Андрей Смирнов
Время чтения: ~14 мин.
Просмотров: 0

Устройство кривошипно-шатунного механизма

Шатун

Шатун соединяет поршень с коленчатым валом. Он передает усилия от поршня к коленчатому валу во время рабочего хода и от коленчатого вала к поршню во время остальных тактов. Вместе с коленчатым валом шатун преобразовывает возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение вала.

Шатун изготовляется из стали штамповкой с последующей механической и термической обработкой. Шатун состоит из трех основных частей: тела 11, верхней 13 и нижней 10 головок.

Тело шатуна обычно имеет двутавровое сечение, которое постепенно увеличивается от верхней головки к нижней. Такая форма обеспечивает шатуну прочность и жесткость при минимальном весе. Если в двигателе предусмотрена принудительная смазка поршневого пальца, то в теле шатуна вдоль его оси просверливается канал 12.

Верхняя головка шатуна выполняется неразрезной, если применяется плавающий палец, или разрезной, если применяется закрепленный палец. В первом случае головку изготовляют большей ширины. Внутрь такой головки запрессовываются одна или две бронзовые втулки 15, чтобы уменьшить трение и облегчить ремонт. Обычно внутренняя поверхность бронзовых втулок гладкая, но в ряде двигателей для лучшей смазки пальца на поверхности втулок делаются канавки.

При креплении поршневого пальца стяжным болтом верхняя головка шатуна изготовляется более узкой, с разрезом и утолщением с одной стороны; в утолщении выполняется отверстие и нарезается резьба для стяжного болта.

Нижняя головка шатуна всегда выполняется из двух частей, соединенных болтами с гайками: верхней, изготовляемой заодно с телом шатуна, и нижней, называемой крышкой 9. Чтобы избежать ослабления крепления крышки шатуна, гайки шатунных болтов стопорятся при помощи шплинтов или стопорных шайб. В нижней головке шатуна располагается шатунный подшипник.

Коленчатый вал

Перейдем к коленчатому валу. Он имеет достаточно сложную форму. Осью его выступают коренные шейки, посредством которых он соединен с блоком цилиндров. Для обеспечения жесткого соединения, но опять же подвижного, в блоке посадочные места вала выполнены в виде полуколец, второй частью этих полуколец выступают крышки, которыми вал поджимается к блоку. Крышки к с блоком соединены болтами.

Коленвал 4-х цилиндрового двигателя

Коренные шейки вала соединены с щеками, которые являются одной из составных частей кривошипа. В верхней части этих щек располагается шатунная шейка.

Количество коренных и шатунных шеек зависит от количества цилиндров, а также их компоновки. В рядных и V-образных двигателях на вал передаются очень большие нагрузки, поэтому должно быть обеспечено крепление вала к блоку, способное правильно распределять эту нагрузку.

Для этого на один кривошип вала должно приходиться две коренные шейки. Но поскольку кривошип размещен между двух шеек, то одна из них будет играть роль опорной и для другого кривошипа. Из этого следует, что у рядного 4-цилиндрового двигателя на валу имеется 4 кривошипа и 5 коренных шеек.

У V-образных двигателей ситуация несколько иная. В них цилиндры расположены в два ряда под определенным углом. Поэтому один кривошип взаимодействует с двумя шатунами. Поэтому у 8-цилиндрового двигателя используется только 4 кривошипа, и опять же 5 коренных шеек.

Уменьшение трения между шатунами и шейками, а также блоком с коренными шейками достигается благодаря использованию вкладышей – подшипников трения, которые помещаются между шейкой и шатуном или блоком с крышкой.

Смазка шеек вала производится под давлением. Для подачи масла применяются каналы, проделанные в шатунных и коренных шейках, их крышках, а также вкладышах.

В процессе работы возникают силы, которые пытаются сместить коленчатый вал в продольном направлении. Чтобы исключить это используются опорные полукольца.

В дизельных двигателях для компенсации нагрузок используются противовесы, которые прикрепляются к щекам кривошипов.

С одной из сторон вала сделан фланец, к которому прикрепляется маховик, выполняющий несколько функций одновременно. Именно от маховика передается вращение. Он имеет значительный вес и габариты, что облегчает вращение коленчатому валу после того, как маховик раскрутится. Чтобы запустить двигатель нужно создать значительное усилие, поэтому по окружности на маховик нанесены зубья, которые называются венцом маховика. Посредством этого венца стартер раскручивает коленчатый вал при запуске силовой установки. Именно к маховику присоединяются механизмы, которые и используют вращение вала на выполнение полезного действия. У автомобиля это трансмиссия, обеспечивающая передачу вращения на колёса.

Чтобы исключить осевые биения, коленчатый вал и маховик должны быть хорошо отбалансированы.

Другой конец коленчатого вала, противоположный фланцу маховика используется зачастую для привода остальных механизмом и систем мотора: к примеру, там может размещаться шестерня привода масляного насоса, посадочное место для приводного шкива.

Это основная схема коленчатого вала. Особо нового пока ничего не придумано. Все новые разработки направлены пока только на снижение потерь мощности в результате трения между элементами ЦПГ и КШМ.

Также стараются снизить нагрузку на коленчатый вал путем изменения углов положения кривошипов относительно друг друга, но особо значительных результатов пока нет.

Презентация на тему: » МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Доклад по прикладной механике Кинематический и динамический анализ кривошипно-ползунного механизма Выполнила:» — Транскрипт:

1

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Доклад по прикладной механике Кинематический и динамический анализ кривошипно-ползунного механизма Выполнила: ст.гр. ГГ-1-05 Баранова Т.В. Проверил: Алюшин Ю.А.

2

2 Виды звеньев: Стойка – неподвижное звено механизма, на котором закреплены все другие его звенья. Кривошип – звено, совершающее полный оборот вокруг неподвижной оси. Коромысло – звено, совершающее колебательное движение (неполный оборот) вокруг неподвижной оси. Шатун – звено, шарнирно соединённое с двумя (или более) другими подвижными звеньями и совершающее плоскопараллельное движение в виде вращения вокруг подвижного полюса (ППД). Ползун – звено, совершающее прямолинейное поступательное движение по фиксированным направляющим. Кулисная пара – два подвижных смежных звена с относительным поступательным движением друг относительно друга.

3

3 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ кривошипно-ползунный механизм О, О1-стойка 1-кривошип 2-шатун 3-ползушка 2-3-кулисная пара 4-ползун 5-коромысло 6-шатун 7-ползун Y b a L1 h μ Θ U D 6 L4 L31 L3 L2 L1 E G5 O B ξ U2U2 φ Ψ А 1 О 7

4

4 Общая схема восьми положений механизма при повороте кривошипа на 45

6

6 Траектории точек Точка А Точка В Точка G Точка D

7

7 Точка Е

8

8 Для вычисления координат, компонент скорости и ускорений необходимо задать лагранжевы координаты в исходных данных – α,β. Далее для всех частей механизма по известным формулам вычисляем необходимые компоненты.

9

9 Координаты Кривошип Коромысло Шатун Ползун

10

10 Компоненты скорости Кривошип Коромысло Шатун Ползун

11

11 Компоненты ускорения Кривошип Коромысло Шатун Ползун

12

12 Для проверки правильности кинематического анализа необходимо рассмотреть на примере любой точки (например, точки А) графики зависимостей координат, скоростей и ускорений, показывающие свойства производных.

13

13 Зная распределение масс и кинематические характеристики элементов механизма в каждый момент времени, можно провести его полный энергетический анализ. Для энергетического анализа необходимы дополнительные данные о положениях центров масс звеньев Сi в начальный момент времени, массах mi и осевых моментах масс второго порядка J Ci относительно центральных осей. mi и Jci задаем изначально в исходных данных. Так как скорости и ускорения всех частиц механизма известны, кинетическую энергию каждого из звеньев находим по уравнениям: ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ где v Сi — линейная скорость центра масс, i,t — угловая скорость вращения i — го звена.

14

14 Например, для первого звена через точку С1: Полная кинетическая энергия : Еsumm= Ек 1 +Ек 2 +Ек 3 +Ек 4 +Ек 5 +Ек 6 +Ек 7 Изменение потенциальной энергии каждого из звеньев находим по уравнениям (для центра масс лагранжевы координаты задаем в исходных данных): (Eпот)i=(m)i*g(yci-pci); Определение сил инерции и момента инерции приведенных к центру масс:

15

15 Мощности для всех частей механизма определяем: Выбираем технологические точки (точки съема мощности (ТСМ)) на звеньях 4 и 7. Задаем им координаты Лагранжа, коэффициенты А, В, которые вводим в исходные данные. Траекторию движения ТСМ также задаем сами. Для технологической точки Т4: Для технологической точки Т7:

16

16 ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ (СИЛОВОЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМА) Обобщенные силы будут равны алгебраической сумме сил Данные уравнения для обобщенных сил, приведенных к шарниру В, по форме совпадают с аксиомами статики, которые являются следствием закона сохранения энергии.

17

17 ДИАГРАММА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОТОКОВ

18

18 ГРАФИК ИЗМЕНЕНИЯ МОЩНОСТЕЙ НА ЗВЕНЬЯХ МЕХАНИЗМА (С1, С2 И Т.Д.), В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТОЧКАХ (Т4, Т7) И В ТОЧКАХ НА КОНЦАХ ШАРНИРОВ (О, А, Е И Т.Д.)

19

19 ПРОВЕРКА ПРАВИЛЬНОСТИ КИНЕМАТИЧЕСКОГО, ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО И СИЛОВОГО АНАЛИЗА Проверка проводится по равенству моментов на приводном валу, вычисленных: а) через суммарные затраты мощности; б) через обобщенные силы, приведенные к осям шарниров.

20

20 ГРАФИК ПРОВЕРКИ ПРАВИЛЬНОСТИ КИНЕМАТИЧЕСКОГО, ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО И СИЛОВОГО АНАЛИЗА ПОКАЗЫВАЕТ, ЧТО МОМЕНТ НА ПРИВОДНОМ ВАЛУ(М о ) РАВЕН МОМЕНТУ НА КРИВОШИПЕ (М(О))

21

21 ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Общее устройство и техническая характеристика двигателя КамАЗа 740.10

На автомобилях КамАЗ устанавливаются восьмицилиндровые, V-образные, четырехтактные дизели модели 740 с жидкостным охлаждением.

Блок-картер двигателя отлит из чугуна и снизу закрыт штампованным поддоном. В расточках блоков установлены гильзы цилиндров «мокрого» типа. Сверху гильзы закрыты индивидуальными головками. Механизм газораспределения верхнеклапанный. В нижней части развала блока установлен распределительный вал. Под ним в коренных опорах — коленчатый вал.

В передней части блока с коленчатым валом установлена гидромуфта привода вентилятора. С правой стороны блока крепятся центробежный фильтр очистки масла, масляный фильтр, маслозаливная горловина и щуп для контроля уровня масла в поддоне. С левой стороны нижней части блока установлен электростартер .

С наружной стороны боковых поверхностей головок цилиндров крепятся выпускные трубопроводы, с внутренней стороны — впускные трубопроводы и водоотводящие трубы. Сверху к впускным трубопроводам крепится фильтр тонкой очистки топлива. На передних концах водоотводящих труб установлены термостаты системы охлаждения двигателя.

В развале блок-картера размещены топливный насос высокого давления, компрессор и насос гидроусилителя рулевого управления.

Указанные конструктивные решения, а также применение автоматической гидромуфты в приводе вентилятора и двух термостатов в системе охлаждения, эффективная очистка масла, топлива и воздуха обеспечивают высокую долговечность деталей и узлов двигателя.

Основные параметры двигателя модели 740.10 приведены в технической характеристике (табл.1)

Таблица 1.

Техническая характеристика

Модель двигателя740.10
Тип двигателяС воспламенением от сжатия
Число тактовЧетыре
Число цилиндровВосемь
Расположение цилиндровV-образное
Угол развала90°
Порядок работы цилиндров1-5-4-2-6-3-7-8
Диаметр цилиндра и ход поршня, мм120×120
Рабочий объем, л10,85
Номинальная мощность брутто, кВт (л. с) 176(240)
Максимальный крутящий момент брутто.Н. м (кгс. м) 833(85)
Частота вращения коленчатого вала, мин:

— номинальная

— при максимальном крутящем моменте

— на холостом ходу, не более:

минимальная

максимальная

2200

1200-1600

600±50

2930

Модель ТНВД337-40
Модель форсунки273-30
Давление начала подъема иглы форсунки, МПа (кгс/см): — в эксплуатации, не менее — новой (заводской регулировки)

19,61 (200)

21,37-22,36(218-228)

Высокая литровая мощность и низкий удельный расход топлива достигнуты форсированием двигателя по частоте вращения, применением совершенного смесеобразования, высокой степени сжатия и использованием тороидальной камеры сгорания.

Трудоемкость технического обслуживания двигателя в процессе эксплуатации значительно снижена благодаря применению закрытой системы охлаждения с всесезонной специальной охлаждающей жидкостью, высококачественных моторных масел двухступенчатого воздухоочистителя сухого типа, эффективных топливных и масляных фильтров.

Высокие пусковые качества двигателя при низких температурах обеспечены применением аккумуляторных батарей повышенной емкости, мощного стартера, маловязкого моторного масла и системы предпускового разогрева двигателя.

Двигатель состоит из кривошипно-шатунного механизма и механизма газораспределения и систем смазки, охлаждения, разогрева, питания топливом, питания воздухом и выпуска отработавших газов.

Конструкция шатуна

Особенности конструкции шатунов напрямую зависят от типа мотора и схемы его компоновки. Так для бензиновых двигателей используются легкие шатуны, в дизелях – тяжелые.

Основные элементы шатуна – стержень, верхняя поршневая головка, нижняя кривошипная головка.

Поршневая головка соединена со стержнем поршневым пальцем, кривошипная головка – с шейкой коленвала.

Стержень

Данная деталь шатуна может иметь различный тип сечения, которое может быть похоже на прямоугольник, на круг, крест или может быты Н-образным. Некоторые типы двигателей оснащаются шатунами, в которых стержни имеют небольшую масляную канавку для своевременной подачи масла в поршневую головку.

В большинстве случаев верхний отдел кривошипной головки оснащается маленьким отверстием для разбрызгивания масла во внутренних полостях поршня и цилиндра.

Поршневая головка

Поршневая головка размещена вверху и является неразъемным шатунным элементом, конструкция которого напрямую зависит от метода установки поршневого пальца.

В двигателях, в которых установлен палец фиксированного типа, поршневая головка имеет специальное цилиндрическое отверстие для его установки. В ДВС с пальцем плавающего типа, такая головка комплектуется бронзовой или биметаллической втулкой.

В тех моделях двигателей, которые используют плавающий палец, но втулка не предусмотрена, вращательные движения пальца осуществляются в соответствующем отверстии головки.

С целью снижения значительных нагрузок на палец, некоторые модели ДВС комплектуются шатунами с поршневыми головками в форме трапеции.

Кривошипная головка

Головка шатуна, которая расположена внизу отличается разборной конструкцией, основным назначением которой является соединение двух механизмов – коленвала и самого шатуна.

Головка состоит из верхней части и крышки, которая крепится к шатуну крепежными болтами. Кроме всего прочего такая головка может иметь два типа разъемов по отношению к стержневой оси – косой (выполненный под углом) и прямой (выполненный перпендикулярно).

Длина цилиндрового блока зависит от толщины нижней головки. В головке  устанавливаются тонкие вкладыши подшипника скольжения, которые могут иметь от 2-х до 5-ти слоев, изготовленных из стальных полос, внутренняя часть которых покрывается защитным антифрикционным составом, соответствующим определенному типу двигателя.

Как правило, в современных ДВС применяются вкладыши, состоящие из 2-х и 3-х слоев. В двухслойном вкладыше на металлическую основу просто наносится слой антифрикционного состава, а в трехслойном вкладыше добавляется еще и изоляционный слой.

Чтобы снизить вибрации и шумы при работе двигателя, все установленные шатуны, а также их составные части должны иметь равную массу. Это значит, что в одном шатуне масса отдельной его детали должна быть одинаковой по отношению к массе аналогичной детали в другом шатуне.

Например, если масса стержня одного шатуна составляет 50 г., в таком случае во всех остальных шатунах стержни должны иметь аналогичную массу.

Детали кривошипно-шатунного механизма

а — V- образного карбюраторного двигателя; 6 — V-образного дизельного двигателя; в — соединение головки блока цилиндров, гильзы и блока цилиндров двигателя KaМA3-740; 1- крышка блока распределительных зубчатых колес; 2 — прокладка головки блока цилиндров; 3 — камера сгорания, 4 — головка блока цилиндров, 5 — гильза цилиндра; 6 и 19 — уплотнительные кольца, 7 — блок цилиндров; 8 — резиновая прокладка; 9 — головка блока цилиндров; 10 -прокладка крышки; 11 — крышка головки блоки цилиндров; 12 и 13 — болты крепления крышки и головки блока цилиндров; 14 — патрубок выпускного коллектора; 15 — болт-стяжка; 16 — крышка коренного подшипника: 17 — болт крепления крышки коренного подшипника; 17 — стопорное кольцо: 20 — стальная прокладка головки блока цилиндров.

Блок картер

Блок-картер отливают из легированного чугуна или алюминиевых сплавов.Блок-картер разделен на дне части горизонтальной перегородкой. В нижней части в вертикальных перегородках имеются разъемные отверстия крепления коленчатого вала, в верхней гильзы цилиндров. Блок-картер может быть отлит вместе с цилиндрами («сухие» гильзы), либо иметь вставные сменные гильзы, непосредственно омываемые охлаждающей жидкостью, так называемые «мокрые» гильзы. Также в блок-картере выполнены гладкие отверстия пол коренные опоры распределительного вала, под толкатели ГРМ, имеются гладкие и резьбовые отверстия и припадочные поверхности крепления деталей и приборов.

Гильзы цилиндров

Гильзы цилиндров являются направляющими для поршня и вместе с головкой образуют полость, в которой осуществляется рабочий ЦИКЛ, Изготовляют гильзы литьем из специального чугуна. На наружной поверхности имеется одна или две посадочные поверхности крепления гильзы в блоке цилиндров. Внутреннюю поверхность цилиндра подвергают закалке с нагревом ТВЧ и тщательно обрабатывают, получая «зеркальную» поверхность.

Верхняя часть цилиндра наиболее нагружена, так как здесь происходит сгорание рабочей смеси, сопровождаемое резким повышением давления и температуры. Кроме того, в этой зоне происходит перекладка поршня, сопровождаемая ударными нагрузками на стенки цилиндра. Для повышения износостойкости верхней част цилиндров в карбюраторных двигателях (ЗМЗ-53 и ЗИЛ-508.10) применяют пеганки из специального износостойкого чугуна» запрессованные в верхней части цилиндра. Толщина вставки 2—4 мм. высота 40—50 мм. используемый материал — аустенитный чугун.

«Мокрые» гильзы могут быть установлены в блок-картер с центровкой по одному или двум поясам. Первый способ применяется для постановки гильзы в алюминиевые, в юрой — в чугунные блоки. Для уплотнения нижнего центрирующего пояска «мокрых» гильз применяют резиновые кольца гильзы с центровкой по одному нижнему поясу уплотняются одной медной прокладкой под горне нон плоскостью буртика.

Головка блока 

Головка блока цилиндров закрывает цилиндры и образует верхнюю часть рабочей полости двигателя, в ней частично или полностью размещаются камеры сгорания. Головки блока цилиндров отливают из легированного серого чугуна или алюминисвого сплава. Чаще всего они являются общими для всех цилиндров, образующих ряд. В головках блока цилиндров разметаются гнезда и направляющие втулки клапанов, впускные и выпускные каналы. Их внутренние полости образуют рубашку для охлаждающей жидкости. В верхней части имеются опорные площадки для крепления деталей клапанного механизма, В конструкциях с верхним расположением распределительного вала предусмотрены соответствующих опоры. Для уплотнения стыка головки блока цилиндров и блока цилиндров применяю) сталеасбестовую уплотняющую прокладку, предотвращающую прорыв газов наружу и исключающую проникновение охлаждающей жидкости и масла в цилиндры. В двигателях послушного охлаждения головки блока цилиндров делают ребренными. Причем ребра располагают по движению потока охлаждающего воздуха. Так, чтобы обеспечивался более эффективный теплоотвод.

Поддон картера

Поддон картера закрывает KШМ снизу и одновременно является резервуаром для масла. Поддоны изготовляют штамповкой из листовой стали или отливают из алюминиевых сплавов. Внутри поддонов могут выполняться лотки и перегородки, препятствующие перемещению и взбалтыванию масла при лвижении автомобиля по неровным дорогам, Привалочная поверхность, стыкующаяся с блок-картером, имеет от-бортовку металла и усиливается для придания жесткости стальной полосой, приваренной по периметру. В нижней точке поддона приваривается бобышка с резьбовым отверстием, которое закрывают пробкой с магнитом для улавливания металлических продуктов износа, образующихся вследствие изнашивания двигателя.

Примечания

  1. Короткоходный двигатель / М. А. Латинский // Конда — Кун. — М. : Советская энциклопедия, 1973. — ( :  / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 13).
  2. Тронковый двигатель // Тихоходки — Ульяново. — М. : Советская энциклопедия, 1977. — ( :  / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 26).
  3. Крейцкопфный двигатель / В. И. Ефанов // Конда — Кун. — М. : Советская энциклопедия, 1973. — ( :  / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 13).
  4. ↑ Ritti, Tullia; Grewe, Klaus; Kessener, Paul (2007), «A Relief of a Water-powered Stone Saw Mill on a Sarcophagus at Hierapolis and its Implications», Journal of Roman Archaeology, 20, pp. 138—163
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации