Лекция 5
Механизмы поршневых двигателей
Введение
1 Назначение и классификация КШМ
2 Общее устройство и работа КШМ
3 Назначение и устройство узлов и деталей КШМ
4 Назначение и классификация ГРМ
5 Общее устройство и работа ГРМ
6 Назначение и устройство узлов и деталей ГРМ
7 Требования к техническому состоянию механизмов
8 Конструкции современных механизмов
Введение
Поршневой ДВС включает в себя два механизма: кривошипно-шатунный механизм (КШМ) и газораспределительный механизм (ГРМ). Они преобразуют один вид движения ведущих деталей в другой вид движения ведомых деталей. В частности, КШМ - поступательное движение поршня преобразует во вращательное движение коленчатого вала, а ГРМ - вращательное движение распределительного вала в поступательное движение клапана
1 Назначение и классификация кшм
Изменяет поступательное движение поршня под действием энергии газов от сгоревшего топлива во вращательное движение вала во время рабочего хода и вращательное движение вала в поступательное движение поршня во время подготовительных ходов (тактов). Классификация КШМ по различным признакам приведена на рисунке 1, а схемы их компоновок – на рисунке 2.
Рисунок 1 – Типы кривошипно-шатунных механизмов
а – однорядная вертикальная; б – однорядная под углом α; в – двухрядная V-образная под углом β; г – двухрядная (аксиальная); 1 – цилиндры
Рисунок 2 – Схемы компоновки КШМ двигателей
2 Общее устройство и работа кшм
КШМ (рисунок 3) состоит из двух групп деталей: неподвижных и подвижных. К неподвижным относятся: блок цилиндров и головки блока, выполненные путем отливки из чугуна или алюминиевого сплава. В блок могут устанавливаться гильзы, что повышает срок службы наиболее сложной и дорогой детали ДВС – блока. К подвижным деталям относятся: поршни, поршневые пальцы и кольца, шатуны и их подшипники, коленчатый вал и маховик. При работе КШМ давление газов в камере сгорания передается через поршень и шатун на коленчатый вал, который вращается.
1,6 – крышки; 2 – опора; 3,9 – полости; 4,5 – прокладки; 7 – горловина; 8 – головка цилиндров; 10 – картер; 11 – блок цилиндров; 12,13,14,15 и 16 – приливы; 17,33 – отверстия; 18,19 – поршневые кольца; 20 – бобышка; 21 – канавки; 22 – головка; 23 – днище; 24 – поршень; 25 – юбка; 26 – поршневой палец; 27 – шатун; 28,30 – головки; 29 – стержень; 31,42 – болты; 32,44 – вкладыши; 34 – коленчатый вал; 35,40 – концы; 36,38 – шейки; 37 – щека; 39 – противовес; 41 – шайба; 43 – маховик; 45 – полукольцо
Рисунок 3 – Кривошипно-шатунный механизм двигателей легковых автомобилей
3 Назначение и устройство узлов и деталей кшм
Базовая деталь ДВС, блок (рисунок 4), является основой двигателя, на которую монтируются все остальные детали, узлы, механизмы и системы. Внутри блок имеет отверстия для установки поршней и гильз (рисунок 5). Многочисленные каналы и отверстия служат для циркуляции охлаждающей жидкости и масла, установки деталей (коленчатого вала и др.), и их крепления (головки блока и др.).
а – общий вид; б – вид сзади; 1 – блок картер; 2 – гнездо для коренного подшипника; 3 – отверстие под подшипник распределительного вала; 4 – каналы охлаждающей жидкости; 5 – вставные гильзы цилиндров; 6 – корпус блока цилиндров; 7 – картер блока; 8 – рубашка (полость) охлаждения
Рисунок 4 – Блок цилиндров V-образного двигателя
а – с короткой «сухой» вставкой; б – с «сухой» гильзой; в, г, д – с «мокрыми» гильзами; 1 – блок; 2 – рубашка охлаждения; 3 – «сухая» вставка; 4 – прокладка; 5 – «сухая» гильза; 6 – бурт; 7 – сменная «мокрая» гильза; 8 – резиновое кольцо; 9 – медная прокладка
Рисунок 5 – Схемы цилиндров двигателей
Головка (рисунок 6) закрывает цилиндры и образует камеры сгорания. В ней имеются многочисленные каналы и отверстия для циркуляции охлаждающей жидкости и масла, установки деталей (распределительный вал, клапана и др.), и их крепления (головки блока и др.).
а – вид со стороны камеры сгорания; б – вид со стороны коромысел; 1 – камеры сгорания; 2 – сёдла выпускных клапанов; 3 – отверстия для свечей зажигания; 4 – сёдла впускных клапанов; 5 – каналы для циркуляции охлаждающей жидкости; 6 – каналы для подвода горючей смеси; 7 – каналы для отвода отработавших газов; 8 – свечи зажигания; 9 – болты крепления головки
Рисунок 6 – Головка цилиндров двигателя
Поршни (рисунок 7) воспринимают давление газов и передают движение к последующим деталям..
а – карбюраторных двигателей; б – дизелей КамАЗ; в – дизелей ЯМЗ; 1 – холодильник; 2 – бобышка; 3 – поршневые кольца; 4 – метка для установки поршня; 5 – днище; 6 – уплотняющая часть; 7 – юбка поршня; 8 – поршневой палец
Рисунок 7 – Поршни
Для уплотнения сопряжения поршень-гильза на поршни устанавливают компрессионные кольца (рисунок 8), а для снятия масла с поверхности гильзы- маслосъемные кольца
а – типы поршневых колец; б – расположение колец на поршне; 1 – прорези для прохода масла; 2 – верхние компрессионные кольца; 3 – маслосъёмное кольцо; 4 – кольцевые диски составного кольца; 5,6 – соответственно осевой и радиальный расширители; 7 – нижнее компрессионное кольцо; 8 – чугунная вставка; 9 – внутренние выточки компрессионных колец
Рисунок 8 – Поршневые кольца
К деталям шатунной группы (рисунки 9, 9а) относится шатун и его подшипники, а так же поршневой палец, соединяющий шатун с поршнем.
1 – бобышки; 2 – поршень; 3 – «сухая» вставка гильзы цилиндров; 4 – отверстие в шатуне; 5 – гайка; 6 – шплинт; 7 – крышка; 8 – нижняя головка шатуна; 9 – болт; 10 – стопорное кольцо; 11 – поршневой палец; 12 – верхняя головка шатуна; 13 – втулка; 14 – стержень шатуна; 15 – тонкостенные стальные вкладыши; 16 – выступы (усики)
Рисунок 9 – Шатунно-поршневая группа
Рисунок 9а- Кривошипная головка шатуна с косым разъемом и фиксацией треугольными шлицами (а), буртиками (б) и фиксирующими штифтами (в)
Коленчатый вал (рисунки 10, 10а) с подшипниками и маховиком воспринимает усилие от шатунов и получает вращательное движение, передаваемое далее на трансмиссию.
1 – шкив; 2 – храповик; 3 – маслоотражатель; 4 – упорная шайба; 5 – упорное кольцо; 6 – вкладыш коренного подшипника; 7 – шатунная шейка; 8 – коренная шейка; 9 – щека; 10 – канал для подвода масла; 11 – шатун; 12 – поршень; 13 – сливные (дренажные) отверстия; 14 – маслосбрасывающий гребень; 15 – маслоотгонная канавка; 16 – зубчатый венец маховика; 17 – шарикоподшипник; 18 – сальник; 19 – фланец; 20 – болт; 21 – маховик; 22 – резиновая прокладка; 23 – деревянные уплотнители; 24 – крышка подшипника; 25 – масляная полость; 26 – заглушка; 27 – выступ; 28 – слой антифрикционного покрытия; 29 – противовес; 30 – шестерня газораспределения; 31 – передний конец коленчатого вала
Рисунок 10 – Коленчатый вал с маховиком
Рисунок 10а- Осевая фиксация коленчатого вала: а — вкладышами с буртиками; б — упорными кольцами; в — упорным шарикоподшипником