Канавка двигателя


Упрочнение верхних поршневых канавок двигателей внутреннего сгорания методом искрового упрочнения Текст научной статьи по специальности «Машиностроение»

АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА

УДК 62.242; 621.431.3

Н. Ю. ДУДАРЕВА

УПРОЧНЕНИЕ ВЕРХНИХ ПОРШНЕВЫХ КАНАВОК ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ МЕТОДОМ ИСКРОВОГО УПРОЧНЕНИЯ

Рассматривается методика и результаты исследований износостойкости верхних канавок поршней ДВС, упрочненных методом искрового упрочнения. Установлено, что метод искрового упрочнения снижает износ поршневой канавки, однако использование этого метода требует проведения работ по снижению износа поршневых колец. Поршень; поршневая канавка; упрочнение; искра; алюминиевые сплавы; двигатель внутреннего сгорания

ВВЕДЕНИЕ

Цилиндропоршневая группа (ЦПГ) является системообразующим узлом двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Надежная работа деталей этой группы способствует повышению эффективных показателей двигателя. Одной из самых нагруженных и напряженных деталей ЦПГ является поршень. В процессе эксплуатации поршень подвергается воздействию не только высоких температур и динамических нагрузок, возникающих при сгорании газов, но и сил трения. Кроме этого, поршень воспринимает усилие, действующее на его боковую поверхность со стороны цилиндра [1]. Соприкосновение с горячими газами и воспринимаемое поршнем тепло трения приводят к его нагреву до высоких температур. Однако с повышением температуры механические свойства металлов изменяются, обычно это проявляется в снижении прочности. Высокие температуры также могут стать причиной значительной деформации и повышенного износа поршня, а иногда приводят к заклиниванию поршня в цилиндре и закоксовыванию поршневых колец. Довольно сложные условия работы зачастую приводят к разрушению деталей ЦПГ ДВС, поэтому обеспечению надежности (износостойкости и долговечности) поршней двигателей сегодня уделяется пристальное внимание.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Широкое распространение в ДВС на сегодняшний день получили поршни из алюминиевых сплавов. Основными достоинствами таких поршней является их небольшая масса, технологичность в обработке, высокие значения па-

Контактная информация: (347) 272-84-05

раметров теплопроводности и коррозионной стойкости [1]. Кроме того, температура поршней из алюминиевых сплавов ниже, чем чугунных, благодаря высокой теплопроводности алюминия. В результате на днищах поршней из алюминиевых сплавов образуется меньше на-гароотложений, а на юбке формируется более прочная пленка смазки, благоприятно влияющая на взаимодействие с зеркалом цилиндра. Но у алюминиевых сплавов имеется один недостаток - низкая износостойкость. Мономе -таллические поршни из алюминиевых сплавов чаще всего выходят из строя по причине износа двух верхних поршневых канавок [2].

На поршневую канавку действует целый ряд сил и нагрузок: сила давление газа Рг; сила инерции кольца Р; сила трения, возникающая при относительном перемещении кольца в поршневой канавке; температурные нагрузки. Воздействие поршневых колец на канавку обусловлено как сочетанием знакопеременного движения поршня и давления газов, так и вибрацией колец. Обычно вибрация колец является причиной разрушения верхней торцевой поверхности канавки [3]. Нижние поверхности канавок в большей степени изнашиваются от действия давления газов на такте расширения. Также следует учитывать, что взаимодействие поршневых колец и канавок происходит при повышенной температуре (200-250 оС) с присутствием в зоне контакта твердых продуктов коксования и абразивных частиц, попадающих извне.

Обычно для повышения надежности и уменьшения износа поршней, в зоне верхней канавки применяют специальные упрочняющие покрытия или износостойкие конструктивные элементы [4-8]. Однако этим методам присущ ряд недостатков, таких как сложность химиче-

ского состава используемых материалов, необходимость финишной обработки, низкая технологичность и др. Основываясь на требованиях, предъявляемых к поверхностному слою поршневых канавок, а также учитывая условия работы поршня, был предложен метод искрового упрочнения для повышения износостойкости верхних поршневых канавок (ВПК).

Метод упрочнения поверхностей деталей -искровое упрочнение (ИУ) - разработан на кафедре ДВС УГАТУ [9, 10]. Суть этого метода заключается в том, что под действием искрового разряда в тонком поверхностном слое детали происходят значительные изменения, которые касаются химического состава поверхности, ее структуры, рельефа и механических свойств. В результате искрового упрочнения на поверхности детали формируется модифицированный слой. По своему составу этот слой состоит из корунда - а-А1203 и обладает высокой микротвердостью [11]. Благодаря технологии искрового упрочнения можно сформировать на поверхности детали слой, прочно сцепленный с подложкой и характеризующийся высокими механическими, теплостойкими, и износостойкими свойствами. Предварительные испытания ВПК при работе двигателя в режиме холодной обкатки показали, что метод ИУ может повысить износостойкость верхних канавок поршней из алюминиевого сплава [12]. Однако условия работы деталей ЦПГ в режиме холодной обкатки значительно отличаются от условий работы на реальном двигателе. Для того чтобы однозначно говорить о возможности использования метода ИУ для повышения износостойкости ВПК, необходимо провести моторные испытания упрочненного поршня. На основании этого была сформулирована цель работы: исследовать возможность повышения износостойкости верхних канавок поршней ДВС из алюминиевых сплавов методом искрового упрочнения. Объектом исследования является поршень, предметом исследования - поверхность поршня, упрочненная методом искрового упрочнения.

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Упрочнение канавок проводили на поршне двигателя внутреннего сгорания УМЗ-341Э, диаметр которого составляет 79 мм, поршень изготовлен из алюминиевого сплава марки АЛ30 ГОСТ 1583-93 (рис. 1).

Рис. 1. Поршень двигателя УМЗ-341Э

Предлагаемый способ упрочнения канавок поршня ДВС осуществлялся с использованием установки искрового упрочнения, создающей на электродах искровой разряд с определенными параметрами. Поршень фиксировался в патроне и вращался с постоянной скоростью относительно неподвижных электродов, которые располагались в поршневых канавках (рис. 2, а). Электрод размещался таким образом, чтобы обеспечивалась равномерная обработка одновременно обеих рабочих поверхностей канавки (рис. 2, б).

Технологические параметры обработки ВПК были выбраны следующие: межэлектрод-ный зазор - 0,25^0,35 мм; скорость вращения поршня относительно электрода - 1 об/мин; рабочая среда - воздух; энергия искрового разряда ~ 0,1 мДж; частота импульсов ~ 6-7 Гц; количество одновременно обрабатывающих электродов - 3; продолжительность обработки - 100 часов. Технологические режимы обработки выбирались на основе ранее проведенных исследований [12].

а б

Рис. 2. Обработка верхней канавки поршня: а -внешний вид поршня и электродов в процессе обработки; б - расположение электрода в верхней канавке поршня: 1 - электрод;

2 - упрочненный слой; 3 - поршень

Для определения механических свойств (микротвердости, толщины слоя, шероховатости) упрочненного слоя ВПК был создан образец-свидетель. Он представлял собой цилиндр, изготовленный из алюминиевого сплава АЛ30 ГОСТ 1583-93, с проточенной по диаметру канавкой высотой 1,54 мм, равной высоте верх-

ней канавки поршня двигателя УМЗ-341Э. Канавка образца-свидетеля подвергалась обработке методом искрового упрочнения с технологическими параметрами, соответствующими параметрам обработки ВПК двигателя УМЗ-341Э.

Микротвердость и толщина упрочненного слоя образца-свидетеля измерялись на микротвердомере ИУ8-1000 с нагрузкой 0,1 кг и составили: микротвердость Нц = 9,3 ГПа, толщина упрочненного слоя ИУС = 14,5 мкм. Шероховатость была измерена посредством портативного измерителя шероховатости ТЯ 220 и составила Яа 1,3.

Испытания на износостойкость ВПК проводились на двигателе УМЗ 341Э, который был соединен с тормозным стендом АУЬ 20 (рис. 3). Стенд имеет возможность работать в режиме тормоза, а также автоматически поддерживает частоту вращения.

Рис. 3. Схема испытательного стенда АУЬ, соединенного с ДВС

Программа исследований состояла из двух частей:

1) исследование на износостойкость верхней канавки штатного поршня в сопряжении со штатным верхним компрессионным кольцом;

2) исследование на износостойкость верхней канавки поршня, обработанной методом искрового упрочнения, в сопряжении со штатным верхним компрессионным кольцом.

Каждая часть состояла из последовательно повторяющихся 5 циклов. Продолжительность каждого цикла составляла 10 часов. Общая структура цикла испытаний приведена в таблице. Суммарное время проведения моторных испытаний для каждой пары трения

составило 50 часов. После каждого цикла осуществлялась разборка двигателя и измерение исследуемых параметров - размеров поршневого кольца и поршневой канавки.

Структура испытательных циклов

№ эта па Наименование этапа Продол-житель -ность этапа

1 Замер геометрических размеров поршневого кольца и верхней поршневой канавки с занесением значений в карту микрометража

2 Фотографирование штатного поршневого кольца -

3 Установка поршня и штатного компрессионного кольца на двигатель УМЗ-431Э. Установка двигателя на стенд

4 Моторные испытания поршня и штатного компрессионного кольца на двигателе УМЗ-341Э, установленном на тормозном стенде ЛУЬ 20: - запуск тормозного стенда; - запуск двигателя; — работа двигателя без нагрузки при п = 1300 ± 50 мин-1; — работа двигателя под нагрузкой Ые = 1,7 кВт, п = 2850 мин-1; — остановка двигателя; - остановка тормозного стенда 5 мин 600 мин

5 Снятие двигателя с испытательного стенда. Разборка двигателя -

При работе двигателя без нагрузки проводился замер и контроль частоты вращения коленчатого вала, расхода топлива и барометрических показателей окружающей среды. При работе двигателя под нагрузкой проводился контроль и определение частоты вращения коленчатого вала, тормозного усилия, развиваемого стендом, расхода топлива и барометрических показателей окружающей среды.

Для определения износа ВПК и поршневого кольца проводилось измерение их размеров и фотографирование деталей, для чего использовалась фотокамера 01ушрш С-5060, набор плоскопараллельных мер длины по ГОСТ 903890 и микрометр - 4317, й = 0,01 мм ГОСТ 650760.

Замер высоты верхних канавок поршней двигателя УМЗ-341Э проводился посредством концевых мер длины, согласно ГОСТ 14846-81,

по четырем точкам Рь Р2, Р3, Р4, где точка Р\ находилась со стороны маховика (рис. 4).

Замер геометрических параметров штатного верхнего поршневого кольца двигателя УМЗ-341Э проводился посредством микрометра, согласно ГОСТ 14846-81, по пяти точкам: напротив замка (точка 3), под углом 90о (точки 2 и 4) и под углом 30о к оси замка (точки 1 и 5) (рис. 5).

м

Рис. 4. Контрольные точки измерения высоты канавки поршня

Рис. 5. Контрольные точки измерения высоты верхнего компрессионного кольца

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Исходя из полученных данных был построен график изменения усредненной высоты канавки штатного поршня Рпк ср1 и поршня, обработанного методом ИУ Рпк_ср2, от продолжительности моторных испытаний (рис. 6).

Рис. 6. Зависимость усредненных высот канавок поршня от продолжительности моторных испытаний

Также был построен график изменения усредненной высоты кольца, работающего в сопряжении со штатным поршнем Рк.ср1, и кольца, работающего в сопряжении с поршнем, обработанным методом ИУ Рк ср2, от продолжительности моторных испытаний (рис. 7).

Анализируя рис. 6 и 7, можно утверждать, что обработка ВПК методом искрового упрочнения снижает ее износ. Также видно, что одновременно увеличивается износ поршневого кольца. Это означает, что требуются дополнительные исследования по оптимизации свойств упрочненного слоя поршневой канавки, которые позволили бы снизить износ поршневого кольца при одновременном увеличении износостойкости ВПК.

Рис. 7. Зависимость изменения усредненной высоты колец от продолжительности моторных испытаний

ВЫВОДЫ

Полученные результаты подтверждают возможность применения метода искрового упрочнения для повышения износостойкости поршневых канавок ДВС.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей: Учеб. для студ. втузов, обучающихся по спец. «Двигатели внутреннего сгорания» / Д. Н. Вырубов [и др.]. М.: Машиностроение, 1984. 384 с.

2. Трение, изнашивание и смазка: Справочник. В 2-х кн. Кн. 2. / Под ред. И. В. Крагельского и В. В. Алисина. М.: Машиностроение, 1979. 358 с.

3. Гинцбург Б. Я. Теория поршневого кольца. М.: Машиностроение, 1979. 271 с.

4. Технологические аспекты прочности силуминов, предназначенных для изготовления поршней / В. Н. Платонов [и др.] // Двигателестроение. 1991. № 6. С. 42-44.

5. Пат. 2060124 Россия, С 16 В 23 К 9/04. Способ обработки сжатой дугой [Текст] / Н. И. Захаров [и др.]. № 4802137/08; заявл. 18.12.89; опубл. 20.05.96, Бюл. № 17/2000. 3 с.

6. Лазер легирует материал верхней канавки поршня и упрочняет поршневые кольца / Н. Ф. Де-риглазова [и др.] // Автомобильная промышленность. 1993. № 12. С. 27-28.

7. Захаренко С. М., Поляченко А. В. (СССР). А. с. 585006 СССР, МКИ2 В23 К 11/06. Способ упрочнения и восстановления канавок [Текст]. № 2362671/25-27; заявл. 24.05.76; опубл. 25.12.77, Бюл. №47. 3 с.

8. Воропай Н. М. Двухдуговая наплавка алюминиевых поршней комбинированным неплавя-щимся и плавящимся электродом // Автоматическая сварка. 1996. № 6. С. 21-26.

9. Пат. 2176682 Российская Федерация, МПК7 С 23 С 14/40, В 23 Н 1/02, В 23 Н 9/00. Способ упрочнения поверхностей деталей [Текст] / Б. П. Рудой [и др.] // №99110333; заявл. 17.05.1999; опубл. 10.12.2001, Бюл. № 4. 3 с.

10. Rudoy B. P., Dudareva N. J. Strengthened oxiding of a superficial layer of details from aluminium alloys for air engines // Symposium on actual problems of aircraft engines construction, Ufa state aviation technical university. 1999. P. 35-37.

11. Дударева, Н. Ю. Моделирование процесса формирования упрочненного слоя при микродуговом оксидировании алюминиевых образцов // Изв. вузов. Авиационная техника. 2008. № 3. С. 63-65.

12. Дударева Н. Ю., Соколов С. А. Исследование возможности упрочнения верхних поршневых канавок двигателя внутреннего сгорания методом искрового упрочнения // Вестник УГАТУ. 2008. Т. 10, № 1(26). С. 54-56.

ОБ АВТОРЕ

Дударева Наталья Юрьевна,

доц. каф. двиг. внутр. сгорания. Дипл. инж. по технол. маши-ностр. (УГАТУ, 1994). Канд. техн. наук по тепл. двигателям (там же, 1999). Иссл. в обл. износостойких покрытий деталей двигателей.

cyberleninka.ru

Захаров Ю.А., Шарагин А.Е. Ремонт и восстановление канавок поршней двигателей внутреннего сгорания автомобилей

УДК 62-242.2

Захаров Юрий Альбертович1, Шарагин Алексей Евгеньевич21Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат технических наук, доцент2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, студент

АннотацияВ большинстве случаев 40-50 % дефектуемых поршней двигателей внутреннего сгорания автомобилей подлежат вторичному использованию. Такая ситуация возможна только при условии возможности восстановления поршневых канавок, причем, как правило, наибольший износ имеет первая канавка под компрессионное кольцо. То есть, восстановление геометрии поршневых канавок является лимитирующим фактором влияющим на дальнейшее определение назначение поршня ДВС.

Ключевые слова: восстановление, компрессионные кольца, маслосъемные кольца, поршень, поршневой палец, поршневые канавки, ремонт, цилиндро-поршневая группа

Zakharov Yury Albertovich2, Sharagin Alexey Evgenyevich31Penza state university of architecture and construction, Candidate of Technical Sciences, associate professor,2Penza state university of architecture and construction, student, Penza state university of architecture and construction

AbstractIn most cases 40-50% of the checked pistons of internal combustion engines of cars are subject to recycling. Such situation is possible only on condition of possibility of restoration of piston flutes, and, as a rule, the first flute under a compression ring has the greatest wear. That is, recovery of geometry of piston flutes is the limiting factor influencing further definition purpose of the DVS piston.

Keywords: compression rings, oil scraper rings, piston, piston finger, piston flutes, repair, restoration, tsilindro-piston group

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:Захаров Ю.А., Шарагин А.Е. Ремонт и восстановление канавок поршней двигателей внутреннего сгорания автомобилей // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 1. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/01/46086 (дата обращения: 12.01.2018).

В связи с высоким износом основной части машинно-тракторного парка и низким его обновлением, а также высокой стоимостью запасных частей и ремонтов на стороне актуальным становится вопрос о ремонте и восстановлении деталей внутри предприятия [1-6]. Это относится и к цилиндро-поршневой группе, в состав которой входит поршень.

Поршень является одной из основных деталей поршневого двигателя внутреннего сгорания машин, именно он совместно с компрессионными кольцами и гильзой цилиндра обуславливает величину компрессии двигателя, его мощностные характеристики и стабильность работы. Поршень при работе двигателя воспринимает колоссальные нагрузки, совершая возвратно-поступательное движение, формируя условия для выполнения тактов работы ДВС. Соответственно, поршень во время эксплуатации подвержен износу и появлению эксплуатационных дефектов. При дефектации поршней обращают внимание на размеры и состояние посадочных отверстий под поршневой палец, на размеры и состояние самого поршневого пальца, а самое главное на состояние поршневых канавок, выточек на теле поршня под компрессионные и маслосъемные кольца. Как правило, 40-50% поршней бывших в эксплуатации пригодны к эксплуатации при условии надлежащего состояния поршневых канавок [1, 6]. Таким образом, техническое состояние поршневых канавок их макро и микрогеометрия определяют дальнейшую «судьбу» поршня при дефектации.

Главным выбраковочным параметром служит – размер первой поршневой канавки, так как сопряжение первое поршневое кольцо – канавка поршня изнашивается больше, чем другие.

В индивидуальном производстве в таких поршнях работоспособность сопряжения первое поршневое кольцо – канавка поршня может быть восстановлена применением дополнительной ремонтной детали [2-4].

Для этого в предварительно проточенную канавку поршня устанавливают пружинное кольцо в комплекте с поршневым кольцом номинального размера. Размеры пружинного кольца и канавки выбирают из условия обеспечения требуемого зазора между кольцом и канавкой поршня. Пружинные кольца изготавливают из стальной ленты У-7 или У-8 методом навивки с последующей термофиксацией. Толщина ленты должна быть в пределах 0,75…1 мм, а ширина равна размеру дополнительной канавки над первым кольцом. Температура термофиксации 400С° [4-5].

Достоинством данного метода восстановления работоспособности поршней является простота технологического процесса. Недостатком является недолговечность восстановленной части.

С целью увеличения срока службы гильз цилиндров ДВС промышленность выпускает увеличенные ремонтные поршни с наружным диаметром рабочей части больше нормальных на 0,7 мм [6]. Одновременно с этим отработанные поршни увеличенных размеров с незначительными износами наружной цилиндрической поверхности также могут продолжать работать.

Поршни, отвечающие техническим условиям для дальнейшей работы, отправляют на участок механической обработки для проточки с ремонтного размера на нормальный размер. После проточки наружную поверхность поршня шлифуют.

Обрабатывают поршни на токарно-винторезном станке, поршень укрепляют в приспособлении. Приспособление состоит из основания (конус Морзе), цилиндрической части, диска. Диск сделан для упора и центровки при обработке поршней двигателей различных марок [4-5].

Для углубления канавок поршней под компрессионные и маслосъемные кольца используют обычные резцы с пластинами твердого сплава и с шириной режущей грани, точно соответствующей размеру ширины канавок поршневых колец.

При соблюдении технических условий при механической обработке поршней на уменьшенные размеры и точном выполнении слесарно-подгоночных работ поршневые группы будут работать надежно.

Достоинством данного метода является большая экономия т. к. для восстановления работоспособности не требуется дополнительных материалов.

Недостатком является то, что данным методом можно восстанавливать поршневые канавки с небольшим износом.

Также применяют для восстановления поршневых канавок аргонно-дуговую наплавку. Для наплавки используют неплавящиеся вольфрамовые электроды. Их затачивают в виде карандаша. В зону дуги под определенным давлением подается аргон. Дуга разрушает поверхностную оксидную пленку, а аргон предохраняет расплавленный и присадочный материал от окисления. Присадочным материалом может быть проволока или полоса из того же сплава, что и основной материал. Допускается применение алюминиевой проволоки марки АК, содержащей до 5% кремния. Для сварки используют специальные установки УДГ-301, УДГ-501, УДАР-500 [4-5]. Защитный газ в этих установках подается автоматически с помощью электромагнитного клапана. Источником питания служит сварочный трансформатор с дросселем насыщения.

Достоинством является то, что восстановление производится материалом сходным по составу с основным, а так же высокая скорость наплавки.

Недостатком данного способа является наличие высокой температуры в зоне наплавки, что может привести к деформации детали.

Применяется для восстановления геометрии поршневых канавок метод пластического деформирования материала, заключающийся в осаждении наружного диаметра поршня в местах разделения поршневых канавок с последующим выглаживанием высаженного материала. Достоинством данного способа является простота и дешевизна его реализации. К недостаткам относят невозможность многократного восстановления таким способом.

Возможно для восстановления канавок поршней  применение гальванического осаждения покрытий. Метод заключается в формировании на изношенной поверхности поршневых канавок слоя металла осажденного из электролита под действием химических реакций и электрического тока. Метод весьма эффективен при условии обеспечения высокой прочности сцепления осаждаемого покрытия с материалом поршня.

В настоящее время все чаще при восстановлении деталей машин находят полимерные материалы. К сожалению, для восстановления поршней ДВС они пока не подходят ввиду невысокой устойчивости полимеров к высоким температурам и ударно-вибрационным нагрузкам. Но возможно в ближайшем будущем полимерные материалы избавятся от этих недостатков и займут свое место среди технологий восстановления поршней ДВС автомобилей.

Библиографический список
  1. Захаров, Ю.А. Основные способы упрочнения рабочей поверхности гильз цилиндров двигателей автомобилей [Текст] / Ю.А. Захаров, Л.А. Рыбакова // Молодой ученый. – 2015. – №1. – С. 157-160.
  2. Захаров, Ю.А. К вопросу о совершенствовании гальванических способов восстановления деталей мобильных машин [Текст] / Ю.А. Захаров, И.А. Спицын, Е.В. Ремизов, Г.А. Мусатов // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. – 2014. – №4(12). – С. 99-104.
  3. Захаров, Ю.А. Восстановление металлизацией деталей транспортно-технологических машин и комплексов [Текст] / Захаров, Е.В. Ремизов, Г.А. Мусатов // Молодой ученый. – 2014. – №19. – С. 199-201.
  4. Голубев, И.Г. Анализ технологических процессов восстановления деталей гальваническими покрытиями [Текст] / И.Г. Голубев, В.В. Быков, А.Н. Батищев, В.В. Серебровский, И.А. Спицын, Ю.А. Захаров //  Состояние и перспектива восстановления, упрочнения и изготовления деталей / Сб. материалов. науч.-практ. конф. – Москва: МГУЛ, 1999 – С. 127-128.
  5. Голубев, И.Г. Мониторинг технологических процессов восстановления деталей [Текст] / И.Г. Голубев, В.В. Быков, А.Н. Батищев, В.В. Серебровский, И.А. Спицын, Ю.А. Захаров //  Технический сервис в лесном комплексе / Сб. материалов. науч.-практ. конф. – Москва: МГУЛ, 2000.– С.31.
  6. Родионов, Ю.В. Производственно-техническая инфраструктура и основы проектирования станций технического обслуживания автомобилей и автотранспортных предприятий: учебное пособие [текст] / Ю.В. Родионов. – Пенза: ПГУАС, 2012. – 267 с.
Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Захаров Юрий Альбертович»

web.snauka.ru

Коленчатый вал с маслогонными канавками

 

Коленчатый вал с маслогонными канавками может быть использован в конструкции поршневых двигателей внутреннего сгорания. Коленчатый вал выполнен с канавками на коренных и шатунных шейках, причем на каждой коренной и шатунной шейке от ее середины выполнено по две спиральных канавки, одна из которых идет к фланцу крепления маховика в направлении вращения коленчатого вала, а другая идет к переднему концу коленчатого вала в направлении, обратном вращению коленчатого вала. Шаг спирали выбран таким образом, чтобы каждая канавка на самой короткой длине шейки коленчатого вала имела один полный виток, а профиль каждой канавки в сечении, перпендикулярном ее оси, выполнен полукруглым с радиусом от 1,75 до 2% радиуса шейки коленчатого вала. Техническим результатом, ожидаемым от применения данного изобретения, является улучшение условий работы коленчатого вала при одновременном уменьшении удельного расхода масла. 2 ил.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно - к двигателестроению, и может быть использовано в конструкции поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Известен коленчатый вал с канавками на поверхности коренных и шатунных шеек, которые служат для удержания масла, что способствует повышению работоспособности вала (прототип).

Указанная конструкция характеризуется тем, что канавки глубиной 10...15 мкм нанесены в виде синусоиды по винтовой линии и образуют своеобразный микрорельеф на поверхности шеек вала, который удерживает частицы масла, т.е. служит аккумулятором смазки, что улучшает условия прирабатываемости и эксплуатации коленчатого вала.

Однако ввиду однонаправленности винтовой линии ее зигзагообразности и малой глубины, такие канавки могут удерживать лишь часть смазки и не обеспечивают возврат масла от торцов зазора к середине шейки. Следовательно, данная конструкция канавок не способна обеспечить возврат части масла от торцов шейки обратно в зазор между шейкой вала и вкладышем подшипника и не снижает его удельный расход.

Целью изобретения является улучшение условий работы коленчатого вала при одновременном уменьшении удельного расхода масла.

Указанная цель достигается за счет нанесения на коренные и шатунные шейки коленчатого вала винтовых канавок, по две на каждую шейку.Канавки имеют различные направления и идут от середины шейки таким образом, что направление всех канавок, идущих от середины шеек к фланцу крепления маховика, совпадают с направлением вращения коленчатого вала (т.е. правая спираль канавки при вращении коленвала по часовой стрелке, если смотреть со стороны переднего конца коленвала), а направление всех канавок, идущих от середины шеек к переднему концу коленвала, обратное направлению его вращения (т.е. левая спираль канавки при вращении вала по часовой стрелке).

Шаг спирали всех канавок выбран исходя из того, что на самой короткой по длине шейке коленчатого вала должны разместиться два полных витка правого и левого направлений. Канавки не должны доходить до шейки коленчатого вала на величину радиуса галтели. Профиль канавки в сечении, перпендикулярном ее оси, выполнен полукруглым с радиусом от 1,75 до 2% от радиуса шейки коленчатого вала.

Для обеспечения идентичности условий работы шеек коленчатого вала обе винтовые канавки каждой шейки начинаются в точке геометрического центра отверстия масляного канала, а для шеек, не имеющих выхода масляного канала, в произвольной точке окружности середины шейки.

Ранее были предприняты попытки решения подобной задачи выполнением винтовых канавок на вкладышах подшипников скольжения. По нашему мнению, такие решения несостоятельны ввиду того, что смазка на неподвижном вкладыше будет интенсивно стекать по правой и левой спирали. Это ухудшит условия работы коленчатого вала и потребует повышенного расхода масла для поддержания нормального рабочего процесса.

По этим и другим соображениям предлагаемое нами решение наиболее оптимально и не имеет аналогов в мировой практике.

На фиг. 1 показан элемент коленчатого вала с нанесенными винтовыми канавками 4 и 5 с правым и левым направлением витков на коренных 1 и шатунных 2 и 3 шейках. Здесь же показана сходимость витков правого и левого направлений одной шейки в точке геометрического центра отверстия масляного канала (точка 0).

Конструкция работает следующим образом: при заполнении маслом зазора подшипника скольжения коренных и шатунных шеек происходит и заполнение канавок. При вращении коленчатого вала канавки шеек работают как шнеки, транспортируя масло от торцов масляного зазора к серединам шеек.

Возврат части масла в зазор повышает давление в масляном слое, улучшает условия работы пары трения, что приводит к уменьшению потерь мощности на преодоление сил трения в подшипнике. Это в конечном итоге способствует снижению удельного расхода масла и топлива.

По данным наших исследований, образцы с маслогонными канавками подвержены вдвое меньше воздействию сил трения по сравнению с образцами без подобных канавок. Образцы для испытания на трение были изготовлены из стали 40Х, которая применяется для изготовления коленчатых валов быстроходных дизелей типа ч8,5/11 и ч9,5/11.

Согласно проведенных расчетов, применение конструкции шеек коленчатых валов с маслогонными канавками на этих дизелях позволяет снизить удельный расход масла на 0,7...0,8 г/л с-ч, и расход топлива на 2,5%.

Коленчатый вал с канавками на коренных и шатунных шейках, отличающийся тем, что на каждой коренной и шатунной шейке от ее середины выполнено по две спиральных канавки, одна из которых идет к фланцу крепления маховика в направлении вращения коленчатого вала, а другая идет в переднему концу коленчатого вала в направлении, обратном вращению коленчатого вала, шаг спирали выбран таким образом, чтобы каждая канавка на самой короткой по длине шейке коленчатого вала имела один полный виток, а профиль каждой канавки в сечении, перпендикулярном ее оси, выполнен полукруглым с радиусом от 1,75% до 2% радиуса шейки коленчатого вала.

Рисунок 1, Рисунок 2

www.findpatent.ru

Устройство кривошипно-шатунного механизма двигателя

Кривошипно-шатунный механизм двигателя состоит из поршней, поршневых колец, поршневых пальцев, шатунов, коленчатого вала и маховика. Поршень с кольцами и пальцем образует поршневую группу, шатун с подшипниками — шатунную группу.

Поршень. Поршень представляет собой металлический стакан, установленный в цилиндре с некоторым зазором. При рабочем ходе поршень днищем воспринимает давление газов, а при других ходах осуществляет вспомогательные такты. Верхняя усиленная часть поршня, на которую воздействует давление газов, называется головкой, а нижняя направляющая часть — юбкой. Приливы в стенках юбки, служащие для установки поршневого пальца, называются бобышками.

Поршни карбюраторных двигателей изготовляют из алюминиевых сплавов. Алюминиевые поршни обладают небольшой массой, вследствие чего уменьшаются силы инерции, а следовательно, и нагрузки на детали двигателя при его работе. Кроме того, алюминиевые поршни, так же как и алюминиевые головки цилиндров, обладают лучшей теплопроводностью, поэтому они меньше нагреваются при работе и способствуют снижению температуры рабочей смеси. В результате этого появляется возможность повысить степень сжатия двигателя, не опасаясь, что возникнет детонационное сгорание топлива. Для повышения износоустойчивости поршни изготовляют обычно из высококремнистых (с содержанием кремния до 20...25%) алюминиевых сплавов литьем под давлением в металлические формы (кокиль). Для снятия внутренних напряжений заготовки поршней подвергают длительному отжигу, а затем обработке резанием.

В карбюраторных двигателях головка поршня имеет плоское или выпуклое днище и толстые стенки с внутренними ребрами, повышающими ее прочность и улучшающими отвод теплоты.

В головке поршня на боковой наружной поверхности имеются канавки для установки поршневых колец. В некоторых двигателях (например, ЗИЛ) в головку при отливке поршня заделывается чугунная кольцевая вставка, в которой протачивается канавка для верхнего компрессионного кольца. Благодаря большой механической прочности чугуна снижается износ канавки и повышается долговечность поршня.

Юбка поршня имеет более тонкие стенки, чем его головка. В средней ее части расположены приливы — бобышки с отверстиями для установки поршневого пальца. Под бобышками нижней части юбки иногда делают вырезы для прохода противовесов коленчатого вала при работе двигателя. Эти вырезы также снижают массу поршня.

Для того чтобы поршень при нагревании мог расширяться без заедания в цилиндре, между юбкой поршня и стенками цилиндра должен быть зазор.

Алюминий расширяется при нагревании значительно больше, чем чугун. Чтобы в холодном двигателе зазор между поршнем и цилиндром не был чрезмерно большим, что может вызвать стук поршня и утечку газов из цилиндра, в алюминиевых поршнях сечение юбки имеет не круглую форму, а овальную.

С этой же целью на юбке делают несквозной (не доходящий до нижнего края юбки) разрез П - или Т-образной формы. Верхняя часть разреза препятствует переходу теплоты от головки к юбке. При установке поршня на двигатель разрез на юбке должен быть обращен в левую сторону, так как поршень прижимается к ней с меньшей силой.

Овальность (разность осей овала) юбки равна примерно 0,15... 0,29 мм. Поршень устанавливают в цилиндре холодного двигателя с минимальным зазором по большой оси овала юбки, располагаемой в плоскости качания шатуна, где действуют боковые силы, прижимающие поршень к стенкам цилиндра. При нагревании поршня юбка может расширяться в направлении малой оси овала, так как именно здесь между юбкой и цилиндром имеется больший зазор.

Поршни по длине изготовляют ступенчатыми или конусными, так как зазор вверху между стенкой цилиндра и головкой поршня должен быть больше, чем внизу, вследствие большего нагревания головки.

Зазор между юбкой поршня и цилиндром для двигателей разных марок колеблется в пределах 0,012...0,080 мм. Чтобы при нагревании поршни меньше расширялись, а также для повышения их прочности, в тело поршня двигателей некоторых марок (на-

Пример, ВАЗ, ЗИЛ-41041) при литье заделывают пластинки из специальной малорасширяющейся стали.

Для улучшения приработки поршней в цилиндрах и для уменьшения износа на юбку поршня наносят специальные покрытия. Обычно трущуюся поверхность юбки покрывают электролитическим способом тонким слоем олова (толщиной 0,004...0,006 мм).

Для лучшего уравновешивания двигателя поршни к нему подбирают одинаковой массы. С этой целью на днище поршня кроме указания группы по размеру выбивают соответствующую метку группы по массе. Разница массы поршней, подбираемых для одного двигателя, не должна превышать для двигателей разных марок 2...8 г.

Для обеспечения правильной установки поршней в двигателе при сборке на днище поршня делают специальную метку, которая должна быть обращена в соответствующую сторону, обычно к передней части двигателя.

В дизелях применяют поршни из высококремнистого алюминиевого сплава с неразрезанной юбкой, имеющей большую жесткость. Так как в дизелях боковая сила, прижимающая поршень к стенке цилиндра, достигает значительной величины, то для получения нормального удельного давления между цилиндром и поршнем юбку делают большой длины.

Для увеличения прочности днища поршня, воспринимающего давление газов, его усиливают с внутренней стороны большим количеством ребер. На дизеле, как правило, в днище поршня располагается камера сгорания специальной формы (см. рис. 2.4, В—д).

Поршневые кольца. На поршне устанавливают компрессионные и маслосъемные кольца (рис. 2.5, А). Компрессионные Кольца 1 Уплотняют поршень в цилиндре и служат для предотвращения прорыва газов через зазор между юбкой поршня и стенкой цилиндра. Маслосъемные Кольца 2 снимают излишки масла со стенок цилиндров, препятствуя проникновению его в камеру сгорания.

Компрессионные кольца устанавливают в верхние канавки на головке поршня (два-три кольца). Маслосъемные кольца (одно-два) располагают под компрессионными кольцами на головке или одно кольцо размещают внизу на юбке.

Компрессионные кольца изготовляют из чугуна в виде индивидуальных отливок и обрабатывают резанием; торцовую поверхность колец шлифуют. На кольце делают прямой вырез, называемый замком, позволяющий кольцу пружинить.

Кольцо плотно (с зазором 0,02...0,08 мм) подгоняют по высоте к канавке поршня, и в свободном состоянии оно имеет диаметр, несколько больший диаметра цилиндра. При установке в цилиндр поршня вместе с кольцом его предварительно сжимают, а затем оно вследствие упругости плотно прилегает к стенке цилиндра, обеспечивая хорошее уплотнение поршня. Для свободно-

Го расширения кольца при нагревании в замке кольца, установленного в цилиндр, должен быть зазор 0,2...0,4 мм.

Для увеличения плотности прилегания кольца к стенке цилиндра его изготовляют таким образом, что в свободном состоянии форма кольца отклоняется от окружности, вследствие чего при его сжатии и установке в цилиндр обеспечивается наиболее выгодное распределение давления /?ср кольца на стенку цилиндра по всей окружности (кольца с корректированным давлением). При-

Рис. 2.5. Поршневые кольца (а) И эпюра давления компрессионного

Кольца (б):

1 — компрессионные кольца; 2 — маслосъемное кольцо; 3 — стальные мас-лосъемные кольца; 4 — осевой расширитель; 5 — радиальный расширитель; — давление кольца на стенку цилиндра

Мерная круговая диаграмма (эпюра) давления такого кольца на стенки цилиндра показана на рис. 2.5, Б.

Для обеспечения хорошей приработки компрессионных колец к цилиндрам иногда применяют кольца с наклонной (конусной) наружной поверхностью, а также скручивающиеся кольца, имеющие фаску на кромке с внутренней или наружной стороны.

Из-за наличия фаски при сжатии и установке в цилиндр такие кольца перекашиваются в сечении, и их наружная поверхность располагается под углом к стенке цилиндра. Кроме того, при перекосе сечения кольцо касается кромками стенок канавки, что уменьшает его осевые перемещения в канавке и вибрацию, а следовательно, и износ канавки. Для правильной установки на поршень скручивающихся колец на них с верхней стороны иногда делают метки.

Чтобы улучшить приработку и повысить износоустойчивость колец, на их трущиеся поверхности наносят специальные покрытия.

Верхнее компрессионное кольцо, работающее в наиболее тяжелых условиях, обычно покрывают пористым хромом (общая толщина покрытия 0,10...0,15 мм, толщина слоя пористого хрома 0,04...0,06 мм). Пористый хром хорошо удерживает смазку, что значительно повышает износоустойчивость кольца и улучшает условия работы колец, расположенных ниже.

Остальные кольца для улучшения прирабатываемости обычно подвергают электролитическому лужению (толщина слоя олова 0,005...0,010 мм).

Маслосъемные кольца 2 (см. рис. 2.5, д), также изготовляемые из чугуна, обычно имеют проточку на наружной поверхности и сквозные прорези. Маслосъемные кольца устанавливают в канавки с отверстиями в стенке поршня.

При движении поршня маслосъемное кольцо снимает излишнее масло со стенок цилиндра, и через прорези и отверстия в поршне масло отводится в картер.

Кроме чугунных маслосъемных колец с прорезями применяют также стальные составные маслосъемные кольца (двигатель ЗИЛ-508.10), представляющие собой два стальных плоских кольца (диска) 3, между которыми установлен осевой расширитель 4, Прижимающий их к стенкам канавки.

Для прижатия колец к стенке цилиндра под ним в канавке установлен радиальный расширитель 5. Оба расширителя имеют вид стальных гофрированных пружинящих колец.

Поршневой палец. Для шарнирного соединения поршня с шатуном предназначен поршневой палец, представляющий собой короткую стальную трубку. Палец проходит через верхнюю головку шатуна и концами лежит в бобышках поршня.

При работе двигателя на палец действуют силы, стремящиеся его изогнуть, а поверхность пальца подвергается износу в верхней головке шатуна и бобышках поршня.

Чтобы палец обладал достаточной прочностью и износоустойчивостью, его изготовляют из мягкой углеродистой или специальной легированной стали и после обработки резанием подвергают термообработке — цементируют или закаливают токами высокой частоты (ТВЧ), в результате чего трущаяся поверхность пальца становится твердой и износоустойчивой. Наружную поверхность пальца шлифуют.

Для того чтобы при работе двигателя палец не мог выйти из поршня и повредить стенки цилиндра, его закрепляют по бокам двумя пружинящими стопорными кольцами, установленными в канавках бобышек поршня.

На двигателях широко применяют пальцы плавающего типа. Такой палец может проворачиваться и в бобышках поршня, и в верхней головке шатуна, которая в этом случае снабжается бронзовой втулкой. У плавающего пальца вся поверхность рабочая, поэтому он меньше изнашивается и уменьшается возможность его заедания.

Так как алюминиевый сплав при нагревании расширяется больше, чем сталь, то чтобы избежать появления большого зазора и стука в прогретом двигателе, палец в бобышках холодного алюминиевого поршня устанавливают обычно с натягом, для чего диаметр отверстия в бобышках поршня делают меньше диаметра пальца.

Перед установкой пальца при сборке шатуна с алюминиевым поршнем последний предварительно нагревают в воде или масле до температуры 60... 100°С.

Может применяться также палец, наглухо запрессованный в верхнюю головку шатуна и проворачивающийся только в бобышках поршня (двигатели ВАЗ).

Ось пальца в бобышках поршня у двигателей всех марок незначительно смещена относительно оси цилиндра (на 1,5...2,0 мм) в сторону действия большей боковой силы. Благодаря этому при переходе поршнем ВМТ несколько уменьшается стук поршня в непрогретом двигателе.

Шатун. Шатун передает усилие от поршня на коленчатый вал и вместе с валом преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение вала. Основными элементами шатуна (рис. 2.6, А) Являются стержень 3, верхняя 2 И нижняя 7 головки.

Шатун изготовляют из углеродистой или специальной стали путем штамповки нагретых заготовок, после чего его подвергают обработке резанием и термообработке (закалке и отпуску).

Стержень шатуна для увеличения прочности имеет двутавровое сечение. При принудительном смазывании поршневого пальца в стержне шатуна сверлится специальный канал.

Верхняя головка шатуна предназначена для установки поршневого пальца, соединяющего шатун с поршнем. При плавающем

Пальце головку изготовляют цельной и в нее запрессовывают одну или две бронзовые втулки 7. Для смазывания трущейся поверхности в головке и втулках сделаны отверстия.

Нижняя головка шатуна служит для соединения его с шатунной шейкой коленчатого вала. Для возможности сборки с валом нижнюю головку шатуна делают разъемной. У карбюраторных двигателей разъем головки сделан, как правило, под углом 90° к оси шатуна. У двигателей некоторых марок (ЗИЛ-508.10) в стенке верхней головки шатуна сбоку просверлено специальное отверстие для впрыска масла на стенки цилиндра.

Крышку 9 Крепят к шатуну двумя шатунными болтами 4, Изготовленными из специальной стали и термически обработанными. Болты имеют шлифованные пояса и точно подогнаны к отверстиям в шатуне и крышке, что обеспечивает высокую точность соединения крышки с шатуном и точность формы подшипника при

А Б

Рис. 2.6. Конструкция шатунов:

А — с прямым разъемом; Б — с косым разъемом; 1 — втулка поршневого пальца; 2 — верхняя головка шатуна; 3 — стержень; 4 — шатунный болт; 5 — гайка; 6 — Шплинт; 7— нижняя головка шатуна; 8— Вкладыши шатунного подшипника; 9 — Крышка; 10 — усик вкладыша; 11 — паз нижней головки шатуна

Закреплении крышки. Чтобы избежать ослабления крепления, гайки шатунных болтов надежно стопорят шплинтами, стопорными шайбами или контргайками. Применяют также самоконтрящиеся гайки с мелкой резьбой.

Отверстие в нижней головке шатуна обрабатывается в сборе с крышкой. Поэтому крышки шатунов невзаимозаменяемы и имеют установочные метки.

Для уменьшения трения в соединении и износа шейки коленчатого вала в нижнюю головку шатуна устанавливают шатунный подшипник, выполненный в виде двух тонкостенных взаимозаменяемых сталеалюминиевых вкладышей 8. Внутренней стороной все вкладыши очень точно подогнаны по шейкам вала и плотно охватывают их по всей поверхности.

Вкладыши изготовляют из стальной ленты, на которую путем раскатки наносится тонкий слой сплава на алюминиевой основе. Так, на двигателях ЗМЗ применяют высокооловянистый алюминиевый сплав, содержащий 20 % олова и 1 % меди.

Во избежание проворачивания и сдвигания вкладыши фиксируются в головке шатуна отогнутыми усиками 10, Входящими в соответствующие пазы 11 Головки. Во вкладышах имеются масляные канавки и отверстия.

В случае применения тонкостенных вкладышей, точно охватывающих шейки вала с необходимым зазором и имеющих незначительную усадку антифрикционного слоя при длительной работе вследствие очень малой его толщины, обеспечивается высокая долговечность подшипника и шейки вала без существенного износа. Кроме того, при наличии вкладышей упрощается ремонт шатунных подшипников.

При небольшом износе шатунной шейки вала вкладыши с номинальным внутренним диаметром заменяют ремонтными вкладышами меньшего размера без перешлифовки шейки вала, что облегчает и ускоряет ремонт двигателя. При значительном износе шейки вала шлифуют и в шатунах устанавливают вкладыши соответствующего ремонтного размера.

В дизелях шатуны делают особенно прочными и жесткими, так как они передают значительно большие усилия, чем шатуны в карбюраторных двигателях. Чтобы шатун с нижней головкой увеличенных размеров можно было вынуть через цилиндр, она в дизелях ЯМЗ имеет косой разъем (рис. 2.6, Б) С ребристыми поверхностями (елочные шлицы), что разгружает шатунные болты от возникающего на крышке бокового усилия.

Для уравновешенности двигателя шатуны, так же как и поршневую группу, для данного двигателя подбирают примерно одинаковой массы с соответствующим ее распределением между нижней и верхней головками. У карбюраторных двигателей разных марок допускаемая разница в массе шатунов составляет 6... 8 г.

Чтобы правильно собрать шатун с поршнем и установить его в двигателе в нужном положении, на шатуне делают соответствующие метки. На нижней головке шатуна и на крышке обычно выбивают порядковый номер шатуна.

Коленчатый вал. С помощью шатунов коленчатый вал воспринимает силы, действующие на поршни от давления газов в цилиндрах. Развиваемый на коленчатом валу крутящий момент передается механизмам трансмиссии автомобиля.

На рис. 2.7 показан коленчатый вал двигателя ЗИЛ-508.10, состоящий из коренных шеек 9, шатунных шеек <?, щек 20, Соединяющих шейки, фланца 17 иш Торцовой шейки, переднего конца 4 (носка) и противовесов 22.

Прочность вала зависит от его размеров, применяемого материала и обработки. Для большинства двигателей коленчатый вал изготовляют из углеродистой стали ковкой или штамповкой нагретых заготовок. После этого вал подвергают обработке резанием и термообработке. Шейки вала для получения точной и гладкой

Рис. 2.7. Коленчатый вал двигателя ЗИЛ-508.10:

7 — храповик; 2 — шайба; 3 — шкив; 4 — носок коленчатого вала; 5 и 23 — Шпонки; 6 — пробка; 7 — верхние вкладыши коренных подшипников; 8 — шатунная шейка коленчатого вала; 9 — коренная шейка коленчатого вала; 10 — Верхний вкладыш задней опоры; 77 — маховик; 12 — зубчатый венец маховика; 13 — шплинт; 14 — гайка; 75 — подшипник опоры первичного вала коробки передач; 16 — болт; 77 — фланец коленчатого вала; 18 — нижний вкладыш задней опоры; 19 — отверстия грязеуловителей; 20 — щека коленчатого вала; 21 — Нижние вкладыши коренных подшипников; 22 — противовес коленчатого вала; 24 — Верхние шайбы упорного подшипника; 25 — Нижние шайбы упорного подшипника; 26 — шайба коленчатого вала; 27 — шестерня привода распределительного вала; 28 — Маслоотражатель

Цилиндрической поверхности шлифуют и полируют, а для повышения их износоустойчивости подвергают поверхностной закалке ТВЧ на значительную глубину (2...4 мм).

После обработки проверяют правильность распределения массы вала относительно оси вращения, т. е. вал балансируют.

На двигателях некоторых марок (ЗМЗ, ВАЗ) применяют коленчатые валы, изготовленные путем точного литья из специального высокопрочного магниевого чугуна. Чугунные валы подвергаются такой же обработке резанием и термообработке, что и стальные.

Коренными шейками вал устанавливают в подшипниках картера двигателя, а к шатунным присоединяют нижние головки шатунов. Коренные и шатунные шейки соединяются щеками. Места перехода шеек к щекам, которые для избежания поломок вала делают закругленными, называются галтелями.

Задняя коренная шейка коленчатого вала обычно имеет масло-отражательный гребень и резьбу или накатку для предотвращения утечки масла из картера двигателя.

На переднем конце вала закрепляют распределительную шестерню 27, маслоотражатель 28, Шкив 3 Привода агрегатов двигателя и храповик / для проворачивания вала пусковой рукояткой. Фланец 17 На заднем конце вала или торец задней шейки служат для присоединения маховика 11.

Расположение кривошипов вала и число коренных шеек зависят от типа двигателя, числа и расположения цилиндров. В рядном четырехцилиндровом двигателе вал устанавливается на трех или пяти опорах, в рядном шестицилиндровом двигателе — на четырех или семи опорах. Чем больше число опор, тем выше жесткость вала и лучше условия его работы. Вал с наибольшим возможным числом опор называется полноопорным.

В У-образных двигателях к каждой шатунной шейке вала присоединяются два шатуна. Вал делается полноопорным; число коренных шеек для восьмицилиндрового двигателя равно пяти, а для шестицилиндрового — четырем.

Для подачи масла к шатунным подшипникам из коренных в шейках вала сверлятся каналы или в чугунных валах при литье заделываются трубки. Шатунные шейки коленчатых валов обычно снабжаются грязеуловителями 19, Которые значительно улучшают очистку масла, поступающего к шатунным подшипникам, от механических примесей, снижая тем самым износ шеек и подшипников.

Грязеуловитель представляет собой камеру, высверленную (или отлитую) в шатунной шейке и закрываемую пробкой 6 На резьбе или запрессовываемой заглушкой. Масло поступает в грязеуловитель по каналу из коренного подшипника.

Механические примеси, имеющиеся в масле, при вращении вала отбрасываются центробежной силой в карман грязеуловите-

Ля, и очищенное масло через отверстие проходит к шатунному подшипнику. Грязеуловители необходимо периодически очищать.

Для уменьшения массы вала и центробежных сил, возникающих при его вращении, коренные и шатунные шейки вала некоторых двигателей делают полыми.

Противовесы 22 Коленчатого вала служат для разгрузки коренных подшипников от действия моментов, создаваемых центробежными силами, возникающими на кривошипах вала при его вращении, или для уравновешивания сил инерции поступательно движущихся частей. Противовесы делают обычно как одно целое с щеками кривошипов или крепят к щекам наглухо специальными болтами, которые надежно стопорятся.

Коленчатые валы у дизелей делают особенно прочными и жесткими, что достигается применением специальной стали, увеличенными размерами щек и установкой вала на возможно большем количестве опор.

Коленчатый вал устанавливается в картер, которым называется нижняя часть блока двигателя, отлитая вместе с блоком цилиндров или как самостоятельная деталь, соединенная с блоком цилиндров.

В картере расположены коренные подшипники, в которых устанавливают коленчатый вал. Каждый коренной подшипник состоит из гнезда, расположенного в стенках и перегородках картера, и крышки, которая точно (с помощью пазов или штифтов) устанавливается на гнездо и крепится к основанию двумя или четырьмя болтами. Крышки изготовляют из стали или чугуна.

Для повышения точности отверстий под коренные подшипники в перегородках картер окончательно обрабатывают в сборе с прикрепленными к нему крышками. Поэтому крышки являются невзаимозаменяемыми и должны устанавливаться только на своих местах в картере, что обеспечивается специальными метками.

Для коренных подшипников карбюраторных двигателей применяют тонкостенные сталеалюминиевые вкладыши с таким же составом антифрикционного слоя, как и для шатунных подшипников. Толщина вкладышей несколько больше, чем у шатунных подшипников.

Между краями подшипника и галтелями коренных шеек вала имеются зазоры, которые необходимы для удлинения вала при нагревании. На внутренней поверхности вкладышей имеются канавки и отверстия для прохода масла. В гнездах вкладыши фиксируются отогнутыми усиками, входящими в пазы опоры.

Болты коренных подшипников, чтобы не деформировать вкладыши, затягивают со строго определенным усилием. Момент затяжки болтов для двигателей разных типов должен быть в пределах 70... ПО Нм. Болты, как правило, имеют мелкую самостопорящуюся резьбу.

Один из коренных подшипников является установочным и служит для предотвращения осевых перемещений вала. При наличии тонкостенных вкладышей установочным обычно является передний подшипник. В этом случае на передней шейке вала с обеих сторон в выточках подшипника устанавливают сталеалюминие-вые упорные шайбы 24 И 25 (см. рис. 2.7).

Торцовая поверхность шайб соприкасается с шлифованной торцовой поверхностью щеки вала и с шайбой коленчатого вала 26. Осевой зазор вала, обеспечиваемый установочным подшипником, равен примерно 0,1 ...0,2 мм.

В некоторых конструкциях двигателей установочным является средний или задний коренной подшипник, по бокам которого располагают упорные биметаллические полукольца, фиксируемые от проворачивания выступами.

Маховик. Выход поршня из мертвых точек облегчает маховик, который представляет собой чугунный, тщательно отбалансированный диск, имеющий определенную массу. Маховик не только обеспечивает равномерное вращение коленчатого вала во время работы двигателя, но и способствует также преодолению сопротивления сжатия в цилиндрах при пуске двигателя.

Кроме того, маховик, обладая энергией, запасенной при вращении, позволяет двигателю преодолевать кратковременные перегрузки, например при трогании автомобиля с места и т. д.

Маховик крепится к фланцу или торцовой шейке коленчатого вала болтами 16, Которые шплинтуются. Для точного центрирования маховика на фланце служат установочные штифты, запрессованные в него, либо бурт самого фланца или шейки.

На ободе маховика закреплен стальной зубчатый венец 12 Для запуска двигателя стартером и нанесены установочные метки для определения ВМТ поршня первого цилиндра и установки зажигания, а также сделаны балансировочные метки, необходимые для правильной сборки маховика с коленчатым валом и сохранения их балансировки.

my-miks.ru


Смотрите также