Особливості будови основних деталей двигунів

Мета заняття:

Поглибити знання особливостей будови деталей груп поршня, шатуна і колінвала сучасних двигунів.

1. Короткі теоретичні відомості.

Елементи КШМ двигуна можна розділити на дві групи: нерухомі і рухомі. До нерухомих елементів відносяться блок циліндрів, головка блока циліндрів, картер з підшипниками колінчастого вала і піддоном. Все це утворює остов двигуна. Рухомими елементами механізму є поршень, поршневі кільця, поршневий палець, шатун з підшипниками, колінчастий вал з маховиком і деталі, що їх з’єднують .

Група поршня складається з поршня, поршневих кілець, поршневого пальця і деталей для утримання пальця від осьового переміщення. Поршень належить до найбільш відповідальних і нагружених деталей двигуна, виконує наступні функції:

- забезпечує необхідну форму камери згорання і герметичність внутрішньоциліндрового простору;

- передає силу тиску газів на шатун і стінку циліндра;

- управляє відкриттям і закриттям вікон (виконує функції розподільного пристрою) в двотактних двигунах з щілинною схемою газообміну.

На поршень діють механічні навантаження від тиску газів і сил інерції, а також високі теплові навантаження в період безпосереднього зіткнення його з гарячими газами при згоранні палива і розширенні продуктів згорання. Додатково поршень нагрівається від тертя об стінки циліндра.

Основними елементами поршня є днище і бічні стінки. Бічні стінки утворюють ущільнюючу (верхню) і направляючу (нижню) частини. Днище разом з ущільнюючою частиною утворюють головку поршня, а направляючу частину називають юбкою поршня.

На зовнішній поверхні в головці поршня є канавки для поршневих кілець, які призначенні для ущільнення циліндра від прориву газів і запобігання попадання мастила з картера в камеру згорання. На внутрішній поверхні юбки поршня є бобишки з отворами для установки поршневого пальця.

Для виготовлення поршнів використовують чавун, алюмінієві і магнієві сплави. Чавунні поршні відрізняються високою міцністю і зносостійкістю і малим коефіцієнтом лінійного розширення, але мають велику масу.

Поршневі кільця по своєму призначенню діляться на компресійні (ущільнювачі) і маслознімні.

Компресійні кільця ставлять для попередження прориву газів в картер під час стиску і розширення. Крім того, вони служать для відведення теплоти від поршня. Компресійні кільця працюють в тяжких умовах, здійснюючи зворотно-поступальний рух при високих навантаженнях, швидкості ковзання і температурі. Кільця нагріваються від зіткнення з гарячими газами і нагрітими стінками поршня, а також унаслідок тертя об стінки циліндра. Робота тертя поршневих кілець складає приблизно 40–50% механічних втрат в двигуні.

Кільце повинне щільно притискатися до внутрішньої поверхні циліндра. Для цього кільце виготовляють розрізним, і його діаметр у вільному стані дещо більше діаметру циліндра, причому радіус кривизни поршневого кільця у вільному стані має бути змінним.

Для виготовлення компресійних кілець застосовується сірий чавун з підвищеним вмістом фосфору і з присадками хрому, нікелю або молібдену, що додають матеріалу кільця необхідну міцність, в'язкість і хороші антифрикційні властивості. Для кращої приробляємості і підвищення його зносостійкості на кільце наносять різні покриття з олова або свинцю, застосовують пористе хромування. Кільця найчастіше виготовляють прямокутного перетину з різним відношенням висоти кільця до радіальної товщини. Розріз кільця або так званий замок може бути прямим, косим або ступінчастим. Оливознімні кільця служать для видалення надлишку оливи з робочої поверхні гільзи і попередження можливості попадання її в камеру згорання, внаслідок розбризкування оливи. Для видалення оливи, що збирається під кромкою, в стінці поршня просвердлюють радіальні отвори. Часто в оливознімних кільцях роблять також канавки з отворами.

Поршневий палець служить для шарнірного з'єднання поршня з шатуном в тронковом кривошипно-шатуновому механізмі. Перетин пальців може бути суцільним або кільцевої форми, що зменшує масу пальця. Кінцями палець встановлюється в бобишках поршня, середню частину його охоплює підшипник верхньої головки шатуна. В сучасних двигунах широке застосування має так званий плаваючий палець, який може вільно повертатися як у верхній головці шатуна, так і в бобишках поршня. Від осьового переміщення палець фіксується пружинними стопорними кільцями. Внаслідок наявності деякої свободи переміщення і можливості повертатися навколо своєї осі під час роботи плаваючий палець зношується менше і знос виходить більш рівномірним по його поверхні. При роботі на поршневий палець діють великі сили, змінні по величині і напряму, тому для його виготовлення використовують високоякісну вуглецеву або леговану сталь. Робочу поверхню пальця зазвичай цементують з подальшою термічною обробкою для додання їй більшій твердості.

Шатунова група включає шатун, втулки, вкладиші, болти (або шпильки) з гайками, елементи кріплення вкладишів і елементи шплінтовки гайок.

Шатун зв'язує коліно валу з поршнем в тронкових двигунах або з повзунами в крейцкопфних двигунах. При роботі шатун здійснює складний коливальний рух, і піддається змінною по величині і напряму навантаженню від тиску газів і сил інерції. Сили, що діють на шатун, викликають в нім складні деформації: стискування, розтягування, подовжній і поперечний вигини. Тому шатун має бути міцним і жорстким при можливо малій масі. Матеріалом для шатунів

зазвичай служить вуглецева або легована сталь, рідше – алюмінієвий сплав. Шатуни виготовляють переважно куванням в штампах з подальшою механічною і термічною обробкою.

Верхня головка шатуна, яка охоплює поршневий палець, зазвичай робиться нероз'ємної циліндрової форми. У неї запресовується бронзова втулка або вставляються сталеві вкладиші з тонким шаром антифрикційного сплаву, які є підшипником поршневого пальця. Стрижень шатуна, що сполучає його верхню і нижню головки, може бути різної форми перетину . Оскільки нижня головка завжди значно більше верхньої, поперечний перетин стрижня повинен поступово збільшуватися від верхньої головки до нижньої. У швидкохідних двигунах стрижень шатуна виготовляють переважно двотаврового перетину; в цьому випадку забезпечується найбільша жорсткість деталі в плоскості гойдання при найменшій масі. Для підведення оливи до підшипника поршневого пальця переважно по всій довжині стрижня висвердлюють отвір діаметром 6–8 мм.

Колінчастий вал належить до найбільш відповідальних, напружених і дорогих деталей двигуна. При роботі двигуна вал навантажується силами тиску газів, а також силами інерції рухомих зворотно-поступальний і деталей, що обертаються, що викликають значну напругу кручення і вигинисту напругу. Крім того, виникає напруга від крутильних коливань. Колінчасті вали виготовляють зазвичай з якісних вуглецевих або легованих сталей куванням або штампуванням. Застосовують також литі вали з високоміцного чавуну і сталі.

Колінчастий вал має корінні і шатунові шийки. Останні розташовані під певним кутом одна до іншої. Щоки вала виконано як одне ціле з противагами . У шатунових шийках є порожнини для додаткового відцентрового очищення оливи. Відносне розташування колін на валу повинне задовольняти вимогам рівномірності ходу і врівноваженості двигуна. Як правило, число корінних опор колінчастих валів двигунів на одну більше числа шатунових шийок.

2. Завдання для виконання лабораторної роботи:

Із листа варіантів вибрати марку двигуна і для нього:

1. Вказати розміщення і порядок роботи циліндрів двигуна.

2. По діаметру і ходу поршня обчислити літраж двигуна.

3. Скласти ескіз деталей поршневої групи (поршень, кільця, палець).

Зробити опис конструкції. Вказати:

Матеріали: поршня, кілець, пальця. Спосіб їх виготовлення.

Основні розміри: (можна показати на ескізі)

4. Ескіз деталей групи шатуна. Зробити опис конструкції. Вказати: матеріали і спосіб виготовлення, основні розміри (можна показати на ескізі).

5. Ескіз або схему колінвала. Зробити опис конструкції. Вказати: матеріали і спосіб виготовлення, основні розміри: діаметри шийок, їх довжину, радіус кривошипа, товщину щік (можна показати на ескізі).

3. Вихідні дані для роботи:

Із таблиці 2 вибираємо вихідні дані для роботи і заносимо в таблицю1:

Таблиця 1 Вихідні дані для роботи

Таблиця 2 Варіанти вихідних даних для роботи

Висновок:

Контрольні запитання:

1. Який склад і призначення групи поршня?

2. Які вимоги ставляться до групи поршня?

3. З яких конструктивних елементів складається поршень?

4. Які форми днища поршня використовуються в автомобільних двигунах?

5. З яких матеріалів виготовляють поршні?

6. Які види перерізів застосовуються в компресійних кільцях?

7. Які форми і конструкції оливознімних кілець?

8. Яке призначення, умови роботи і типи поршневих пальців?

9. Опишіть будову шатуна.

10. З яких матеріалів виготовляють шатуни?

11. Який склад і призначення групи колінвала?

12. Які вимоги ставляться до групи колінвала?

13. З яких конструктивних елементів складається колінвал?

14. Від чого залежать розміри колінвала?

15. Як класифікуються вали в залежності від розміщення корінних і шатунних

шийок?

16. Як здійснюється осьова фіксація колінвала?

17. Які конструктивні методи застосовуються для здільшення міцності колінвалів?

18. З яких матеріалів і якими способами виготовляють колінвали?

Джерела:

1. Ф.І. Абрамчук. Автомобільні двигуни-К.: Арістей. 2006.-476с. – С.38.

2. М.С. Ховах, Г.С. Маслов Автомобільні двигуни. –М.: Машиностроение. 1971.- С.72

3. Автомобильные двигатели: Курсовое проектирование: учебное пособие/М.Г.Шатров и др.

Под редакцией М.Г.Шатрова. – М.: Издательский центр «Академия», 2011 – 256 с.

Лабораторна робота № 4. Приклад оформлення звіту.

Тема:

Особливості будови основних деталей двигунів.

Мета заняття:

Поглибити знання особливостей будови деталей груп поршня, шатуна і колінвала сучасних двигунів.

Вихідні дані для роботи:

Із таблиці 2 вибираємо вихідні дані для роботи і заносимо в таблицю1:

Таблиця 1 Вихідні дані для роботи

Знаходимо в спеціальній літературі технічну характеристику двигуна ЯМЗ-236.

1. Розміщення і порядок роботи циліндрів двигуна.

Двигун ЯМЗ 236, котрий встановлювався на автомобілі МАЗ-500 є шестициліндровим V – подібним двигуном. Порядок роботи циліндрів:

1 – 4 - 2 – 5 – 3 - 6

2. По діаметру і ходу поршня обчислюємо літраж двигуна.

Діаметр циліндра : 130 мм. Хід поршня: 140 мм.

Літраж двигуна: Vh = πD²/4 · H · n = 3,14 · 1,3² / 4 · 1,4 · 6 = 11,14 л.

3. Складаємо ескіз деталей поршневої групи (поршень, кільця, палець).

Рис.1 Приклад ескізу деталей поршневої групи

Опис конструкції.

Поршень виготовлений способом литва з алюмінієвого сплаву з послідуючою механічною обробкою. В днищі є заглибина для камери згорання. Три канавки під поршневі кільця, дві верхні - під компресійні, нижня - під оливо знімне. У верхній канавці залито вставку із зносостійкого матеріалу. Також у поршні залита вставка з інвару для зменшення теплового розширювання.

Компресійні кільця – стальні, прямокутного перерізу, оливо знімне – чугунне.

Поршневий палець стальний, трубчатої форми з циліндричною поверхнею, виготовлений методом гарячого штампування з високолегованої сталі.

Основні розміри: показані на ескізі (рис.1).

4. Складаємо ескіз деталей групи шатуна.

Опис конструкції.

Верхня головка шатуна, яка охоплює поршневий палець - нероз'ємної циліндрової форми. У неї запресовується бронзова втулка , яка є підшипником поршневого пальця. Стрижень шатуна - двотаврового перетину; в цьому випадку забезпечується найбільша жорсткість деталі в плоскості гойдання при найменшій масі. Для підведення оливи до підшипника поршневого пальця по всій довжині стрижня просвердлено отвір діаметром 6 мм.

Нижня головка шатуна за умовами її монтажу, зроблена роз'ємною і має розміри, що дозволяють виймати поршень з шатуном через циліндр. Через значний діаметр шатунових шийок нижню головку шатуна виготовлено з косим роз'ємом для полегшення демонтажу шатуна через циліндр.

Матеріалом для шатунів служить вуглецева або легована сталь.. Шатуни виготовляють переважно куванням в штампах з подальшою механічною і термічною обробкою.

Основні розміри показано на ескізі (рис.2).

5. Складаємо ескіз колінвала.

Колінчастий вал має 4 корінні (7) і 3 шатунні (3) шийки, на кожній з яких кріпиться по 2 шатуни (рис.3). Шатунні шийки розташовані під кутом 120º одна до іншої. Щоки (8) вали виконано як одне ціле з противагами (4). У шатунових шийках є порожнини для додаткового відцентрового очищення масла.

Рис.2 Приклад ескізу деталей групи шатуна.

Колінчастий вал виготовлений з якісних вуглецевих або легованих сталей куванням або штампуванням.

Діаметр корінних шийок: 105 мм. довжина – 45 мм;

діаметр шатунних шийок:85 мм, довжина – 70 мм.

Радіус кривошипа становить 70 мм.

Товщина щік – 30 мм.

Рис.3 Приклад ескізу колінвала.

Висновок: конструкція, розміри і матеріали деталей груп поршня, шатуна і колінвала вибираються в залежності від потужності двигуна і повинні забезпечити надійну і безвідмовну його роботу.

Перелік посилань

1. Абрамчук Ф.І., Гутаревич Ю.Ф., Долганов К.Е., Тимченко І.І.

Автомобільні двигуни: Підручник. – К.: Арістей, 2006. – 476с

2. Автомобильные двигатели. Под редакцией М. С. Ховаха М.,

Машиностроение, 1977

3. Стуканов В.А. Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля:

Учебное пособие. - М.: Форум: ИНФРА - М, 2005. 368с

4. Тимченко, Ю.Ф. Гутаревич. Автомобільні двигуни. – Харків:

Основа. 1995. - 460 с.

5. Двигатели внутреннего сгорания (под ред. В.Н. Лукашова). - М.:

Высшая школа. 1985. - 311 с.

6. Ховах М.С, Маслов Г.С. Автомобильные двигатели. - М.: Машиностроение. 1988. - 456 с.

7. Автомобильные двигатели: Курсовое проектирование: учебное пособие/М.Г.Шатров и др. Под редакцией М.Г.Шатрова. – М.: Издательский центр «Академия», 2011 – 256 с.

Поиск по сайту: