Кривошипно-шатунный механизм (КШМ). Назначение, устройство, принцип действия. Что такое в двигателе шатун
назначение и устройство, обслуживание и ремонт
Двигатель – пожалуй, самый ответственный агрегат в автомобиле. Именно он вырабатывает крутящий момент для дальнейшего движения машины. В основе конструкции ДВС лежит кривошипно-шатунный механизм. Назначение и устройство его будет рассмотрено в нашей сегодняшней статье.
Конструкция
Итак, что это за элемент в двигателе?
Данный механизм воспринимает энергию давления газов и преобразует его в механическую работу. КШМ двигателя внутреннего сгорания объединяет в себе несколько составляющих, а именно:
- поршень;
- шатун;
- коленчатый вал со вкладышами;
- кольца и втулки.
В совокупности они образуют цилиндро-поршневую группу. Каждая деталь кривошипно-шатунного механизма делает свою работу. При этом элементы взаимосвязаны между собой. Каждая деталь имеет свое устройство и назначение. Кривошипно-шатунный механизм должен выдерживать повышенные ударные и температурные нагрузки. Это обуславливает надежность силового агрегата в целом. Далее мы подробно расскажем о каждой из перечисленных выше составляющей.
Поршень
Данная деталь кривошипно-шатунного механизма воспринимает давление расширяющихся газов после воспламенения горючей смеси в камере. Поршень изготавливается из сплавов алюминия и осуществляет возвратно-поступательные движения в гильзе блока. Конструкция поршня объединяет в себя головку и юбку. Первая может иметь разную форму: вогнутую, плоскую или выпуклую.
На 16-клапанных двигателях ВАЗ зачастую используются поршни с выемками. Они служат для предотвращения столкновения головки поршня с клапанами в случае обрыва ремня ГРМ.
Кольца
Также в конструкции есть кольца:
- маслосъемное;
- компрессионные (две штуки).
Последние препятствуют утечкам газов в картер двигателя. А первые служат для удаления излишков масла, что остается на стенках цилиндра при осуществлении хода поршня. Чтобы поршень соединился с шатуном (о нем мы расскажем ниже), в его конструкции также предусмотрены бобышки.
Шатун
Работа кривошипно-шатунного механизма не обходится без этого элемента. Шатун передает толкательные усилия от поршня на коленвал. Данные детали машин и механизмов имеют шарнирное соединения. Обычно шатуны изготавливаются путем ковки или штамповки. Но на спортивных двигателях используются титановые литые элементы. Они более устойчивы к нагрузкам и не деформируются в случае большого толчка. 
Каково устройство и назначение кривошипно-шатунного механизма? Конструктивно шатун состоит из трех частей:
- верхней головки;
- стрежня;
- нижней головки.
Вверху данный элемент соединяется с поршнем при помощи пальца. Вращение детали осуществляется в тех самых бобышках. Такой тип пальца называется плавающим. Стержень у шатуна имеет двутавровое сечение. Нижняя часть является разборной. Это нужно для того, чтобы производить его демонтаж с коленчатого вала в случае неисправностей. Нижняя головка соединяется с шейкой коленчатого вала. Устройство последнего мы рассмотрим прямо сейчас.
Коленчатый вал
Данный элемент является основной составляющей в устройстве кривошипно-шатунного механизма. Назначение его в следующем. Коленчатый вал воспринимает нагрузки от шатуна. Далее он преобразует их в крутящий момент, который впоследствии передается на коробку через механизм сцепления. На конце вала закреплен маховик. Именно он является заключительной частью в конструкции двигателя. Может быть одно- и двухмассовым. На конце имеет зубчатый венец. Он нужен для зацепления с шестерней стартера в случае запуска двигателя. Что касается самого вала, он изготавливается из высокопрочных сортов стали и чугуна. Элемент состоит из шатунных и коренных шеек, что соединяются «щеками». Последние вращаются во вкладышах (подшипники скольжения) и могут быть разъемными. Внутри щек и шеек есть отверстия для подачи масла. Смазка проникает под давлением от 1 до 5 Бар, в зависимости от нагруженности ДВС. 
Во время работы двигателя может возникать дисбаланс вала. Чтобы его предотвратить, в конструкции предусмотрен гаситель крутильных колебаний. Он являет собой два металлических кольца, что соединяются через упругую среду (моторное масло). На внешнем кольце гасителя имеется ременной шкив.
Типы ЦПГ
На данный момент существует несколько разновидностей цилиндропоршневой группы. Наиболее популярная – рядная конструкция. Она применяется на всех 4-цилиндровых двигателях. Также есть рядные «шестерки» и даже «восьмерки». Данная конструкция предполагает размещение оси цилиндров в одной плоскости. Рядные двигатели отличаются высокой сбалансированностью и малой вибрацией.
Существует также и V–образная конструкция, которая пошла от американцев. Схема кривошипно-шатунного механизма V-8 представлена ниже на фото.
Как видите, здесь цилиндры располагаются в двух плоскостях. Обычно они находятся под углом от 75 до 90 градусов относительно друг друга. Благодаря такой конструкции, можно существенно сэкономить место в подкапотном пространстве. Примером могут послужить 6-цилиндровые моторы от «Опель» С25ХЕ. Этот V-образный двигатель без проблем размещается под капотом поперечно. Если взять рядную «шестерку» от переднеприводного «Вольво», она будет заметно скрадывать место под капотом.
Но за компактность приходится платить меньшей виброустойчивостью. Еще одна схема размещения цилиндров – оппозитная. Практикуется на японских автомобилях «Субару». Оси цилиндров размещены тоже в двух плоскостях. Но в отличие от V-образной конструкции, здесь они находятся под углом 180 градусов. Основные плюсы – низкий центр тяжести и отличная балансировка. Но такие двигатели очень дорогие в производстве.
Ремонт и обслуживание кривошипно-шатунного механизма
Обслуживание любого КШП предполагает лишь регулярную замену масла в двигателе. В случае ремонта уделяется внимание следующим элементам:
- Кольцам поршней. При залегании они меняются на новые.
- Вкладышам коленчатого вала. При существенной выработке или проворачивании подшипника скольжения – замена на новый.
- Поршневым пальцам. Они тоже имеют выработку.
- Самим поршням. При детонации возможен прогар головки, что влечет за собой снижение компрессии, троение, жор масла и прочие неполадки с двигателем.
Зачастую подобные неисправности возникают при несвоевременной замене масла и фильтра, а также при использовании низкооктанового бензина. Также ремонт КШМ может понадобится при постоянных нагрузках и при высоком пробеге. Детали машин и механизмов обычно имеют высокий запас прочности. Но есть случаи, когда вкладыши проворачивало уже на 120 тысячах километров, прогорали клапаны и поршни. Все это является следствием несвоевременного обслуживания силового агрегата.
Итак, мы выяснили, что являет собой кривошипно-шатунный механизм, из каких элементов он состоит.
fb.ru
Шатуны
Шатуны изготовляют коваными или штампованными из качественной или легированной стали круглого, овального или двутаврового сечения, которое обеспечивает достаточную жесткость при меньшей массе.
На рис. 148 показан шатун с неразъемной верхней головкой. Основными частями шатуна являются: нижняя мотылевая разъемная головка 1, шатунные болты 2, стержень 3 и верхняя головка 4. В верхнюю головку шатуна запрессована бронзовая или стальная облицованная свинцовистой бронзой втулка 6. Для уменьшения трения головной подшипник можно делать игольчатым. Рабочую поверхность втулки покрывают тонким слоем антифрикционного сплава. Головной подшипник шатуна работает в весьма тяжелых температурных условиях и для его охлаждения и уменьшения износа подводится смазка под давлением через центральное сверление 7 в стержне шатуна или по специальной трубке, прикрепленной к стержню.
Нижняя мотылевая (шатунная) головка выполняется разъемной, в ней располагают стальные вкладыши с антифрикционным покрытием рабочей поверхности. Шатунные болты, соединяющие нижнюю часть подшипника с шатуном, изготовляют из высококачественных сталей и точно пригоняют к отверстию, чаще всего по нескольким направляющим пояскам. Во избежание самоотвинчивания гайки шатунных болтов шплинтуют. Для затяжки шатунных болтов рекомендуется пользоваться специальными динамометрическими ключами. Набор прокладок 5 обеспечивает регулирование зазора между вкладышем и мотылевой шейкой коленчатого вала. Масло для смазки мотылевого подшипника поступает через сверления мотылевой шейки коленчатого вала (рис. 149). На этом же рисунке видно устройство верхнего (головного) подшипника. Соединение шатуна с поршневым пальцем может быть осуществлено и другими способами, один из которых показан на рис. 150.
На рис. 151 показан разъемный шатун крейцкопфного двигателя. Отличительной особенностью этого шатуна является вильчатая форма верхней головки 1, съемные верхняя и нижняя 5 головки. Головные и мотылевый подшипники — разъемные, с помощью набора прокладок 2 и 4 между вкладышами подшипников можно регулировать масляный зазор. Регулирование высоты камеры сжатия осуществляется набором прокладок 3, монтируемых между нижней пяткой шатуна и верхней половиной мотылевой головки.
На рис. 152 показаны некоторые конструктивные разновидности мотылевых головок шатунов. Основным материалом для изготовления стержня шатуна является углеродистая сталь марки 30, 35, 40, а также легированные стали 18ХНВА, 12ХНЗА, 45Г2 и др.
vdvizhke.ru
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ). Назначение, устройство, принцип действия
Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.
Детали кривошипно-шатунного механизма можно разделить на:
- неподвижные — картер, блок цилиндров, цилиндры, головка блока цилиндров, прокладка головки блока и поддон. Обычно блок цилиндров отливают вместе с верхней половиной картера, поэтому иногда его называют блок-картером.
- подвижные детали КШМ — поршни, поршневые кольца и пальцы, шатуны, коленчатый вал и маховик.
Кроме того, к кривошипно-шатунному механизму относятся различные крепежные детали, а также коренные и шатунные подшипники.
Блок-картер
Блок-картер — основной элемент остова двигателя. Он подвергается значительным силовым и тепловым воздействиям и должен обладать высокой прочностью и жесткостью. В блок-картере устанавливают цилиндры, опоры коленчатого вала, некоторые устройства механизма газораспределения, различные узлы смазочной системы с ее сложной сетью каналов и другое вспомогательное оборудование. Блок-картер изготавливают из чугуна или алюминиевого сплава литьем.
Цилиндр
Цилиндры представляют собой направляющие элементы ⭐ кривошипно-шатунного механизма. Внутри их перемещаются поршни. Длина образующей цилиндра определяется ходом поршня и его размерами. Цилиндры работают в условиях резко изменяющегося давления в надпоршневой полости. Их стенки соприкасаются с пламенем и горячими газами, имеющими температуру до 1500… 2 500 °С.
Цилиндры должны быть прочными, жесткими, термо- и износостойкими при ограниченном количестве смазки. Кроме того, материал цилиндров должен обладать хорошими литейными свойствами и легко обрабатываться на станках. Обычно цилиндры изготавливают из специального легированного чугуна, но могут применяться также алюминиевые сплавы и сталь. Внутреннюю рабочую поверхность цилиндра, называемую его зеркалом, тщательно обрабатывают и покрывают хромом для уменьшения трения, повышения износостойкости и долговечности.
В двигателях с жидкостным охлаждением цилиндры могут быть отлиты вместе с блоком цилиндров или в виде отдельных гильз, устанавливаемых в отверстиях блока. Между наружными стенками цилиндров и блоком имеются полости, называемые рубашкой охлаждения. Последняя заполняется жидкостью, охлаждающей двигатель. Если гильза цилиндра своей наружной поверхностью непосредственно соприкасается с охлаждающей жидкостью, то ее называют мокрой. В противном случае она называется сухой. Применение сменных мокрых гильз облегчает ремонт двигателя. При установке в блок мокрые гильзы надежно уплотняются.
Цилиндры двигателей воздушного охлаждения отливают индивидуально. Для улучшения теплоотвода их наружные поверхности снабжают кольцевыми ребрами. У большинства двигателей воздушного охлаждения цилиндры вместе с их головками крепят общими болтами или шпильками к верхней части картера.
В V-образном двигателе цилиндры одного ряда могут быть несколько смещены относительно цилиндров другого ряда. Это связано с тем, что на каждом кривошипе коленчатого вала крепятся два шатуна, один из которых предназначен для поршня правой, а другой — для поршня левой половины блока.
Блок цилиндров
На тщательно обработанную верхнюю плоскость блока цилиндров устанавливают головку блока, которая закрывает цилиндры сверху. В головке над цилиндрами выполнены углубления, образующие камеры сгорания. У двигателей жидкостного охлаждения в теле головки блока предусмотрена рубашка охлаждения, сообщающаяся с рубашкой охлаждения блока цилиндров. При верхнем расположении клапанов в головке имеются гнезда для них, впускные и выпускные каналы, отверстия с резьбой для установки свечей зажигания (у бензиновых двигателей) или форсунок (у дизелей), магистрали смазочной системы, крепежные и другие вспомогательные отверстия. Материалом для головки блока обычно служит алюминиевый сплав или чугун.
Плотное соединение блока цилиндров и головки блока обеспечивается с помощью болтов или шпилек с гайками. Для герметизации стыка с целью предотвращения утечки газов из цилиндров и охлаждающей жидкости из рубашки охлаждения между блоком цилиндров и головкой блока устанавливается прокладка. Она обычно изготавливается из асбестового картона и облицовывается тонким стальным или медным листом. Иногда прокладку с обеих сторон натирают графитом для защиты от пригорания.
Нижняя часть картера, предохраняющая детали кривошипно-шатунного и других механизмов двигателя от загрязнения, обычно называется поддоном. В двигателях сравнительно малой мощности поддон служит также резервуаром для моторного масла. Поддон чаще всего выполняется литым или изготавливается из стального листа штамповкой. Для устранения подтекания масла между блок-картером и поддоном устанавливается прокладка (на двигателях небольшой мощности для уплотнения этого стыка часто используется герметик — «жидкая прокладка»).
Остов двигателя
Соединенные друг с другом неподвижные детали кривошипно-шатунного механизма являются остовом двигателя, воспринимающим все основные силовые и тепловые нагрузки, как внутренние (связанные с работой двигателя), так и внешние (обусловленные трансмиссией и ходовой частью). Силовые нагрузки, передающиеся на остов двигателя от несущей системы ТС (рама, кузов, корпус) и обратно, существенно зависят от способа крепления двигателя. Обычно он крепится в трех или четырех точках так, чтобы не воспринимались нагрузки, вызванные перекосами несущей системы, возникающими при движении машины по неровностям. Крепление двигателя должно исключать возможность его смещения в горизонтальной плоскости под действием продольных и поперечных сил (при разгоне, торможении, повороте и т.д.). Для уменьшения вибрации, передающейся на несущую систему ТС от работающего двигателя, между двигателем и подмоторной рамой, в местах крепления, устанавливаются резиновые подушки разнообразных конструкций.
Поршневую группу кривошипно-шатунного механизма образует поршень в сборе с комплектом компрессионных и маслосъемных колец, поршневым пальцем и деталями его крепления. Ее назначение заключается в том, чтобы во время рабочего хода воспринимать давление газов и через шатун передавать усилие на коленчатый вал, осуществлять другие вспомогательные такты, а также уплотнять надпоршневую полость цилиндра для предотвращения прорыва газов в картер и проникновения в него моторного масла.
Поршень
Поршень представляет собой металлический стакан сложной формы, устанавливаемый в цилиндре днищем вверх. Он состоит из двух основных частей. Верхняя утолщенная часть называется головкой, а нижняя направляющая часть — юбкой. Головка поршня содержит днище 4 (рис. а) и стенки 2. В стенках проточены канавки 5 для компрессионных колец. Нижние канавки имеют дренажные отверстия 6 для отвода масла. Для увеличения прочности и жесткости головки ее стенки снабжены массивными ребрами 3, связывающими стенки и днище с бобышками, в которых устанавливается поршневой палец. Иногда оребряют также внутреннюю поверхность днища.
Юбка имеет более тонкие стенки, чем у головки. В ее средней части расположены бобышки с отверстиями.
Рис. Конструкции поршней с различной формой днища (а—з) и их элементов:1 — бобышка; 2 — стенка поршня; 3 — ребро; 4 — днище поршня; 5 — канавки для компрессионных колец; 6 — дренажное отверстие для отвода масла
Днища поршней могут быть плоскими (см. а), выпуклыми, вогнутыми и фигурными (рис. б—з). Их форма зависит от типа двигателя и камеры сгорания, принятого способа смесеобразования и технологии изготовления поршней. Самой простой и технологичной является плоская форма. В дизелях применяются поршни с вогнутыми и фигурными днищами (см. рис. е—з).
При работе двигателя поршни нагреваются сильнее, чем цилиндры, охлаждаемые жидкостью или воздухом, поэтому расширение поршней (особенно алюминиевых) больше. Несмотря на наличие зазора между цилиндром и поршнем, может произойти заклинивание последнего. Для предотвращения заклинивания юбке придают овальную форму (большая ось овала перпендикулярна оси поршневого пальца), увеличивают диаметр юбки по сравнению с диаметром головки, разрезают юбку (чаще всего выполняют Т- или П-образный разрез), заливают в поршень компенсационные вставки, ограничивающие тепловое расширение юбки в плоскости качания шатуна, или принудительно охлаждают внутренние поверхности поршня струями моторного масла под давлением.
Поршень, подвергающийся воздействию значительных силовых и тепловых нагрузок, должен обладать высокой прочностью, теплопроводностью и износостойкостью. В целях уменьшения инерционных сил и моментов у него должна быть малая масса. Это учитывается при выборе конструкции и материала для поршня. Чаще всего материалом служит алюминиевый сплав или чугун. Иногда применяют сталь и магниевые сплавы. Перспективными материалами для поршней или их отдельных частей являются керамика и спеченные материалы, обладающие достаточной прочностью, высокой износостойкостью, низкой теплопроводностью, малой плотностью и небольшим коэффициентом теплового расширения.
Поршневые кольца
Поршневые кольца обеспечивают плотное подвижное соединение поршня с цилиндром. Они предотвращают прорыв газов из надпоршневой полости в картер и попадание масла в камеру сгорания. Различают компрессионные и маслосъемные кольца.
Компрессионные кольца (два или три) устанавливают в верхние канавки поршня. Они имеют разрез, называемый замком, и поэтому могут пружинить. В свободном состоянии диаметр кольца должен быть несколько больше диаметра цилиндра. При введении в цилиндр такого кольца в сжатом состоянии оно создает плотное соединение. Для того чтобы обеспечить возможность расширения установленного в цилиндре кольца при нагревании, в замке должен быть зазор 0,2…0,4 мм. С целью обеспечения хорошей приработки компрессионных колец к цилиндрам часто применяют кольца с конусной наружной поверхностью, а также скручивающиеся кольца с фаской на кромке с внутренней или наружной стороны. Благодаря наличию фаски такие кольца при установке в цилиндр перекашиваются в сечении, плотно прилегая к стенкам канавок на поршне.
Маслосъемные кольца (одно или два) удаляют масло со стенок цилиндра, не позволяя ему попадать в камеру сгорания. Они располагаются на поршне под компрессионными кольцами. Обычно маслосъемные кольца имеют кольцевую канавку на наружной цилиндрической поверхности и радиальные сквозные прорези для отвода масла, которое по ним проходит к дренажным отверстиям в поршне (см. рис. а). Кроме маслосъемных колец с прорезями для отвода масла используются составные кольца с осевыми и радиальными расширителями.
Для предотвращения утечки газов из камеры сгорания в картер через замки поршневых колец необходимо следить за тем, чтобы замки соседних колец не располагались на одной прямой.
Поршневые кольца работают в сложных условиях. Они подвергаются воздействию высоких температур, а смазывание их наружных поверхностей, перемещающихся с большой скоростью по зеркалу цилиндра, недостаточно. Поэтому к материалу для поршневых колец предъявляются высокие требования. Чаще всего для их изготовления применяют высокосортный легированный чугун. Верхние компрессионные кольца, работающие в наиболее тяжелых условиях, обычно покрывают с наружной стороны пористым хромом. Составные маслосъемные кольца изготавливают из легированной стали.
Поршневой палец
Поршневой палец служит для шарнирного соединения поршня с шатуном. Он представляет собой трубку, проходящую через верхнюю головку шатуна и установленную концами в бобышки поршня. Крепление поршневого пальца в бобышках осуществляется двумя стопорными пружинными кольцами, расположенными в специальных канавках бобышек. Такое крепление позволяет пальцу (в этом случае он называется плавающим) проворачиваться. Вся его поверхность становится рабочей, и он меньше изнашивается. Ось пальца в бобышках поршня может быть смещена относительно оси цилиндра на 1,5…2,0 мм в сторону действия большей боковой силы. Благодаря этому уменьшается стук поршня в непрогретом двигателе.
Поршневые пальцы изготавливают из высококачественной стали. Для обеспечения высокой износоустойчивости их наружную цилиндрическую поверхность подвергают закалке или цементации, а затем шлифуют и полируют.
Поршневая группа состоит из довольно большого числа деталей (поршень, кольца, палец), масса которых по технологическим причинам может колебаться; в некоторых пределах. Если различие в массе поршневых групп в разных цилиндрах будет значительным, то при работе двигателя возникнут дополнительные инерционные нагрузки. Поэтому поршневые группы для одного двигателя подбирают так, чтобы они несущественно отличались по массе (для тяжелых двигателей не более чем на 10 г).
Шатунная группа кривошипно-шатунного механизма состоит из:
- шатуна
- верхней и нижней головок шатуна
- подшипников
- шатунных болтов с гайками и элементами их фиксации
Шатун
Шатун соединяет поршень с кривошипом коленчатого вала и, преобразуя возвратно-поступательное движение поршневой группы во вращательное движение коленчатого вала, совершает сложное движение, подвергаясь при этом действию знакопеременных ударных нагрузок. Шатун состоит из трех конструктивных элементов: стержня 2, верхней (поршневой) головки 1 и нижней (кривошипной) головки 3. Стержень шатуна обычно имеет двутавровое сечение. В верхнюю головку для уменьшения трения запрессовывают бронзовую втулку 6 с отверстием для подвода масла к трущимся поверхностям. Нижнюю головку шатуна для обеспечения возможности сборки с коленчатым валом выполняют разъемной. У бензиновых двигателей разъем головки обычно расположен под углом 90° к оси шатуна. У дизелей нижняя головка шатуна 7, как правило, имеет косой разъем. Крышка 4 нижней головки крепится к шатуну двумя шатунными болтами, точно подогнанными к отверстиям в шатуне и крышке для обеспечения высокой точности сборки. Чтобы крепление не ослабло, гайки болтов стопорят шплинтами, стопорными шайбами или контргайками. Отверстие в нижней головке растачивают в сборе с крышкой, поэтому крышки шатунов не могут быть взаимозаменяемыми.
Рис. Детали шатунной группы:1 — верхняя головка шатуна; 2 — стержень; 3 — нижняя головка шатуна; 4 — крышка нижней головки; 5 — вкладыши; 6 — втулка; 7 — шатун дизеля; S — основной шатун сочлененного шатунного узла
Для уменьшения трения в соединении шатуна с коленчатым валом и облегчения ремонта двигателя в нижнюю головку шатуна устанавливают шатунный подшипник, который выполнен в виде двух тонкостенных стальных вкладышей 5, залитых антифрикционным сплавом. Внутренняя поверхность вкладышей точно подогнана к шейкам коленчатого вала. Для фиксации вкладышей относительно головки они имеют отогнутые усики, входящие в соответствующие пазы головки. Подвод масла к трущимся поверхностям обеспечивают кольцевые проточки и отверстия во вкладышах.
Для обеспечения хорошей уравновешенности деталей кривошипно-шатунного механизма шатунные группы одного двигателя (как и поршневые) должны иметь одинаковую массу с соответствующим ее распределением между верхней и нижней головками шатуна.
В V-образных двигателях иногда используются сочлененные шатунные узлы, состоящие из спаренных шатунов. Основной шатун 8, имеющий обычную конструкцию, соединен с поршнем одного ряда. Вспомогательный прицепной шатун, соединенный верхней головкой с поршнем другого ряда, нижней головкой шарнирно крепится с помощью пальца к нижней головке основного шатуна.
Коленчатый вал
Коленчатый вал, соединенный с поршнем посредством шатуна, воспринимает действующие на поршень силы. На нем возникает вращающий момент, который затем передается на трансмиссию, а также используется для приведения в действие других механизмов и агрегатов. Под влиянием резко изменяющихся по величине и направлению сил инерции и давления газов коленчатый вал вращается неравномерно, испытывая крутильные колебания, подвергаясь скручиванию, изгибу, сжатию и растяжению, а также воспринимая тепловые нагрузки. Поэтому он должен обладать достаточной прочностью, жесткостью и износостойкостью при сравнительно небольшой массе.
Конструкции коленчатых валов отличаются сложностью. Их форма определяется числом и расположением цилиндров, порядком работы двигателя и числом коренных опор. Основными частями коленчатого вала являются коренные шейки 3, шатунные шейки 2, щеки 4, противовесы 5, передний конец (носок 1) и задний конец (хвостовик 6) с фланцем.
К шатунным шейкам коленчатого вала присоединяют нижние головки шатунов. Коренными шейками вал устанавливают в подшипниках картера двигателя. Соединяются коренные и шатунные шейки при помощи щек. Плавный переход от шеек к щекам, называемый галтелью, позволяет избежать концентрации напряжений и возможных поломок коленчатого вала. Противовесы предназначены для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил, возникающих на кривошипах вала во время его вращения. Их, как правило, изготавливают как единое целое со щеками.
Для обеспечения нормальной работы двигателя к рабочим поверхностям коренных и шатунных шеек необходимо подавать моторное масло под давлением. Масло поступает из отверстий в картере к коренным подшипникам. Затем оно через специальные каналы в коренных шейках, щеках и шатунных шейках попадает к шатунным подшипникам. Для дополнительной центробежной очистки масла в шатунных шейках имеются грязеуловительные полости, закрытые заглушками.
Коленчатые валы изготавливают методом ковки или литья из среднеуглеродистых и легированных сталей (может применяться также чугун высококачественных марок). После механической и термической обработки коренные и шатунные шейки подвергают поверхностной закалке (для повышения износостойкости), а затем шлифуют и полируют. После обработки вал балансируют, т. е. добиваются такого распределения его массы относительно оси вращения, при котором вал находится в состоянии безразличного равновесия.
В коренных подшипниках применяют тонкостенные износостойкие вкладыши, аналогичные вкладышам шатунных подшипников. Для восприятия осевых нагрузок и предотвращения осевого смещения коленчатого вала один из его коренных подшипников (обычно передний) делают упорным.
Маховик
Маховик крепится к фланцу хвостовика коленчатого вала. Он представляет собой тщательно сбалансированный чугунный диск определенной массы. Кроме обеспечения равномерного вращения коленчатого вала маховик способствует преодолению сопротивления сжатия в цилиндрах при пуске двигателя и кратковременных перегрузок, например, при трогании ТС с места. На ободе маховика закреплен зубчатый венец для пуска двигателя от стартера. Поверхность маховика, которая соприкасается с ведомым диском сцепления, шлифуют и полируют.
Рис. Коленчатый вал:1 — носок; 2 — шатунная шейка; 3 — коренная шейка; 4 — щека; 5 — противовес; 6 — хвостовик с фланцем
Видео-уроки о КШМ
ustroistvo-avtomobilya.ru
Ремонт шатунов двигателя
Содержание статьи:
- что такое шатун?
- Ремонт шатунов двигателя на примере ДВС ЯМЗ согласно технологии
- Ремонт шатунов двигателя: втулка верхней головки шатуна
- Ремонт шатунов двигателя: нижняя головка шатуна
- История возникновения / изобретения шатунов
- Шатуны в паровых двигателях
- Шатуны в двигателях внутреннего сгорания
Что такое шатун?
В двигателе внутреннего сгорания шатун соединяет поршень и кривошип. Эти детали вместе образуют простейший механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное.
Шатун может использоваться и для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.
Именно такой способ их использования был исторически первым, еще до изобретения двигателей внутреннего сгорания.
Шатун может передавать на поршень как толкающие, так и тянущие движения, т.е. работать полный цикл вращения кривошипа. Более ранние механизмы, такие как цепи, могли только тянуть. В двухтактных двигателях шатун передает только толчки поршня.
Сегодня шатуны используются главным образом в двигателях внутреннего сгорания, например в автомобилях. Они сильно отличаются от тех шатунов, что использовались в эпоху паровых двигателей, например в паровозах.
Ремонт шатунов двигателя на примере ДВС ЯМЗ согласно технологии
Ремонт шатунов двигателя подразумевает следующие обязательные процедуры:
- тщательная промывка шатуна двигателя;
- проверка на отсутствие трещин на магнитном дефектоскопе. Если шатун имеет трещины, то он подлежит выбраковке;
- Дефектовка шатуна;
- Ремонт;
- Контроль параметров шатуна после ремонта.
Ремонт шатунов двигателя: дефектовка шатуна
Основными контролируемыми параметрами шатуна являются контроль износа втулки верхней и отверстие нижней головок шатуна.
Внутренний параметр нижней головки шатуна проверяется после контрольной затяжки шатунных болтов в соответствии с нормативно-технической документацией. Далее проверяется ширина нижней головки шатуна, если она меньше допустимой величины, то шатун для дальнейшей установки на двигатель непригоден.
Далее следует проверка на изгиб, т.е. непараллельность осей отверстий верхней и нижней головок шатуна и проверка на скручивание, т.е. отклонение осей указанных отверстий от положения в одной плоскости (перекос осей). После проверки шатун без ремонта допускается, только в том случае, если отклонения незначительны и не превышают допустимых значений на изгиб и скручивание.
Ремонт шатунов двигателя: втулка верхней головки шатуна
Износ втулки верхней головки шатуна определяют индикаторным нутромером, в случае если диаметр втулки не больше допустимого значения, то она допускается без ремонта. Если это значение окажется выше допустимого, то втулку обязательно требуется выпрессовать и проверить под втулку внутренний диаметр отверстия верхней головки шатуна. Новую втулку запрессовывают с натягом, предусмотрев припуск на обработку втулки по внутреннему диаметру. Далее просверливают каналы для смазки поршневого пальца и проводят окончательную обработку внутреннего диаметра втулки.
Ремонт шатунов двигателя: нижняя головка шатуна
В случае небольшого изгиба и/или скручивания верхней и нижней головок шатуна можно исправить расточкой втулки верхней головки шатуна, обеспечив отклонение от параллельности, положения и расстояние между осями до допустимых значений. Сам шатун править нельзя. Можно лишь править погнутые шатуны с отклонением от прямолинейности не более миллиметра подрезая торцы верхней головки симметрично с каждой из двух сторон. В случае зажатости (уменьшение размера) нижней головки шатуна проводится ее растачивание в номинальный размер согласно нормативно-технической документации.
При ремонте шатуна категорически запрещается установка крышки с другого шатуна, так как комплектность проверяют по меткам спаренности.
История возникновения / изобретения шатунов
Первое доказательство применения шатунов датировано концом III-го в. нашей эры, во времена Римской империи, которы нашли на лесопилках в Иераполя, что в Малой Азии, где применялись механизмы, очень похожие на сегодняшние шатуны, преобразовывающие вращательное движение водяного колеса в поступательное для привода пилы. Такие же механизмы обнаружили на раскопках в г. Эфесе, датированные VI в. нашей эры.
На картинке ниже мы видим как вода вращает колесо, которое вращает колесо поменьше, которое уже передает энергию шатуну через шестерню, преобразующему вращательное движение в возвратно-поступательное.
Посмотрите на видео Древнеримские промышленные водяные мельницы:
Аль-Джазари (арабский ученый и изобретатель) между 1174 и 1200 гг. описал машину для подъёма воды. Конструкция этой машины имела шатун с коленчатым валом (т.е. кривошипно-шатунный механизм). Об этой машине рассказывается в видео с 2:15.
В Италии эпохи Возрождения самое раннее, хотя и не совсем правильно понятое, соединение коленчатого вала и шатуна найдено в книге чертежей Таччола. Четкое понимание их взаимного движения показано художником Пизанелло, который изобразил поршневой насос, приводимый в движение водяным колесом и состоящий из двух простых кривошипов и двух шатунов.
Кривошипы и шатуны становятся "популярны" у изобретателей с XVI века, о чём говорят трактаты и рукописи, например, у Агостино Рамелли (1588 года) "The Diverse and Artifactitious Machines", где можно увидеть 18 конструкций машин, использующих шатуны. А у Георга Андреаса Бёклер в его работе "Theatrum Machinarum Novum" вы уже найдёте 45 самых разных машин.
Шатуны в паровых двигателях
Первая паровая машина, атмосферный двигатель Ньюкомена, была одностороннего действия: его поршень работал только в одном направлении, поэтому в нем использовалась цепь, а не шатун. Соответственно, движение совершалось вперед-назад вместо постоянно вращения.
Последовавшие затем паровые двигатели были, как правило, двойного действия: их внутреннее давление действует на каждой стороне поршня по очереди. Это требует уплотнения вокруг штока поршня, а также шарнира между поршнем и шатуном, размещенного вне цилиндра, в большом подшипнике скольжения, называемом крейцкопф, или ползун.
В паровозах шатуны обычно крепятся прямо к ведущим колесам, соответственно ось этих колес служит коленчатым валом. Шатуны передают движение от ползуна к колесам. Ползуны используются также в больших дизельных двигателях, предназначенных для морских судов.
Шатуны небольших паровозов обычно имеют прямоугольное поперечное сечение, однако иногда используются шатуны круглого сечения, характерные для судовых двигателей. Например, Стивен Леви, строивший как паровозы, так и пароходы, часто использовал круглые стержни для шатунов.
Шатуны в двигателях внутреннего сгорания
В современных двигателях внутреннего сгорания шатуны обычно изготовлены из стали, но могут быть изготовлены из алюминиевых сплавов или титана. Алюминиевые шатуны имеют меньший вес, поглощают избыточное усилие, но быстрее изнашиваются. Титановые шатуны сочетают легкость и прочность, но имеют высокую стоимость. Если же задача обеспечить высокую производительность не ставится, например в двигателях для мотороллеров, то шатун может быть изготовлен из чугуна. Шатуны не закреплены жестко на обоих концах, так что угол между шатуном и поршнем может меняться, так как стержень движется вверх-вниз и вращается вокруг коленчатого вала. Иногда в гоночных автомобилях применяются шатуны, сделанные из цельной заготовки с помощью механической обработки, а не литые или кованые.
На рис. выше мы видим обычный шатун для автомобильного двигателя. Из-за наличия ограниченного пространства внутри поршня, конец, в который вставляется поршневой палец, поменьше, чем тот, что подключают к коленчатому валу, и эти концы называются верхней (поршневой) и нижней (кривошипной) головками шатуна, соответственно.
Внутри головки располагаются вкладыши подшипников скольжения, выполненные на стальной основе с нанесением слоя антифрикционного материала.
Кривошипная головка присоединяется к цапфе на кривошипе. Обычно есть отверстие, просверленное через подшипник и нижнюю головку шатуна так, чтобы моторное масло разбрызгивалось под давлением на стенку цилиндра и смазывало ход поршней и поршневых колец. Большинство небольших двухтактных двигателей и некоторые одноцилиндровые четырехтактные двигатели не требуют наличия насоса для масла, используя схему с подшипником качения. Однако это требует, чтобы коленчатый вал был легкосъемным, чтобы можно было в любой момент заменить шатун.
str-turbogas.ru
Шатун в двигателе держит поршень но качается перед коленвалом
Шатун – так называют медведя, который от недостатка пищи просыпается среди зимы или совсем не впадает в спячку.
Ходит, шатается по лесу, может напасть даже на человека.
Но в этой статье будет не про него, а про совсем безобидную деталь, точнее про шатун в двигателе автомобиля.
Он при своей работе совершает качающие движения, поэтому назван именем коварного хищника. А про Мишку мы как-нибудь в другой раз поговорим. Наш шатун сейчас нам гораздо нужнее чем медведь.
Эта самая деталь, соединяет коленчатый вал и поршень. Ее назначение – преобразование поступательного движения поршня в цилиндре во вращательное движение коленчатого вала, который в свою очередь через трансмиссию приводит в движение колеса автомобиля.
Шатун, особенности конструкции
Конструктивные отличия шатуна определяются типом мотора и схемой его компоновки. Так в бензиновых двигателях используют легкий вариант, а в дизельных – утяжеленный, Причина тому – дизель работает при бОльших степенях сжатия .
Основные элементы
К главным звеньям относятся: стержень, верхняя головка (поршневая) и нижняя (кривошипная). Также в комплект входят: вкладыши нижней головки (подшипники скольжения), подшипниковая втулка верхней головки, болты и гайки со шплинтами для крепления нижней головки к шатуну.
Стержень шатуна может быть разных видов сечения: прямоугольник, круг, крест или Н-образный. Есть движки, в которых шатуны имеют масляную канавку, через которую подается масло к поршню.
Поршневая головка находится вверху – это неразъемный шатунный элемент. Его конструкция зависит от способа установки поршневого пальца.
В двигателях, с пальцем фиксированного типа (палец жестко запрессован в верхнюю шатунную головку), в поршневой в головке предусмотрено цилиндрическое отверстие без втулки.
В варианте движка с плавающим пальцем (палец фиксируется в бобышках поршня), присутствует биметаллическая или бронзовая втулка.
Кривошипная головка находится внизу и имеет разборную конструкцию. Она соединяет коленчатый вал и сам шатун. Включает верхнюю часть и крышку, которая прикреплена к шатуну болтами. Бывает с двумя категориями разъемов относительно стержневой оси – косым (под углом) и прямым (перпендикулярным).
В головке, как уже говорилось, установлены вкладыши подшипника скольжения. Выглядят как две половинки разрезанного плоского кольца. Покрыты и могут содержать от двух до пяти слоев мягкого металла.
В современных моторах применяют двух и трехслойные вкладыши. В двухслойном на металлическую основу нанесен покров антифрикционного материала, а в трехслойном, кроме того есть еще изоляционный слой.
Чтобы не возникало вибраций и шумов во время работы двигателя, все шатуны, и их составляющие должны быть одинаковой массы. Подгонку по массе делают, снимая тонкую стружку с бобышек, которые расположены на верхней головке, на стержне или внизу поршневой головки.
Применяемый материал и профили
Шатуны делают штамповкой из высокопрочной стали или методом литья из чугуна.
В дизельных моторах используются изделия из легированной стали изготовленные методом ковки (горячей штамповки), а в некоторых бензиновых двигателях из порошкообразных металлов, полученные методом спекания.
Напряженные условия работы этой детали предполагают ее высокую надежность, долговечность и износостойкость. Повышенные требования предъявляются и к болтам крепления. Для их производства используют легированные стали, с высоким коэффициентом текучести.
Конструктивные особенности
Стержень шатуна, при работе, подвергается продольному изгибу, поэтому обычно имеет двутавровое сечение, хотя встречаются также круглые, крестообразные и трубчатые. Но оптимальным вариантом считается двутавровый стержень, обладающий хорошей жесткостью при минимальном весе.
Для крестообразных профилей нужны более развитые головки, а это способствует утяжелению детали. У круглого исполнения простая геометрия, но оно требует высокого качества механической обработки.
В массовом автомобильном производстве применяются стержни двутаврового сечения. Для повышения общей жесткости, уменьшения габаритов и массы шатунов в форсированных двигателях обе головки отковывают как одно целое со стержнем. При этом верхней, как правило, придают форму цилиндра.
Верхние головки выпускаются различной формы, отличия зависят лишь от устройства и способа фиксации поршневого пальца, а так же от способа смазки.
Ну, теперь поняли, чем отличается наш шатун от медведя?)))
Теперь самое время поделится информацией с друзьями в социальных сетях про медведя-шатуна.
Да! Не забудьте поделиться с друзьями! Ссылочку скиньте им на эту статью и порядок. И не останавливайтесь на прочитанном, продолжайте расширять свой автомобильный кругозор, читай те статьи про Поршень, про Блок двигателя, Про Коленчатый вал. Всё будет для вас интересно!
До новых встреч, автомобилисты!)))
auto-ru.ru
Шатун (двигатель) Википедия
Шату́н (иногда ещё называют тяговое дышло) — деталь, соединяющая поршень (посредством поршневого пальца[1]) и шатунную шейку коленчатого вала или движущих колёс паровоза. Служит для передачи возвратно-поступательных движений поршня к коленчатому валу или к колёсам для преобразования во вращательное движение. Для облегчения ремонта кривошипно-шатунного механизма в шатунах обычно используют быстросъёмные вкладыши подшипника[2], на которых нанесён антифрикционный слой (см. подшипник скольжения). Однако некоторые конструкции шатунов по-прежнему имеют заливку баббитом, при этом зазор регулируют выемом пластин между половинками шатуна (компрессоры, тихоходные судовые ДВС)[3][4]. Шатуны с ограниченным ресурсом не имеют специального антифрикционного слоя (алюминиевые шатуны пусковых и спортивных двигателей, мотоблоков)[5].
Шатун как элемент, необходимый для соединения поршня с коленчатым валом, применяется во всех существующих поршневых двигателях, за исключением двигателя Баландина, где усилие на вал передаётся не шатунным, а ползунным механизмом, а также шайбовых двигателях.
Конструкции шатунов
Шатуны различают по форме сечения стержня шатуна: двутавровые (применяются чаще всего), круглые, ромбические. Вторые обычны в судовых двигателях, по сверлению внутри подаётся смазка или охлаждение; третьи - в гоночных моторах с большой частотой вращения, где важно улучшение аэродинамики. Простые шатуны тихоходных механизмов имеют сечение прямоугольной формы[6].
По форме кривошипной головки шатуны бывают простые, прицепные и вильчатые (вторые характерны для звездообразных и V-образных двигателей, вильчатые применяются в некоторых V- и W-образных двигателях). Ввиду более высоких газовых сил, при равном диаметре цилиндра необходимое сечение дизельного шатуна оказывается больше, поэтому дизельные шатуны тяжелее. Шатун испытывает сложное знакопеременное нагружение и рассчитывается отдельно по каждому своему элементу[7].
В нижней головки шатуна чаще всего установлен подшипник скольжения, имеющий сменный вкладыш с антифрикционным сплавом из свинцовистой бронзы (в дизелях, работающих на грязном по сере топливе), алюминиево-оловянным сплавом (чаще всего) или даже серебром (звездообразные быстроходные). Верхняя головка шатуна традиционно имеет бронзовую втулку, чаще всего со сверлением для подачи масла от подшипника нижней головки. Однако в двигателях с фиксацией поршневого пальца в шатуне (ранние модели ВАЗ) верхний шатунный подшипник отсутствует - нет ни втулки, ни роликов. Смотря по форсировке двигателя, шатуны могут иметь отверстие в кривошипной головке для подачи масла на гильзу цилиндра[8].
Некоторые конструкции имеют подшипники качения в нижней и даже верхней головке шатуна, в этих случаях внутренняя поверхность шатуна закаливается. Такой шатун не имеет вкладышей и ремонтных размеров, при износе меняют обойму с роликами, по результатам обмеров - шатун и/или коленчатый вал. Применение - быстроходные двигатели с воздушным охлаждением, двигатели с кривошипно-камерной продувкой - то есть те, в которых труднее обеспечить достаточное количество масла под давлением. Но наибольшее распостранение имеют обычные со втулками и плавающим пальцем[9].
Разъёмные нижние головки шатунов могут быть прямыми, косыми (разъём под углом, для увеличения допустимого диаметра шейки). Соединение головок - болтовое, реже штифтами. В ранних конструкциях шатунные гайки контрились отгибными шайбами или проволокой. Половинки нижней головки шатуна должны точно, без сдвига прилегать друг другу, для чего применяют центрирование по шатунным болтам, зубцы[10] или соединение шипом с последующей мехобработкой отверстия. В последние годы активно применяют разламываемые шатуны - у них разъёмную головку получают раскалыванием после глубокого охлаждения. Этим достигается максимальная точность при минимальной себестоимости. В случае применения вкладышей, последние удерживаются от проворота своими "усами", попадающими в паз головки[11]. Крышки подшипников в любых моделях двигателей нельзя путать между собой.
На циклическую прочность шатуна влияет радиус перехода, угол заделки верхней головки шатуна, а также качество поверхности всей детали. Для создания сжимающих напряжений шатуны часто подвергают дробеструйной обработке (после объёмной закалки и отпуска), авиационные обычно полировали.
В качестве материала применяют обычно легированную (45Г2, 12ХН3А, 18ХНВА,...) или углеродистую сталь достаточной прокаливаемости: чем больше толщина сечения, тем более легированную сталь приходится применять. Для малоразмерных автомобильных двигателей обычным является применение селектированной по углероду закалённой стали; в тихоходных механизмах шатуны имеют большие сечения, и для увеличения 90% прокаливаемости возрастающее количество легирующих элементов недопустимо увеличивает их стоимость. Поэтому шатуны судовых ДВС изготавливают из нормализованной углеродистой стали типа Ст5 (Сталь 30, 35, 40)[12].
Шатуны в одном двигателе подбирают по массе. Причём желательно подгонять отдельно массы верхней и нижней головки, используя для подпиливания приливы на крышке и верхней головке[13]. Однако некоторые механики предпочитают более лёгкий путь - при ремонте взвесить новые шатуны и поршни, выстроить по весу одни по возрастанию, а вторые по убыванию, потом соединить. Так масса поршневого комплекта легко и просто получается почти одинаковой[14].
Устройство головок шатуна
Нижний подшипник шатуна в большинстве случаев разъёмный (может быть неразъёмным только при сборном коленвале), поэтому крышка соединяется с шатуном болтами (шпильками), реже штифтами. Шатунные болты изготовляют из качественных легированных сталей, подвергают закалке с отпуском, причём принимаются все меры по повышению усталостной прочности - плавный переход от резьбы, чистая обработка поверхности, поверхностное упрочнение. Это же относится и к шатунной гайке. Ввиду этого, шатунный болт не подлежит стандартизации, и всегда уникален.
Шатунные болты (шпильки) должны гарантировать нераскрытие стыка кривошипной головки, при этом болт испытывает переменное напряжение, зависящее от соотношения жёсткости болта и крышки. Чем меньше жёсткость болта (выше длина, меньше сечение), тем пульсации напряжений растяжения ниже. Как только происходит раскрытие стыка, пульсация напряжений возрастает в несколько раз, и болты обрывает очень быстро.
Кривошипная (мотылёвая) головка имеет установленные вкладыши, фиксирующиеся от проворачивания "усами", вставленными в пазы головки. В случае подшипника из баббита (применяются высокопрочные оловянно-свинцовые баббиты типа Б83), между половинками шатуна устанавливают пакет металлических прокладок, и по мере износа баббита их снимают при обслуживании судового дизеля. Если же шатун имеет подшипники качения, то они могут быть насыпными (иглы), либо иметь обойму для роликов (современное решение).
Верхняя головка шатуна в большинстве случаев имеет свёртную бронзовую втулку с отверстием для смазки. После запрессовки втулку разворачивают в размер пальца, обеспечивая нужную чистоту поверхности. Поскольку скорость вращения поршневого пальца невелика, долговечность узла во многих случаях обеспечивается при небольшом диаметре пальца и смазки разбрызгиванием. Ремонт верхней головки требуется редко, ресурс втулки достигает полного ресурса двигателя. Однако, возможны повреждения от гидроудара либо соударения поршня с головкой при попадании в камеру предметов. Стержень шатуна при этом также часто изгибается.
История
Самое раннее свидетельство применения шатунов датируется концом 3-го века н. э., когда в Римской империи на лесопилках в Иераполе, Малая Азия, были применены механизмы, похожие на современные шатуны-преобразователи вращательного движения водяного колеса в поступательное для привода пилы. Аналогичные механизмы были также обнаружены при раскопках в Эфесе, которые датируются VI веком н. э.
Между 1174 и 1200 гг. арабский ученый и изобретатель Аль-Джазари описал машину, конструкция которой включала шатун с коленчатым валом (кривошипно-шатунный механизм). Предназначалась такая машина для подъёма воды[15].
В конструкциях машин кривошипы и шатуны обильно используются с XVI века, о чём свидетельствуют трактаты того времени: Агостино Рамелли The Diverse and Artifactitious Machines 1588 года, где изображены восемнадцать примеров. Число примеров растет в работе Theatrum Machinarum Novum от Георга Андреаса Бёклера, в которой присутствует до 45 различных машин.
См. также
Примечания
- ↑ Поршневой палец (недоступная ссылка).
- ↑ Шатун двигателя внутреннего сгорания | АВТОСТУК.РУ (рус.). autostuk.ru. Проверено 19 февраля 2018.
- ↑ [http://mash-xxl.info/info/386331/ Баббиты для вкладышей шатунов - Энциклопедия по машиностроению XXL]. mash-xxl.info. Проверено 19 февраля 2018.
- ↑ Шатуны - Моряк (рус.). seaspirit.ru. Проверено 19 февраля 2018.
- ↑ Какой шатун выбрать (рус.). enginepower.pro. Проверено 19 февраля 2018.
- ↑ Administrator. Шатуны. azbukadvs.ru. Проверено 20 февраля 2018.
- ↑ [http://www.ngpedia.ru/id481899p1.html Стержень - шатун - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1] (рус.). www.ngpedia.ru. Проверено 20 февраля 2018.
- ↑ Кривошипно-шатунный механизм | Конструкции судовых двигателей внутреннего сгорания. www.stroitelstvo-new.ru. Проверено 20 февраля 2018.
- ↑ Шатун двигателя внутреннего сгорания: конструкция, назначение, из чего делают шатуны (рус.), Автодромо - автоновости, тест-драйвы, обзоры, статьи, каталог авто и автосалонов, покупка и продажа автомобилей (18 апреля 2016). Проверено 20 февраля 2018.
- ↑ [http://sinref.ru/000_uchebniki/00800ekscovatori/100_rukovodstvo-po-ekspluatacii-jcb-4cx/153.htm Вкладыши нижней головки шатуна (снятие и установка) дизельного двигателя Perkins]. sinref.ru. Проверено 20 февраля 2018.
- ↑ Ремонт шатуннопоршневой группы Камаз (рус.). autoruk.ru. Проверено 20 февраля 2018.
- ↑ Administrator. Шатуны (рус.). vdvizhke.ru. Проверено 20 февраля 2018.
- ↑ Контент / Руководство / Поршни и шатуны - ВАЗ - ремонт, обслуживание, тюнинг (рус.). vazik.ru. Проверено 20 февраля 2018.
- ↑ Балансировка шатунов и коленвала. - Форум Клуба PATRIOT 4x4 (англ.). www.patriot4x4.ru. Проверено 20 февраля 2018.
- ↑ Что такое шатун и как он работает? (рус.). Проверено 19 февраля 2018.
wikiredia.ru
Шатун двигателя внутреннего сгорания
Изобретение относится к области двигателестроения и направлено на снижение вибрации двигателя внутреннего сгорания. Шатун двигателя внутреннего сгорания содержит поршневую и кривошипную головки, стержень и средство снижения виброактивности шатуна. Средство снижения виброактивности шатуна выполнено в виде двух камер с металлической дробью, причем камеры образованы штатными углублениями стержня и крышками со средствами крепления к полкам тавра стержня шатуна. Крышки выполнены с отверстиями (перфорированы) либо сплошными без отверстий - перфораций. Технический результат: простота и технологичность конструкции, снижение виброактивности шатуна. 3 ил.
Изобретение относится к области двигателестроения и направлено на снижение вибрации двигателя внутреннего сгорания.
Изобретение может быть использовано в компрессорах, насосах, а также в других машинах и механизмах с кривошипно-шатунными механизмами.
Известен шатун двигателя внутреннего сгорания [1], содержащий поршневую и кривошипную головки, связанные между собой посредством разрезного состоящего из двух частей стержня. Указанные части стержня жестко связаны одними концами с головками посредством крепежных элементов, между другими концами установлен упругий элемент, выполненный в виде аккумулятора энергии с возможностью телескопического перемещения. Такой шатун не надежен в эксплуатации и рассчитан на небольшие нагрузки.
Известен также шатун двигателя внутреннего сгорания [2]. В шатуне поршневая и кривошипная головки связаны между собой посредством разрезного состоящего из двух частей стержня. Одни концы стержня жестко связаны с головками, а между другими концами частей стержня установлен упругий элемент, выполненный в виде цилиндрической втулки из пружинной стали и размещенного в этой втулке сменного пакета цилиндрических пластинчатых пружин различной толщины (прототип).
Существенным недостатком шатуна является сложность конструкции и высокая его стоимость.
Техническими результатами изобретения являются простота и технологичность конструкции, низкая виброактивность и стоимость изготовления, и существенное снижение виброактивности в целом.
Технический результат достигается тем, что:
1. Средством снижения виброактивности шатуна является дополнительный элемент штатного шатуна проектированных и находящихся в эксплуатации двигателей.
2. Средством, обеспечивающим снижение виброактивности, служит металлическая дробь.
3. Средство снижения виброактивности - металлическая дробь - размещено в двух камерах.
4. Камеры для размещения металлической дроби образованы штатными углублениями стержня шатуна и крышками со средствами крепления к полкам тавра стержня шатуна.
5. Крышки камер сплошные или выполнены с отверстиями (перфорированы).
6. Шатун технологическим операциям, приводящим к изменению его конструкции, а также снижению прочности, не подвергается.
7. В камерах с металлической дробью накапливаются разбрызгиваемое картерное масло и его пары через щели, образованные между крышками камер и полками стержня шатуна, или отверстия (перфорации) самой крышки.
Техническое решение поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен шатун в плоскости zoy его сложного движения, на фиг.2 - разрез А-А поперечного, т.е. параллельно плоскости оух, сечения стержня шатуна, на фиг.3 - разрез В-В, продольное сечение шатуна, т.е. в плоскости zox.
Шатун содержит поршневую головку 1, кривошипную головку 2, стержень 3, крышку 4 кривошипной головки, шатунные болты 5.
Сечение А-А стержня 3 шатуна - двутавровое, т.е. состоит из полок 6, 7, между которыми расположена симметрично перпендикулярная стойка 8 двутавра. Параллельно противоположные поверхности стойки 8 с внутренними поверхностями полок 6, 7 образуют соответствующие углубления двутавра (фиг.2, 3). Эти углубления закрыты соответственно крышками 9, 10 (фиг.2, 3), которые могут быть выполнены, по крайней мере, с отверстиями Е. Углубления двутавра с крышками 9, 10 образуют справа и слева от стойки 8 соответствующие камеры С, D (фиг.3). В камерах С, D размещена металлическая дробь 11, 12 (фиг.1-3). Крепление крышек 9, 10 камер С, D к полкам двутавра осуществляется, по крайней мере, винтами 13, 14.
Работа шатуна заключается в следующем.
При работе двигателя угловая скорость вращения коленчатого вала поршневого двигателя внутреннего сгорания w не является постоянной, а периодически меняется по времени [8]. Периодом для w будет период рабочего процесса в двигателе, т.е. для четырехтактного процесса - два оборота коленчатого вала двигателя, а для двухтактного процесса - один оборот. Причиной переменности w являются крутильные колебания коленчатого вала, которые возникают вследствие упругости последнего и вследствие того, что при работе двигателя силы, действующие на кривошипные шейки вала, периодически изменяются, причем периодом их изменения и являются как раз два оборота вала в четырехтактных двигателях, один оборот в двухтактных. Кроме того, в процессе возвратно-поступательного движения поршня силы инерции шатуна любого кривошипно-шатунного механизма (КШМ) по характеру движения являются качательными, т.е. шатун совершает плоское движение, перпендикулярное оси коленчатого вала двигателя [8].
При работе двигателя в зависимости от угла отклонения шатуна от оси цилиндра и положения относительно верхней или нижней мертвой точки поршня металлическая дробь 11, 12 (фиг.1-3) центробежной и поступательной силами инерции прижимается к соответствующим внутренним поверхностям камер С, D (фиг.2, 3).
Возникающие при этом от металлической дроби 11, 12 (фиг.1-3) реактивные силы инерции и моменты стремятся вернуть шатун в исходное положение, благодаря чему происходит снижение виброактивности шатуна [9]. Таким образом, реактивные силы инерции металлической дроби 11, 12 (фиг.1-3) снижают как силы инерции поступательно движущихся масс, так и боковую или нормальную силу, действующую перпендикулярно на стенку цилиндра, а следовательно, и радиальную, тангенциальную, центробежную силы и силу, действующую по оси шатуна.
Для проникновения в камеры С, D (фиг.3) с металлической дробью 11, 12 (фиг.2, 3) разбрызгиваемого от работы коленчатого вала масла, а также образованного масляного тумана в картере, крышка по первому варианту выполнена с отверстиями Е (фиг.3), а по второму варианту масло может поступать через щели, образованные между плоскостями полок 6, 7 (фиг.2) двутавра стержня 3 шатуна и крышками 9, 10 (фиг.2, 3). При движении шатуна происходит движение металлической дроби 11, 12 (фиг.2, 3) и масла с соответствующей скоростью. Часть масла при этом выходит из камер С, D (фиг.3) через отверстия Е (фиг.3) или щели, забрызгивая зеркало цилиндра и коленчатый вал. Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает также смазку и охлаждение цилиндра, коленчатого вала, что очень важно.
Реализация шатуна в двигателях внутреннего сгорания, особенно быстроходных, может обеспечить снижение виброактивности примерно на 5-7 дБ. Работы по данному направлению планируется выполнить на базе двигателя Ч 8,5/11.
Источники информации
1. 3аявка ФРГ №3339360, кл. F16С 7/07, 1985.
2. Патент РФ №1767246. - Шатун двигателя внутреннего сгорания. / М.А.Минасян. - Опубл. в БИ №37 07.10.92 г. (прототип).
3. Авт.св. 1267080. Шатун. / М.А.Минасян. - Опубл. в БИ №40, 1986 г.
4. Авт.св. 122787. Шатун. / М.А.Минасян, П.А.Истомин. - Опубл. в БИ №16, 1981.
5. Патент РФ №2245463. - Шатун двигателя внутреннего сгорания / Минасян М.А. - Опубл. в БИ №3, 2005.
6. Патент РФ №2254507. - Шатунно-поршневая группа / Минасян М.А. - Опубл. в БИ №6, 2005.
7. Истомин П.А., Минасян М.А. Динамические модели кривошипно-шатунных механизмов и их деталей // Двигателестроение. 1984, №9, с.20-24.
8. Нейман И.Ш. Динамика авиационных двигателей. М. - Л., Оборонгиз, 1940, с.468.
9. Истомин П.А., Минасьян М.А. Динамические модели кривошипно-шатунных механизмов поршневых двигателей и их деталей. Двигателестроение, 1984, №9, с.20-24.
Шатун двигателя внутреннего сгорания, содержащий поршневую и кривошипную головки, стержень и средство снижения виброактивности шатуна, отличающийся тем, что средство снижения виброактивности шатуна выполнено в виде двух камер с металлической дробью, причем камеры образованы штатными углублениями стержня и крышками со средствами крепления к полкам тавра стержня шатуна, крышки выполнены с отверстиями (перфорированы) либо сплошными без отверстий - перфораций.
www.findpatent.ru
