Материал: Силовые установки колёсных транспортных средств
кольцо должно быть направлено вверх, в сторону днища поршня. Благодаря этой выточке новые кольца, установленные в цилиндр, несколько выворачиваются и прижимаются к зеркалу цилиндра только кромкой, что ускоряет и улучшает приработку колец к зеркалу цилиндра. Нарушение этого правила вызывает резкое увеличение расхода масла и дымление двигателя. Верхнее компрессионное кольцо выточки не имеет. Маслосъемное кольцо сборное, четырехили трехэлементное. Рабочая цилиндрическая поверхность кольцевых дисков покрыта слоем хрома толщиной 0,080...0,130 мм.
На двигателях ЗМЗ-4061 и -4063 устанавливаются трехэлементные маслосъемные кольца. В днищах поршней этих двигателей имеются цековки (углубления) для предотвращения ударов о днища поршня головок клапанов при нарушении фаз газораспределения. В днищах поршней двигателей ЗМЗ-4061 выполнены углубления для увеличения объема камер сгорания. Такие же углубления имеются и на головках поршней двигателей автобусов ПАЗ-3205.
Поршневые пальцы предназначены для шарнирного соединения поршня с шатуном. Они должны быть прочными, так как воспринимают при рабочем ходе значительные нагрузки, изменяющиеся по величине и направлению. Изготавливаются они из углеродистой или малоуглеродистой стали. Пальцы из малоуглеродистой стали подвергают поверхностной цементации на глубину 1...1,5 мм и поверхностной закалке токами высокой частоты, а затем отпуску до определенной твердости. Пальцы из углеродистой стали подвергают закалке на глубину 1... 1,5 мм. Для уменьшения трения наружная поверхность пальцев полируется. После термической обработки пальцы имеют твердый износостойкий поверхностный слой и вязкую сердцевину, что необходимо для работы в условиях ударных и знакопеременных нагрузок.
Поршневой палец 9 (рисунок 2.4) представляет собой короткую стальную трубку, которая проходит через верхнюю головку шатуна и концами опирается на бобышки поршня 3 (рисунок 2.3). На большинстве современных двигателей применяются плавающие пальцы. Такие пальцы свободно устанавливаются в головке шатуна и в бобышках поршня. Для удержания пальца от осевого перемещения в бобышках поршня выполняются канавки 2 для стопорных колец. После установки пальца в эти канавки вставляются пружинные стопорные кольца. Плавающие пальцы равномерно изнашиваются по всей окружности, поэтому работают дольше. При нагреве стальные пальцы расширяются меньше, чем алюминиевые поршни, что приводит к появлению стуков при работе холодного двигателя. Для предотвращения стуков при сборке шатунно-поршневой группы поршень предварительно нагревают до температуры 70... 80 °С, а затем поршень и шатун соединяют пальцем. После охлаждения палец оказывается зажатым в бобышках поршня. При работе двигателя поршень нагревается, палец высвобождается и может свободно проворачиваться в бобышках поршня и в верхней головке шатуна. Поршень двигателя автомобиля ЗИЛ-433100 необходимо нагревать до температуры 80... 100 С.
31
1 — гайка; 2 — болт; 3, 14 — отверстия для масла; 4 — стержень шатуна; 5 — бронзовая втулка; 6 — отверстие для прохода масла к поршневому пальцу; 7— верхняя головка шатуна; 8 — номер нижней головки; 9 — нижняя головка шатуна; 10 — крышка нижней головки; 11 — стопорная шайба; 12 — метка; 13 — вкладыши; 15 — усик; 16 — паз в головке шатуна
Рисунок 2.4 – Шатун
У некоторых двигателей (ВАЗ-1111, -11113) палец запрессовывается в верхнюю головку шатуна, где он остается неподвижным при работе двигателя. Установка пальца производится следующим образом. Шатун нагревают в электропечи до 240°С, закрепляют в тисках, надевают на него поршень так, чтобы отверстия в бобышках совпали с отверстием в верхней головке шатуна, и проталкивают в отверстие палец. Такие пальцы изнашиваются однобоко, а не по всей поверхности, как плавающие.
Шатун передает усилия через палец на поршень и с поршня на коленчатый вал двигателя при рабочем ходе. Он преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Основными частями шатуна являются стержень 4, верхняя головка 7 и нижняя головка 9 с крышкой 10 (рисунок 2.4). Стержень шатуна воспринимает большие нагрузки, изменяющиеся по величине и направлению, подвергается сжатию, изгибу и растяжению. Чтобы выдержать такие нагрузки, шатун должен быть прочным и жестким, а для уменьшения возникающих инерционных сил — как можно более легким. Такие нагрузки при одинаковом расходе металла лучше всего выдерживают стержни двутаврового сечения. Стержень шатуна имеет постепенно увеличивающееся сечение, плавно переходящее в нижнюю головку. Верхняя головка делается неразъемной.
32
Шатун совершает сложное движение. Верхняя головка шатуна в основном движется возвратно-поступательно и, кроме того, отклоняется на небольшой угол относительно бобышек поршня. Чтобы она не истерлась о бобышки, они делаются на 2...4 мм короче, чем посадочное гнездо бобышек в головке шатуна.
Нижняя головка вращается вместе с шатунной шейкой, одновременно совершая возвратно-поступательное и колебательное движение. Нижние головки делают разъемными с разрезом, перпендикулярным оси шатуна. Такой разрез применяется почти на всех моделях автомобилей. В двигателях ЯМЗ-236 плоскость разъема нижней головки расположена под углом к оси шатуна. Это сделано по той причине, что она не может свободно проходить через цилиндр при монтаже и демонтаже поршня вместе с шатуном.
Шатуны штампуют из высококачественной углеродистой или легированной стали и после штамповки подвергают механической и термической обработке (закалке и отпуску).
Для уменьшения трения в верхнюю головку шатуна запрессовывается втулка, выполняющая роль подшипника скольжения. Материал для изготовления втулок применяется различный. На двигателях автомобилей ЗИЛ-433100, ВАЗ-2110, -2111, -2112 применяют сталебронзовые втулки, а на двигателях автомобилей «ГАЗель» — втулки из оловянистой бронзы.
Для смазывания поршневых пальцев в верхних головках и во втулках имеются специальные отверстия 6 (рисунок 2.4).
2.6 Коленчатый вал
Коленчатый вал в двигателе преобразует прямолинейное возвратнопоступательное движение поршня во вращательное движение вала.
Материалы. Коленчатые валы изготавливают из высокопрочного чугуна (двигатели семейства «ГАЗель», «Волга» ГАЗ-31029, ВАЗ-2110, -2111, -2112, - 1111, -11113) или высокоуглеродистой стали (двигатели ЯМЗ-740, -741, ЗИЛ433100, -5301, ИЖ-2126 и др.). Чугунные коленчатые валы изготавливают литьем, стальные — ковкой.
Чугун дешевле стали, но он хрупкий, и изготовленные из него детали более массивны. Стоимость чугунного коленчатого вала, изготовленного отливкой в форму, ниже стоимости кованого из стали. Однако по причине большего расхода металла изготавливать коленчатые валы из чугуна для двигателей повышенной мощности нельзя. С такими валами тяжело работать при ремонте и обслуживании двигателей.
Конструкция. Основными частями коленчатого вала (рисунок 2.5) являются коренные 20 и шатунные 18 шейки, которые соединяются щеками 34 и сопрягаются с ними переходными галтелями.
По количеству коренных и шатунных шеек коленчатые валы подразделяются на полноопорные и неполноопорные. Полноопорными называются коленчатые валы, у которых каждая шатунная шейка имеет с обеих сторон коренные шейки. Неполноопорный — это вал, у которого хотя бы одна шатунная шейка не имеет с обеих сторон коренных шеек.
33
1 — носок коленчатого вала; 2 — шкив; 3 — храповик; 4 — распорноупорная шайба; 5 — биметаллические упорные шайбы переднего коренного подшипника; 6 — вкладыш коренного подшипника; 7 — вкладыш шатунного подшипника; 8 — стопорное кольцо; 9 — поршневой палец; 10 — втулка; 11 — отверстие для смазки поршневого пальца; 12 — верхняя головка шатуна; 13 — шатун; 14 — болт крышки шатуна; 15— бобышка шатуна; 16 — нижняя головка шатуна; 17 — крышка шатуна; 18 — шатунная шейка; 19 — противовес щеки; 20 — коренная шейка; 21 — поршень; 22 — дренажные канавки для слива масла; 23 — маслосбрасывающий гребень задней коренной шейки; 24 — маслоотгонные спиральные витки; 25 — сальник заднего коренного подшипника; 26 — маховик; 27 — зубчатый венец; 28 — деревянный боковой уплотнитель; 29 — резиновая уплотнительная прокладка; 30 — крышка заднего коренного подшипника; 31 — канал для смазки шатунного подшипника; 32 — центробежная ловушка для очистки масла; 33 — пробка ловушки; 34 — щека; 35
— крышка среднего коренного подшипника; 36 — вкладыш; 37 — медноникелевый подслой; 38— антифрикционный сплав СОС 6-6; 39 — крышка переднего коренного подшипника; 40 — шестерня
Рисунок 2.5 – Детали шатунной группы и коленчатого вала
У рядных двигателей количество шатунных шеек соответствует количеству цилиндров. У двигателей с V-образным расположением цилиндров количество шатунных шеек в два раза меньше, чем цилиндров, так как у них на каждую шатунную шейку устанавливается по два шатуна — один из правого, другой из левого рядов.
34
Передний конец коленчатого вала называют еще носком. На носке коленчатого вала 1 устанавливается при помощи шпонки шкив 2 привода вспомогательных приборов (водяного насоса, генератора, компрессора, насоса гидроусилителя руля и др.). Там же на шпонке устанавливается шестерня 40 привода газораспределительного механизма. Если распределительный вал установлен на головке блока цилиндров (ВАЗ-2110, -2111, -11113, ИЖ-2126), то на носке коленчатого вала устанавливают зубчатую звездочку, от которой при помощи зубчатого ремня (двигатели ВАЗ-2110, -2111, -2112, ВАЗ-1111, 11113) или цепи (двигатели ИЖ2126) приводится в движение распределительный вал. В двигателях автомобилей «Ока» от шестерни коленчатого вала приводятся в работу уравновешивающие валы.
На носке коленчатого вала двигателя автомобиля «ГАЗель» на шпонках установлены стальная упорная шайба, шестерня привода распределительного вала, маслоотражатель и ступица шкива коленчатого вала. Все эти детали стянуты болтом, который вворачивается в передний торец вала. Шкив привода водяного насоса и вентилятора и шкив генератора болтами крепятся к ступице шкива коленчатого вала. На этом же шкиве смонтировано демпферное устройство для гашения крутильных колебаний коленчатого вала. У двигателей автомобиля ЗИЛ-5301 на носке коленчатого вала установлена шестерня, которая находится в зацеплении с промежуточной шестерней, а от промежуточной приводится в работу шестерня распределительного вала. Перед шестерней привода распределительного вала установлена ведущая шестерня привода масляного насоса и передний маслоотражатель, на шлицах установлен шкив коленчатого вала. Все эти детали стянуты болтом, ввернутым в передний конец вала.
На заднем конце коленчатого вала имеется фланец для крепления маховика 26. Между фланцем и коренной шейкой устроен маслосбрасывающий гребень 23 и маслоотгонные спиральные витки 24.
Коленчатый вал в комплекте с маховиком подвергают динамической балансировке. Чтобы не нарушить балансировку и обеспечить правильное соединение маховика с коленчатым валом в случае разборки при ремонте, фланцы снабжают специальными установочными штифтами или одно из отверстий для болтов крепления маховика и фланца выполняют несимметрично остальным, т. е. смещают в сторону.
Взаднем торце коленчатого вала имеется гнездо, в которое запрессовывается шариковый подшипник, являющийся передней опорой для ведущего вала коробки передач.
Вшатунных шейках коленчатого вала выполняют центробежные ловушки (грязеуловители) 32 для очистки масла от механических частиц, закрываемые пробками. После затяжки пробки закерниваются для предотвращения самопроизвольного отворачивания.
При работе двигателя на шатунных шейках возникают центробежные силы, уводящие вал в сторону. Для разгрузки коренных подшипников от действия центробежных сил на коленчатых валах выполняют противовесы щек вала 19. Центробежная сила, развиваемая на них, действует в направлении, противоположном направлению центробежных сил на шатунных шейках. Благодаря этому коренные шейки и их подшипники разгружаются от действия центробежных сил и создаваемых ими моментов.
35