Суббота, 25.11.2017, 03:13
Приветствую Вас Гость | RSS

Сельское хозяйство

Каталог статей

Главная » Статьи » Тракторы и устройства » Справочник механизатора

Шатуны, коленчатые валы, маховики

Шатуны шарнирно соединяют поршни с коленчатым валом. При работе двигателя шатун передает усилия от поршня к коленчатому валу и, наоборот, от коленчатого вала к поршню, в зависимости от соотношения сил, дей­ствующих в данный момент со стороны поршня и коленча­того вала.

Шатун двигателя СМД-60:

1 — стержень; 

2 — втулка верхней го­ловки; 

3 — масляная канавка; 

4 — верх-пня головка; 

5 и 11 — приливы; 

6 штифт; 

7 — стопорный ус вкладыша; 

8 — паз в крышке; 

9 — шайба; 

10 — шатунный болт; 

12 — крышка нижней, головки; 

13 и 15 — вкладыши нижней головки; 

14 — шлицевой замок; 

16 — место клеймения размерной группы вкладышей; 

17 — нижняя головка.


Различают следующие элементы шатуна (рис. выше): верхнюю (поршневую) головку 4, соединяющую шатун с поршнем посредством поршневого пальца; нижнюю (кривошипную) головку 17, предназначенную для шар­нирной связи шатуна с коленчатым валом; стержень 1.

В процессе работы верхняя головка шатуна вместе с  поршнем движется  возвратно-поступательно,  нижняя вращается вместе с коленчатым валом. Стержень совер­шает сложное колебательное движение, преобразуя посту­пательное движение поршня во вращательное коленчатого вала, и, наоборот, вращатель­ное   движение   коленчатого вала в возвратно-поступатель­ное движение поршня.

Силы давления газов и силы инерции, действующие на детали кривошипно-шатунного механизма, сжимают, из­гибают в продольном и по­перечном направлениях и рас­тягивают шатун. Поэтому конструкция и материал ша­туна должны обеспечивать его прочность, жесткость и легкость.

Шатуны изготовляют из высококачественных углероди­стых и легированных сталей методом штамповки.

Верхняя головка шатуна, как правило, выполняется цельной, реже разрезной. В процессе работы она ограни­ченно скользит по поршневому пальцу (качается) и нагре­вается от поршня. Для уменьшения трения и износа порш­невого пальца в верхнюю головку шатуна запрессовывают бронзовую втулку.

Плавающий поршневой палец в верхней головке ша­туна смазывается маслом, поступающим или под давлением по каналу в стержне шатуна или разбрызгиванием через сверления (прорези) в головке. На некоторых двигателях верхняя головка шатуна имеет одно-два отверстия или распылитель, через которые масло под давлением раз­брызгивается на днище поршня и охлаждает его.

Стержень шатуна обычно выполняют двутаврового се­чения, расширяющимся к нижней головке. В случае необ­ходимости подачи масла к верхней головке под давлением в стержне шатуна делают масляный канал. Стержень шатуна должен иметь обтекаемую форму и плавные пере­ходы к головкам.

Нижняя головка шатуна у большинства двигателей выполняется разъемной, с плоскостью разъема перпенди­кулярной продольной оси шатуна. В отдельных случаях для удобства монтажа поршня с шатуном через цилиндр разъем нижней головки шатуна делают косым (30...60° к оси ша­туна). Плоскость разъема может быть гладкой или иметь шлицевой замок 14.

Съемная часть нижней головки шатуна — крышка 12 крепится к шатуну двумя болтами 10, которые или ввер­тываются в тело шатуна, или имеют гайки.

Шатунные болты и их гайки изготовляют из легирован­ной стали и термически обрабатывают.

После надежной затяжки шатунных болтов или их гаек вполне определенным моментом они надежно стопорятся сюпорнымп пластинами или контргайками.

Иногда в  нижней головке шатуна делают небольшое верление, обращенное в сторону распределительного вала. Через него периодически фонтанирует масло, попадая на зеркало цилиндра и детали газораспределительного механизма.

Нижняя головка шатуна в отличие от верхней не под­вержена сильному тепловому воздействию, однако имеет полное (круговое) скольжение по шейке коленчатого вала.


Это позволяет применить здесь в качестве материала для подшипников менее теплостойкие, но более антифрикцион­ные сплавы, чем, например, бронза.

В качестве подшипников нижней головки шатуна (ша­тунных) применяются тонкостенные стальные вкладыши 13 и 15 с тонким слоем антифрикционного сплава. Реже применяются шатунные подшипники качения.

Коленчатый вал через шатуны воспринимает усилия от поршней, суммирует их и передает приводимым систе­мам и механизмам двигателя и силовой передаче. Он со­стоит (рис. второй) из коренных (опорных) 5 и шатунных 6 шеек, связанных щеками 7, носка 8 и хвостовика.

В процессе работы коленчатый вал воспринимает дей­ствие сил давления газов, инерционных сил возвратно-поступательно движущихся масс, центробежных сил вра­щающихся масс, реакций опор, сил сопротивления приво­димых механизмов. Коленчатый вал в основном подвер­гается скручиванию и изгибу. Он должен быть прочным, жестким, с износоустойчивыми шейками, статически и ди­намически уравновешенным, обтекаемым и не подвержен­ным резонансным изгибным и крутильным колебаниям.

Коленчатые валы изготовляют из углеродистых и леги­рованных сталей, а иногда и из высококачественного чугуна.

Форма коленчатого вала (взаимное расположение кри­вошипов) должна обеспечивать равномерное чередование рабочих ходов в цилиндрах по углу поворота коленчатого вала, принятую последовательность работы цилиндров и уравновешенность двигателя.

Взаимное размещение шатунных шеек (кривошипов) на коленчатом валу зависит от углового интервала чередо­вания рабочих.тактов, от расположения цилиндров в дви­гателе (в один или в два ряда; при V-образном располо­жении цилиндров от угла их развала) и от принятой после­довательности чередования рабочих тактов по цилиндрам двигателя.

Интервал чередования рабочих тактов для однорядного четырехтактного двигателя определяют по формуле

а = 720/i,

для аналогичного двухтактного двигателя а = 360/i,

где 720 и 360 — углы поворота коленчатого вала за полный цикл работы соответственно четырехтактного и двухтактного двигателей; 

i — число цилиндров в двигателе.

Что касается интервала чередования рабочих тактов у V-образных двигателей, то среднее его значение также можно определять по вышеприведенным формулам. Фактическое же значение этого интервала может отличаться от среднего в связи с несогласованностью угла развала ЦИЛИНДРОВ двигателя и угла взаимного расположения кривошипов на коленчатом валу. Так, например, на V-образном четырехтактном дизеле СМД-60 интервал чередования рабочих тактов составляет 90 и 150° (при расчетном сред­нем значении 120°) в связи с тем, что угол развала цилиндром 90°, а угол расстановки кривошипов 120° (рис выше).

Число цилиндров двигателя определяет количество Шатунных шеек (кривошипов). Если к каждой шатунной Шейке присоединяется по одному шатуну (при одноряд­ка ном расположении цилиндров), то количество шатунных шеек равняется числу цилиндров.

При двухрядном V-образном расположении цилиндров к каждой шатунной шейке присоединяются по два незави­симых друг от друга шатуна (один от цилиндра одного ряда, другой от напротив расположенного цилиндра вто­рого ряда) или сочлененные шатуны (главный и прицепной). В этом случае количество шатунных шеек в два раза меньше количества цилиндров двигателя.

Порядок работы цилиндров двигателя устанавливают таким, чтобы рабочие такты происходили последовательно по возможности не в соседних цилиндрах, а в удаленных один от другого. Это позволяет разгрузить коренные подшипники коленчатого вала от следующих одна за дру­гой ударных нагрузок от рабочих тактов в близлежащих цилиндрах. В V-образных двигателях порядок работы цилиндров должен учитывать не только равномерное распределение рабочих тактов по длине коленчатого вала, но и по рядам цилиндров.

Количество коренных шеек коленчатого вала у дизе­лей и V-образных карбюраторных двигателей обычно на одну больше, чем шатунных; у карбюраторных двигателей с од­норядным расположением цилиндров их, как правило, меньше, чем у одинаковых по количеству цилиндров дизе­лей.

Одноцилиндровые двигатели имеют две коренные шейки, двухцилиндровые двигатели — две (двигатели небольшой мощности) или три, четырехцилиндровые двигатели —три или пять (карбюраторные двигатели) и пять (дизели), шестицилиндровые двигатели — четыре (карбюраторные од­норядные двигатели и'двигатели с V-образным располо­жением цилиндров) и семь (дизели и некоторые карбюра­торные двигатели с однорядным расположением цилиндров), восьмицилиндровые двигатели с V-образным расположением цилиндров — пять. Увеличение количества опор повышает жесткость коленчатого вала и картера двигателя, облегчает нагрузку на опорные подшипники, но усложняет устрой­ство вала и картера, а также увеличивает длину двига­теля.

На рисунке выше приведены наиболее распространенные схемы коленчатых валов двигателей, а также последова­тельность работы цилиндров этих двигателей.

Шатунные и коренные шейки подвергают поверхностной закалке на глубину от 1,5 до 5 мм и обрабатывают с боль­шой точностью (овальность и конусность шеек не должна превышать 0,01 мм).

Шейки коленчатого вала связаны между собой ще­ками. Массивные продолжения щек — противовесы пред­назначены для уравновешивания центробежных сил масс, сосредоточенных в шатунных шейках и щеках. Противовесы могут изготовляться заодно со щеками или в виде отдельных деталей, надежно закрепляемых на продолже­нии щек. Для уменьшения массы шатунных шеек они могу г быть полыми. Полости шатунных шеек, связанные с масля­ными каналами, служат также и для центробежной очистки масла. Уравновешивание коленчатого вала снижает износ коренных шеек и их подшипников, а также улучшает плавность работы двигателя.

Смазка к коренным и шатунным шейкам, а также к под­шипникам коленчатого вала подводится по каналам в блок-картере и в коленчатом валу.

Носок коленчатого вала обычно имеет ступенчатую форму. На нем крепятся шестерня привода распределитель­ного вала, шкив приводных ремней, маслоотражатель и сальник. В торец носка ввертывается храповик для про­кручивания коленчатого вала с помощью рукоятки.

Хвостовик — задняя часть коленчатого вала. На хво­стовике крепится маховик. Для ограничения утечки масла через задний коренной подшипник на хвостовике делают маслосгонную резьбу и кольцевой гребень, а также уста­навливают специальный сальник. В торце хвостовика, как правило, делают гнездо для установки переднего подшипника вала муфты сцепления.

Подшипники коленчатого вала, шатунные и коренные, как правило, являются подшипниками скольжения. Под­шипники качения применяют в качестве шатунных и корен­ных подшипников коленчатого вала редко: в одно-, двух­цилиндровых двигателях и в двигателях с разъемным коленчатым валом.

Подшипники скольжения коленчатого вала в большинстве случаев представляют собой тонкостенные взаимо­заменяемые стальные вкладыши с заливкой слоя анти­фрикционного сплава. Вкладыши такого подшипника пред­ставляют собой два стальных полукольца (рис. 24), на ра­бочую поверхность которых наносится или слой непосред­ственно антифрикционного сплава, или металлокерами-ческий подслой (60 % меди и 40 % никеля), а затем уже слон антифрикционного сплава. Вкладыши изготовляют из стальной ленты толщиной 1...3 мм, толщина слоя анти­фрикционного сплава составляет 0,1 ...0,9 мм.

В качестве антифрикционных сплавов применяют баб­биты высокооловянистые и на свинцовистой основе, свин­цовистые бронзы, сплавы на алюминиевой основе и др.

Баббиты имеют малый коэффициент трения и хорошо смазываются, однако с повышением температуры снижают свои механические свойства и дают значительную усадку. Применяют баббиты во вкладышах карбюраторных дви­гателей.

Свинцовистые бронзы и алюминиевые сплавы приме­няют при нагрузках более 10 МПа и при температуре подшипников, превышающей 80 °С. Этими антифрикцион­ными сплавами заливают более нагруженные вкладыши дизелей.

Медно-никелевый подслой трехслойного вкладыша со­стоит из спеченных порошков меди и никеля. Он упрочняет соединение баббита со стальной лентой и представляет собой прочную основу для более тонкого слоя (0,1 мм) баббита.

Для фиксации в постели вкладыши имеют фиксирующие выступы (усики) 3, которые входят в соответствующие пазы постели и крышки. Вкладыши также имеют отвер­стия / и 5 для подвода или отвода смазки и срезы-холо­дильники у плоскостей разъема для распределения масла по длине шейки.

Перед установкой в постели вкладыши покрывают тон­ким слоем олова (0,002...0,003 мм), который, с одной стороны, способствует быстрой приработке трущейся поверх­ности и, с другой, обеспечивает плотное прилегание наруж­ной поверхности к постели и крышке и лучший отвод теплоты от подшипника.

Применение тонкостенных взаимозаменяемых вклады­шей весьма эффективно, так как не требует периодических регулировок, а ремонт подшипников сводится к замене вкладышей. Вместе с тем вкладыши работают надежно только при правильной сборке подшипников и достаточной жесткости коленчатого вала, его опор и кривошипных головок шатунов. Наибольшей жесткостью обладают колен­чатые валы так называемых короткоходных двигателей (высокооборотные двигатели с уменьшенным ходом поршня, имеющие перекрытие сечений шатунных и коренных шеек).

Маховик представляет собой массивную дисковую де­таль. Он предназначен главным образом для обеспечения равномерного вращения коленчатого вала путем аккумули­рования кинетической энергии при недогрузке двигателя и отдачи этой энергии для преодоления сил сопротивления при перегрузке двигателя.

При рабочем такте коленчатый вал с маховиком вос­принимает усилие от поршня через шатун и раскручива­ется, накапливая энергию. Последующие подготовительные такты выполняются как за счет энергии рабочих тактов и других цилиндрах двигателя, так и за счет энергии гращающихся деталей (в основном маховика и коленчатого вала). С увеличением количества цилиндров в двигателе, а также частоты рабочих тактов (двухтактные двигатели) потребность в энергии маховика для выполнения подго­товительных тактов сокращается.

Кинетическая энергия вращающегося маховика исполь­зуется также при трогании трактора с места.

Маховик отливают из чугуна. На обод маховика на­прессовывают зубчатый венец для соединения с пусковым устройством (электростартером или пусковым двигателем). На поверхность обода или на переднюю торцевую поверхность маховика обычно наносят метки для определения положения поршня в первом цилиндре, момента зажига­ния или момента подачи топлива.

Маховик крепится к хвостовику коленчатого вала. Если Коленчатый вал установлен на разъемных подшипниках скольжения, то маховик имеет фланцевое крепление. В случае применения подшипников качения его монтируют на конусном или шлицевом конце коленчатого вала.

Маховик тщательно балансируется вместе с коленчатым валом.

На задней торцевой поверхности маховика монтируется муфта сцепления, через которую отбирается мощность двигателя.

В процессе работы на коленчатый вал действуют осевые усилия от включения муфты сцепления, работы косозубых шестерен привода газораспределения, нагрева вала. 

Для ограничения осевых перемещений коленчатого вала (0,2... 0,4 мм) один из коренных подшипников (передний, задний или средний) делают упорным. Для этого вкладыш таких подшипников имеют отбортовку, упорные кольца или полукольца.

Категория: Справочник механизатора | Добавил: Профессионал (27.04.2012)
Просмотров: 9153 | Комментарии: 3 | Теги: трактор | Рейтинг: 3.5/2
Всего комментариев: 0

Смотрите также
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Меню сайта
Форма входа
Поиск
Наш опрос
Нашли ли вы на сайте что искали?
Всего ответов: 30
Шанс Заработать
Статистика