Реферат: Кривошипный механизм
Для дополнительного снижения веса поршня нерабочие части его юбки (под торнами поршневого пальца) иногда вырезают. Эти вырезы используют также для прохода коленчатого вала.
Наружную поверхность нижней части поршня гальваническим методом покрывают тонким слоем олова (0,02 - 0,03 мм), который заполняет неровности поверхности, ускоряет приработку новых поршней к зеркалу цилиндра и уменьшает возможность повреждения зеркала цилиндра.
Поршневые кольца и пальцы
Поршневые кольца разделяются на две группы: компрессионные и маслосъемные. К первым относятся два-три верхних кольца, ко вторым — один-два нижних. У поршней карбюраторных двигателей ставят три или четыре кольца, а у дизелей из-за больших давлений в камере сгорания — четыре или пять (двигатель ЯМЗ-236). Если давление газов над поршнем считать за 100%, то после третьего кольца оно снижается до менее 0,1%.
Компрессионные кольца не допускают прорыва газов через зазор между поршнем и цилиндром; маслосъемное кольцо снимает излишки масла со стенок цилиндра, противодействуя попаданию его в камеру сгорания. Кольца имеют обычно прямой разрез, который позволяет кольцу пружинить. Концы колец в свободном состоянии расходятся на несколько миллиметров, поэтому при помещении поршня со сжатыми кольцами в цилиндр достигается плотное прилегание их к цилиндру. В таком состоянии зазор в разрезе равен от 0,2 до 0,4 мм.
В маслосъемных поршневых кольцах имеются радиальные вырезы, а в поршне, против кольцевых канавок, сделаны сверления на уровне расположения вырезов. Масло, собранное со стенок, попадает в отверстия в теле поршня и далее стекает в картер.
Особенно тщательно выполнена кольцевая группа в двигателе ЗИЛ-130 (рис. 11), состоящая из трех верхних компрессионных колец и одного нижнего маслосъемного. Главное (верхнее) компрессионное кольцо 6 находится в кольце 5, залитом в поршень для упрочнения канавки; нижнее и среднее компрессионные кольца 4, как обычно, находятся непосредственно в теле поршня. Маслосъемное кольцо составлено из двух дисковых колец /, распираемых радиальным 3 и осевым 2 расширителями.
Сочетание крайних колец обеспечивает герметичность объема над поршнем и съем масла со стенок цилиндра.
Расширители поддерживают плотное прилегание колец к цилиндру и поршню даже в случае износа колец и снижения их упругости. Высокая температура верхнего кольца отрицательно сказывается на работе расширителя, и он под это кольцо не ставится. Расширитель способствует снижению расхода масла и прорыву газов, особенно при работе двигателя с большими нагрузками.
Состояние поршневых колец в значительной степени определяет
межремонтные пробеги автомобиля, так как они являются одной из
наиболее подверженных износу деталей. Износ вызывает увеличение
расхода масла, забрасывание свечей маслом, затрудняет пуск дви
гателя, приводит к падению его мощности и к повышению расхода
топлива. Все это заставляет менять кольца с неизбежной разборкой
двигателя.
Для ускорения приработки компрессионных колец к зеркалу цилиндра и уменьшения потерь на трение наружная поверхность колец выполняется конической с углом 0,035-0,05 рад (2-3°). Верхнее компрессионное кольцо выполняют цилиндрическим, чтобы оно не отжималось от цилиндра газами, но с внутренней стороны кольца делают ступенчатую проточку, придающую поперечному сечению его несимметричную форму. Такое устройство вызывает при работе некоторый перекос кольца в канавке с неодинаковым прилеганием его к цилиндру, что дает почти такой же эффект, как и наличие наружной конической поверхности.
Износ поршневых колец получается неравномерным. Больше изнашивается кольцо со стороны, противоположной его стыку, поэтому в современных двигателях все больше применяются кольца с корректированием распределения радиального давления, что повышает продолжительность службы колец. Специальное распределение давления достигается при обточке колец по особому копиру.
Улучшение приработки и уменьшение коррозии колец достигается покрытием их поверхности тонкой пленкой окиси железа (оксидированием), которая заполняет неровности и делает износ в процессе приработки более равномерным. Для снижения износа наружную поверхность верхних колец подвергают пористому хромированию.
Изготовляют поршневые кольца из специального легированного серого чугуна.
Шарнирное соединение поршня с верхней головкой шатуна осуществляется при помощи поршневого пальца, располагающегося своими концами в специальных приливах стенок поршня; средняя часть поршневого пальца охватывается верхней головкой шатуна.
Внутренняя часть поршневого пальца выполняется цилиндрической (см. рис. 10) или коническо-цилиндрической; палец особенно массивен у дизелей.
В большинстве случаев палец свободно проворачивается в поршне и в шатуне (плавающий палец). Во избежание выхода пальца из поршня длина его делается несколько меньше диаметра поршня. Для предотвращения продольных сдвигов пальца в прилавках протачивают выемки около торцов пальца и в них устанавливают стопорные кольца 8 (см. рис. 10).
Для смазки трущихся поверхностей поршневого пальца имеются сверления в верхней головке шатуна и приливах поршня.
Пальцы изготовляют из высококачественной стали с цементацией наружной поверхности; иногда палец закаливается токами высокой частоты.
Шатунная группа
Шатун совершает сложное движение: верхняя его головка движется прямолинейно вместе с поршнем, а нижняя вращается вместе с шатунной шейкой коленчатого вала; при помощи шатуна поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Одновременно шатунами от поршня к валу передаются меняющиеся в широких пределах усилия от давления газов и сил инерции. Шатун состоит из двухосновных частей: стержня 6 (рис. 12) с верхней 5 и нижней 9 головками и крышки . Шатун работает в тяжелых условиях, поэтому для обеспечения повышенной прочности шатуна поперечное сечение 2 его стержня выполняется двутавровым, расширяющимся к нижней головке. Для уменьшения трения и износа поршневого пальца в верхней головке шатуна запрессовывается бронзовая втулка 3, для смазки трущихся поверхностей имеются отверстия 4.
Сравнительно ограниченное скольжение верхней головки шатуна по поршневому пальцу (качание) в сочетании с нагревом поршня создает условия, в которых удовлетворительно работают бронзовые втулки. Нижняя головка шатуна имеет полное скольжение по шейке вала, но не подвергается сильному тепловому воздействию как верхняя, поэтому для сокращения трения и износа шейки коленчатого вала нижняя головка заливается менее теплостойким, но более антифрикционным, чем бронза, сплавом. В большинстве двигателей нижние головки шатунов снабжены тонкостенными стальными взаимозаменяемыми вкладышами 10 (см. рис. 12) со слоем антифрикционной заливки; толщина стальной основы тонкостенных вкладышей составляет 1,25 - 4,2 толщина слоя антифрикционной заливки 0,25 - 0,7 мм.
При высоких антифрикционных свойствах сплавы сильно снижают свои механические качества в условиях повышения температуры; так, твердость при нагревании с 15 до 100° С снижается на 60 - 70%. Поэтому при нагрузках около и выше 100 кГ/см2 и температурах около и выше 100° С применяется свинцовистая бронза, обеспечивающая высокую износостойкость, но требующая более точной поверхностной обработки подшипника и качественной смазки.
Вкладыши подшипников коленчатых валов для повышения срока службы делаются трехслойными с металлокерамическим подслоем (60% меди, 40% никеля).
Для предотвращения сдвига и проворачивания вкладышей используются отогнутые выступы (см. рис. 12), входящие в выемки нижней головки.
Тонкостенные вкладыши можно быстро заменять при наличии комплекта запасных вкладышей ремонтного размера, что удобно при ремонте.
Крышка прикрепляется к нижней головке болтами 7. Болты воспринимают большие и быстро возникающие растягивающие нагрузки. Для надежного крепления крышки предусмотрены устройства против самоотвертывания болтов: головки выполняются несимметричными, а гайки 8 шплинтуются. Для смазки поршневого пальца иногда в стержне шатуна высверливается канал, по которому масло попадает из нижней в верхнюю головку.