Кривошипно-шатунный механизм

Буквально в каждом поршневом двигателе, установленном в автомобиле, тракторе, мотоблоке, применяется кривошипно- шатунный механизм. Они стоят и компрессорах для изготовления сжатого воздуха. Энергию расширяющихся газов, продуктов горения следующий порции рабочей смеси, кривошипный механизм видоизменяет во вращение рабочего вала, передаваемое на колеса, гусеницы или привод мотокосы. В компрессоре происходит обратное явление: энергия вращения приводного вала превращается в возможную энергию сжимаемого в рабочей камере воздуха или иного газа.

Устройство механизма

Первые кривошипные устройства были изобретены в Античности. На древнеримских лесопилках круговое движение водяного колеса, вращаемого речным течением, преобразовывалось в возвратно-поступательной движение полотна пилы. В античном мире большого распространения данные устройства не получили по следующим причинам:

• части сделанные из дерева быстро обнашивались и требовали постоянного ремонта либо замены;
• невольнический труд обходился доступнее высоких для того времени технологий.

В упрощенном виде кривошипно-шатунный механизм применялся с XVI столетия в сельских прялках. Движение педали преобразовывалось во вращение прядильного колеса и остальных частей устройства.

Разработанные в восемнадцатом веке паровые машины тоже применяли кривошипный механизм. Он располагался на ведущем колесе паровоза. Давление пара на поршневое днище преобразовывалось в возвратно- поступательное движение штока, соединенного с шатуном, шарнирно закрепленном на ведущем колесе. Шатун придавал колесу вращение. Данное устройство кривошипно-шатунного механизма было основой механического транспорта до первой трети 20 века.

Паровозная схема была улучшена в крейцкопфных моторах. Поршень в них жестко прикреплен к крейцкопфу- штоку, скользящему в направляющих взад и вперед. На конце штока закреплен шарнир, к нему присоединен шатун. Такая схема повышает масштаб рабочих движений, дает возможность даже сделать вторую камеру с другой стороны от поршня. Аналогичным образом каждое движение штока сопровождается рабочим тактом. Такая кинематика и динамика кривошипно-шатунного механизма дает возможность при тех же габаритах увеличить мощность. Крейцкопфы используются в больших неподвижных и корабельных дизельных установках.

Детали, составляющие кривошипно-шатунный механизм, разбивают на следующие типы:

К первым относятся:

• поршень;
• кольца;
• пальцы;
• шатун;
• маховик;
• коленвал;
• подшипники скольжения коленчатого вала.

К неподвижным деталям кривошипно-шатунного механизма относят:

• блок цилиндров;
• гильза;
• головка блока;
• спайдерные крепежи;
• картер;
• прочие второсортные детали.

Поршни, пальцы и кольца соединяют воедино в поршневую группу.

Любой компронент, так же как и полная кинематическая схема и рабочий принцип удостаиваются более детального рассмотрения

Блок цилиндров

Это одна из наиболее сложных по форме деталь мотора. На схематическом объемном чертеже видно, что в середине он пронизан 2-мя непересекающимися системами каналов для масляной подачи к точкам смазки и циркуляции охлаждающей жидкости. Он отливается из чугуна или сплавов легких металлов, имеет в себе места для запрессовки гильз цилиндра, спайдерные крепежи для подшипников коленчатого вала, пространство для маховика, систем смазки и охлаждения. К блоку подойдут отрезки трубы системы подачи топливной смеси и убирания выхлопных газов.

Снизу к блоку через непроницаемую прокладку фиксируется масляный картер- резервуар для смазки. В этом картере и происходит главная работа кривошипно- шатунного механизма, коротко КШМ.

Гильза должна держать большое давление в цилиндре. Его делают газы, появившиеся после сгорания топливной смеси. По этому и то место блока, куда гильзы запрессованы, должно держать высокие механические и термические нагрузки.

Гильзы в большинстве случаев делают из прочных сортов стали, реже — из чугуна. Во время работы мотора они изнашуются при кап. ремонте мотора можно заменить. Отличают две ключевых схемы их расположения:

• сухая, сторона внешная гильзы возвращает тепло материалу блока цилиндров;
• влажная, гильза омывается с наружной стороны охлаждающей жидкостью.

Другой вариант дает возможность развивать высокую мощность и переносить максимальные нагрузки.

Деталь из себя представляет стальную или алюминиевую отливку в виде перевернутого стакана. Скользя по стенкам цилиндра, он на себя принимает давление сгоревшей топливной смеси и воплощает его в линейное движение. Дальше через кривошипный узел она преобразуется во вращение коленчатого вала, а потом подается на сцепление и коробку передач и через кардан к колесам. Силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме, приводят ТС или стационарный механизм в движение.

Деталь делает такие функции:

• на такте впуска, двигаясь вниз (или по направлению от коленчатого вала, если цилиндр размещен не вертикально) на, он повышает объем рабочей камеры и делает в ней разрежение, затягивающее и одинаково распределяющее по объему следующую порцию рабочей смеси;
• на такте сжатия поршневая группа двигается вверх, сжимая рабочую смесь до нужной степени;
• дальше идет рабочий такт, деталь под давлением идет вниз, передавая импульс вращения коленчатому валу;
• на такте выпуска он опять идет вверх, вытесняя выхлопные газы в выхлопную систему.

На всех тактах, помимо рабочего, поршневая группа двигается за счёт коленчатого вала, забирая часть энергии его вращения. На одноцилиндровых двигателях для аккумуляции такой энергии служим большой и тяжелый маховик, на многоцилиндровые такты цилиндров сдвинуты во времени.

Конструктивно изделие делится на подобные части, как:

• дно, воспринимающее давление газов;
• уплотнение с канавками для поршневых колец;
• юбка, в которой закреплен палец.

Палец служит осью, на которой закреплено верхнее плечо шатуна.

Кольца поршня

Назначение и устройство поршневых колец обуславливается их ролью в работе кривошипных- устройств. Кольца делаются плоскими, они имеют разрез шириной в несколько десятых частей миллиметра. Их вставляют в проточенные для них кольцевые углубления на уплотнении.

Кольца выполняют такие функции:

• Уплотняют просвет между гильзой и стенками поршня.
• Предоставляют направление движения поршня.
• Охлаждают. Касаясь гильзы, компрессионные кольца отводят избыточное тепло от поршня, оберегая его от перегревания.
• Изолируют рабочую камеру от смазочных материалов в картере. С одной стороны, кольца задерживают капельки масла, разбрызгиваемые в картере ударами противовесов щек коленчатого вала, со второй, пропускают маленькое его кол-во для смазки цилиндрических стенок. За это отвечает нижнее, маслосъемное кольцо.

Мазать нужно и соединение поршня с шатуном.

Отсутствие смазки за считанные минуты приводит детали цилиндра в непригодность. Трущиеся части перегреваются и начинают разрушаться либо заклиниваются. Ремонт в данном случае предстоит сложный и дорогой.

Поршневые пальцы

Выполняют кинематическую связь поршня и шатуна. Изделие закреплено в поршневой юбке и служит осью подшипника скольжения. Детали могут выдержать высокие динамические нагрузки во время рабочего хода, а еще смены такта и обращения направления движения. Вытачивают их из высоколегированных термоустойчивых сплавов.

Отличают следующие типы конструкции пальцев:

• Фиксированные. Неподвижно фиксируются в юбке, крутится только обойма верхней части шатуна.
• Плавающие. Могут проворачиваться в собственных креплениях.

Плавающая конструкция используется в современных моторах, она уменьшает удельные нагрузки на элементы кривошипно- шатунной группы и повышает их ресурс.

Эта серьезный компонент кривошипно-шатунного механизма мотора сделан разборным, для того, чтобы можно было менять вкладыши подшипников в его обоймах. Подшипники скольжения применяются на низкооборотных двигателях, на высокооборотных устанавливают намного дорогие подшипники качения.

Собственным видом шатун напоминает накидной ключ. Для увеличения прочности и снижения массы поперечное сечение сделано в виде двутавровой балки.

Во время работы деталь испытует поперемено нагрузки продольного сжатия и растяжения. Для производства применяют отливки из легированной или высокоуглеродистой стали.

Коленчатый вал

Переустройство выполняет с помощь.

Из деталей кривошипно-шатунной группы коленчатый вал имеет наиболее непростую пространственную форму. Несколько коленчатых сочленений выносят оси вращения его сегментов в сторону от ключевой продольной оси. К этим вынесенным осям фиксируются находящиеся снизу обоймы шатунов. Физический смысл конструкции аналогичный, как и при закреплении оси шатуна на краю маховика. В коленчатого вала «ненужная», ненужная часть маховика изымается и заменяется противовесом. Это дает возможность значительно уменьшить массу и размеры изделия, увеличить максимально доступные обороты.

Весомые части, из которых состоит коленвал, такие:

• Шейки. Служат для крепежа вала в спайдерных крепежах картера и шатунов на валу. Первые называют коренными, вторые — шатунными.
• Щеки. Образовывают колена, давшие узлу собственное название. Вращаясь вокруг продольной оси и толкаемые шатунами, преобразуют энергию продольного движения поршневой группы во вращательную энергию коленчатого вала.
• Фронтальная выходная часть. На ней размещен шкив, от которого цепным или ременным приводом крутятся валы добавочных систем мотора- охлаждения, смазки, распределительного механизма, генератора.
• Главная выходная часть. Передает энергию трансмиссии и дальше — колесам.

Внешняя часть щек, выступал за ось вращения коленчатого вала, служит противовесом для ключевой их части и шатунных шеек. Это дает возможность динамически уравновесит вращающуюся с высокой скоростью конструкцию, избежав губительных вибрации в рабочий период.

Для производства коленвалов применяются отливки из легких очень прочных чугунов либо горячие штамповки (поковки) из упрочненных сортов стали.

Картер мотора

Служит конструктивной основой всего мотора, к нему фиксируются все другие детали. От него отходят наружные спайдерные крепежи, на них весь аппарат прикреплен к кузову. К картеру фиксируется трансмиссия, передающая от мотора к колесам вращающий момент. В современных конструкциях картер выполняется единой деталью с блоком цилиндров. В его пространственных рамках и происходит главная работа узлов, механизмов и деталей мотора. Снизу к картеру фиксируется поддон для хранения масла для смазки подвижных частей.

Рабочий принцип кривошипно-шатунного механизма

Рабочий принцип кривошипно — шатунного механизма не преобразился за последние три века.

Во время рабочего такта воспламенившаяся в конце такта сжатия рабочая смесь быстро горит, газообразные, жидкие и твердые вещества расширяются и толкают поршень вниз. Он толкает шатун, тот упирается в нижнюю ось, разнесенную в пространстве с главной продольной осью. В результате под воздействием приложенных по касательной сил коленвал проворачивается на четверть оборота в четырехтактных двигателях и на пол-оборота в двухтактных. аналогичным образом продольное движение поршня превращается во вращение вала.

Расчет кривошипно-шатунного механизма просит отличных знаний прикладной механики, кинематики, сопротивления материалов. Его поручают самым опытным инженерам.

Поломки, появляющиеся во время работы КШМ и их причины

Перебои в работе могут случиться в различных элементах кривошипно-шатунной группы. Сложность конструкции и комбинирования показателей шатунных механизмов двигателей заставляет очень тщательно относить к их расчету, изготовлению и эксплуатации.

Очень часто к поломкам приводит несоблюдение рабочих режимов и техобслуживания мотора. Низкокачественная смазка, загрязнение каналов масляной подачи, несвоевременная замена или пополнение запаса масла в картере до поставленного уровня- все данные причины приводят к очень высокому трению, перегреву деталей, возникновению на их рабочих поверхностях задиров, потертостей и царапин. При каждой замене масла обязательно необходимо менять фильтр масляного типа. В согласии с регламентом обслуживания также необходимо менять топливные и воздушные фильтры.

Нарушение работы системы охлаждения также вызывает термической деформации деталей аж до их заклинивания или разрушения. Особенно восприимчивы к качеству смазки моторы на дизеле.

Поломки в системе зажигания также приводят к возникновению нагара на поршне и п\его кольцах Закоксовывание колец вызывает снижение компрессии и повреждение цилиндрических стенок.

Бывает также, что основой неполадки становятся плохие либо фальсифицированные детали или материалы, примененные при техобслуживании. Желательно покупать их у официальных дилеров или в хороших магазинах, заботящихся о собственной репутации.

Список поломок КШМ

Самыми популярными неисправностями механизма считаются:

• износ и разрушение шатунных и коренных шеек коленчатого вала;
• стачивание, выкрашивание или плавление вкладышей подшипников скольжения;
• засорение нагаром сгорания поршневых колец;
• перегрев и неполадка колец;
• накопление нагара на поршневом дно приводит к его перегреву и допустимому разрушению;
• долговременная работа мотора с детонационными эффектами вызывает прогорание днища поршня.

Комбинирование данных поломок со сбоем в смазочной системе может вызвать перекос поршней в цилиндрах и заклинивание мотора. Удаление этих всех неполадок связано демонтажом мотора и его частичной или полной разборкой.

Ремонт занимает очень много времени и обходится дорого, по этому лучше выявлять перебои в работе на ранней стадии и вовремя убирать поломки.

Признаки наличия поломок в работе КШМ

Для своевременного обнаружения сбоев и начинающих формироваться отрицательных процессов в кривошипно- шатунной группе желательно знать из внешних признаков:

• Стуки в двигателе, непривычные звуки при разгоне. Звенящие звуки часто бывают вызваны детонационными явлениями. Неполное сгорание топлива во время рабочего такта и взрывообразное его сгорание на такте выпуска приводят к скоплению нагара на кольцах и дно поршня, к ухудшению условий их охлаждения и разрушению. Нужно залить хорошее горючее и проверит рабочие параметры системы зажигания на стенде.
• Глухие стуки говорят об износе шеек коленчатого вала. В данном случае следует остановить эксплуатацию, зашлифовать шейки и заменить вкладыши на намного толстые из ремонтного комплекта.
• «Поющий» на высокой звонко ноте звук указывает на возможное начало плавления вкладышей или на нехватку масла при повышении оборотов. Также необходимо немедленно ехать в сервис.
• Сизые клубы дыма из выхлопного отрезка трубы говорят о избытке масла в рабочей камере. Необходимо проверить состояние колец и если понадобится заменить их.
• Уменьшение мощности также может вызываться закоксовыванием колец и снижением компрессии.

При нахождении данных тревожных симптомов не откладывайте визит в гарантийный центр. Заклиненный мотор обойдется значительно дороже, и по деньгам, и по расходам времени.

Обслуживание КШМ

Чтобы не повредить детали КШМ, требуется соблюдать все требования производителя по обслуживанию время от времени и регулярному осмотру автомобиля.

Уровень масла, особенно на не новом автомобиле, необходимо проверить каждодневно перед выездом. Занимает это меньше минуты, а может сэкономить месяцы ожидания при серьезной неисправности.

Горючее необходимо заливать исключительно с проверенных АЗС популярных брендов, не прельщаясь двухрублевой разницей в цене.

При нахождении вышеперечисленных тревожных симптомов необходимо без промедлений ехать на СТО.

Не стоит собственными силами, по роликам из Сети, пытаться растачивать цилиндры, снимать нагар с колец и исполнять прочие непростые работы по ремонту. Если нет у вас многолетнего навыка подобной работы- лучше всего воспользоваться услугами профессионалов. Самостоятельная установка шатунного механизма после ремонтных работ- очень непростая операция.

Использовать разные патентованные средства «для изменения нагара на стенках цилиндров», «для раскоксовывания» умно только тогда, когда вы точно уверены и в диагнозе, и в лекарстве.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.