней стороны кольца делают ступенчатую проточку, придающую поперечному сечению его несимметричную форму. Такое устройство вызывает при работе некоторый перекос кольца в канавке с неодинаковым прилеганием его к цилиндру, что дает почти такой же эффект, как и наличие наружной конической поверхности.
Износ поршневых колец получается неравномерным. Больше изнашивается кольцо со стороны, противоположной его стыку, поэтому в современных двигателях все больше применяются кольца с корректированием распределения радиального давления, что повышает продолжительность службы колец. Специальное распределение давления достигается при обточке колец по особому копиру.
Улучшение приработки и уменьшение коррозии колец достигается покрытием их поверхности тонкой пленкой окиси железа (оксидированием), которая заполняет неровности и делает износ в процессе приработки более равномерным. Для снижения износа наружную поверхность верхних колец подвергают пористому хромированию.
Изготовляют поршневые кольца из специального легированного серого чугуна.
Шарнирное соединение поршня с верхней головкой шатуна осуществляется при помощи поршневого пальца, располагающегося своими концами в специальных приливах стенок поршня; средняя часть поршневого пальца охватывается верхней головкой шатуна.
Внутренняя часть поршневого пальца выполняется цилиндрической (см. рис. 10) или коническо-цилиндрической; палец особенно массивен у дизелей.
В большинстве случаев палец свободно проворачивается в поршне и в шатуне (плавающий палец). Во избежание выхода пальца из поршня длина его делается несколько меньше диаметра поршня. Для предотвращения продольных сдвигов пальца в прилавках протачивают выемки около торцов пальца и в них устанавливают стопорные кольца 8 (см. рис. 10).
Для смазки трущихся поверхностей поршневого пальца имеются сверления в верхней головке шатуна и приливах поршня.
Пальцы изготовляют из высококачественной стали с цементацией наружной поверхности; иногда палец закаливается токами высокой частоты.
Шатунная группа
Шатун совершает сложное движение: верхняя его головка движется прямолинейно вместе с поршнем, а нижняя вращается вместе с шатунной шейкой коленчатого вала; при помощи шатуна поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Одновременно шатунами от поршня к валу передаются меняющиеся в широких пределах усилия от давления газов и сил инерции. Шатун состоит из двухосновных частей: стержня 6 (рис. 12) с верхней 5 и нижней 9 головками и крышки . Шатун работает в тяжелых условиях, поэтому для обеспечения повышенной прочности шатуна поперечное сечение 2 его стержня выполняется двутавровым, расширяющимся к нижней головке. Для уменьшения трения и износа поршневого пальца в верхней головке шатуна запрессовывается бронзовая втулка 3, для смазки трущихся поверхностей имеются отверстия 4.
Сравнительно ограниченное скольжение верхней головки шатуна по поршневому пальцу (качание) в сочетании с нагревом поршня создает условия, в которых удовлетворительно работают бронзовые втулки. Нижняя головка шатуна имеет полное скольжение по шейке вала, но не подвергается сильному тепловому воздействию как верхняя, поэтому для сокращения трения и износа шейки коленчатого вала нижняя головка заливается менее теплостойким, но более антифрикционным, чем бронза, сплавом. В большинстве двигателей нижние головки шатунов снабжены тонкостенными стальными взаимозаменяемыми вкладышами 10 (см. рис. 12) со слоем антифрикционной заливки; толщина стальной основы тонкостенных вкладышей составляет 1,25 - 4,2 толщина слоя антифрикционной заливки 0,25 - 0,7 мм.
При высоких антифрикционных свойствах сплавы сильно снижают свои механические качества в условиях повышения температуры; так, твердость при нагревании с 15 до 100° С снижается на 60 - 70%. Поэтому при нагрузках около и выше 100 кГ/см2и температурах около и выше 100° С применяется свинцовистая бронза, обеспечивающая высокую износостойкость, но требующая более точной поверхностной обработки подшипника и качественной смазки.
Вкладыши подшипников коленчатых валов для повышения срока службы делаются трехслойными с металлокерамическим подслоем (60% меди, 40% никеля).
Для предотвращения сдвига и проворачивания вкладышей используются отогнутые выступы (см. рис. 12), входящие в выемки нижней головки.
Тонкостенные вкладыши можно быстро заменять при наличии комплекта запасных вкладышей ремонтного размера, что удобно при ремонте.
Крышка прикрепляется к нижней головке болтами 7. Болты воспринимают большие и быстро возникающие растягивающие нагрузки. Для надежного крепления крышки предусмотрены устройства против самоотвертывания болтов: головки выполняются несимметричными, а гайки 8 шплинтуются. Для смазки поршневого пальца иногда в стержне шатуна высверливается канал, по которому масло попадает из нижней в верхнюю головку.
В большинстве случаев нижняя головка шатуна выполняется с прямым разъемом (см. рис. 11), при этом плоскость разреза перпендикулярна продольной оси шатуна (двигатели ГАЗ-53, ЗИЛ-130 и др.), в двигателях ЯМЗ разъем выполнен косым (плоскость разъема не перпендикулярна оси шатуна). Такой разъем облегчает сборку и разборку головки, а также позволяет устанавливать и вынимать шатун через цилиндр.
Шатуны изготовляют штамповкой из углеродистой стали с необработанными наружными поверхностями.
Коленчатый вал и порядок работы двигателя
Коленчатый вал воспринимает различные по величине и направлению усилия от шатуна; вместе с шатуном он участвует в преобразовании поступательного движения во вращательное. Воспринимаемые коленчатым валом усилия передаются маховику. Коленчатый вал 10 (см. рис. 3) состоит из отдельных колен со щеками 9, шатунными шейками 8 и коренными (опорными) шейками, находящимися в подшипниках. Коренные шейки вращаются в подшипниках, а шатунные шейки охватываются нижними головками шатунов.
Форма коленчатого вала определяется числом цилиндров и тактов, последовательностью чередования рабочих процессов по цилиндрам, а также уравновешиванием двигателя.
Для равномерного вращения вала необходимо обеспечить равномерное поступление усилий от цилиндров на коленчатый вал. За два оборота вала 12,56 рад (720° поворота) в четырехтактном одноцилиндровом двигателе получается одна вспышка, а в четырехцилиндровом — четыре. Равномерное воздействие усилий на вал достигается равномерным чередованием вспышек через угол поворота вала, равный результату деления 12,56 рад (720°) на число цилиндров 2,56: 4= 3,14 рад (720 : 4 = 180°). В этих условиях шатунные шейки коленчатого вала должны последовательно подходить к своему верхнему положению, таким образом, форма расположения колен вала подчинена требованию последовательного чередования вспышек через одинаковые углы поворота коленчатого вала. Кроме того, расположение колен должно обеспечивать уравновешенность вала. Последнее требование осуществляется симметричным расположением колен по обе стороны от середины вала, при этом два крайних колена (из четырех) должны быть направлены в одну сторону, а два средних — в другую. Сочетание требований равномерности чередования вспышек и уравновешенности вала (симметричности его) дает для четырехцилиндровых четырехтактных двигателей форму коленчатого вала, изображенную на рис. 13, а; нумерация цилиндров и колен вала (/, 2, 3, 4) принята с передней стороны двигателя.
Коленчатый вал такой формы создает одинаковое направление движения двух крайних поршней и противоположное ему направление движения двух средних поршней. Исходя из этого необходимо распределить такты по цилиндрам с учетом осуществления равномерного чередования вспышек (рабочих ходов) через 3,14 рад (180°), угла поворота вала (половину оборота вала). Для фиксации последовательности протекания тактов по всем цилиндрам исходным цилиндром принимают первый, и ему приписывают установленный выше цикл, начиная с первого такта впуска. Чтобы в четвертом цилиндре, поршень которого движется по направлению движения первого поршня (вниз), не получилась вспышка одновременно со вспышкой в первом цилиндре, необходимо первый ход четвертого поршня (вниз) сделать отличающимся от хода первого поршня. Таким ходом вниз может быть только расширение с последующим выпуском, всасыванием н сжатием; для поршней 2 и 3, одновременно поднимающихся вверх, возможными ходами являются выпуск и сжатие. Если выпуск протекает во втором цилиндре, то в третьем будет единственно возможный (по условию несовпадения ходов) ход сжатия, и наоборот, если во втором цилиндре будет сжатие, то в третьем должен быть выпуск. В результате для четырехцилиндрового двигателя получаются две возможные последовательности рабочих ходов по номерам цилиндров, приведенные в табл. 2: 4—3—1—2 и 4—2—1—3. Если же начать отсчет с первого цилиндра, то порядок (последовательности) работы будет такой: 1—2—4—3 и 1—3—4—2.