Реферат: Двигатели внутреннего сгорания
Практическая работа № 2
1.Тема:Ознакомление с устройством кривошипно-шатунного механизма
2. Цель работы: Ознакомление с устройством деталей кривошипно-шатунногомеханизма двигателя.
3. Содержаниеработы.
1. Изучениеконструкции деталей кривошипно-шатунного механизма двигателя.
2.Ознакомление с размером монтажных зазоров между юбкой поршня и цилиндром,поршневым пальцем и верхней головкой шатуна, поршневым пальцем и бобышкойпоршня.
Оборудование,приспособления и инструмент.
Рабочее местодолжно быть оснащено стендом с разрезным двигателем, комплектом деталейкривошипно-шатунного механизма и плакатами.
Последовательностьвыполнения работы.
1. Ознакомитьсяс общим устройством кривошипно-шатунного механизма, с расположением его деталейв блок-цилиндре и их креплением.
2.Рассмотреть конструкцию элементов поршня: днища, уплотняющей части инаправляющей части.
3.Рассмотреть конструкцию поршневого пальца и установить тип сопряжения его споршнем.
4.Рассмотреть конструкцию поршневых колец.
5.Рассмотреть конструкцию элементов шатуна: верхней головки, стержня, нижнейголовки, вкладышей, шатунных болтов.
6.Рассмотреть конструкцию элементов коленчатого вала: носка (передний конец),коренных и шатунных шеек, щек с противовесами и хвостовика.
7.Рассмотреть конструкцию маховика. Установить способ его крепления к заднемуконцу коленчатого вала.
8.Рассмотреть конструкцию блок-цилиндра. Установить места крепления генератора,стартера, насосов, фильтров и других агрегатов.
9.Рассмотреть конструкцию головки цилиндров.
10.Рассмотреть конструкцию гильз цилиндров.
4.1. Коленчатый вал и маховик
Коленчатыйвал предназначен для восприятия усилий от шатунов и передачи крутящего моментачерез механизмы трансмиссии к ведущим колесам.
В процессеработы коленчатый вал воспринимает периодические нагрузки от сил давления и отсил инерции поступательно движущихся и вращающихся масс. Поэтому коленчатый валдолжен обладать высокой прочностью, жесткостью износостойкостью трущихсяповерхностей (шеек) при относительно малой массе.
Коленчатыйвал состоит из следующих основных элементов: носка (передний конец), коренныхшеек, шатунных шеек, щек с противовесами и хвостовика (задний конец).
На носкеколенчатого вала устанавливают маслоотражательное устройство, шестернюгазораспределения, шкив привода вентилятора, храповик для запуска двигателя спомощью рукоятки и иногда гаситель крутильных колебаний.
Коренныешейки являются опорами вала, они опираются на коренные подшипники,установленные в блок-картере. Коренные шейки выполняют обычно все одинаковогодиаметра. Последняя коренная шейка или средняя имеет буртики для фиксацииколенчатого вала от осевых перемещений. В дизелях, работающих с высокимидавлениями сгорания, коленчатые валы обычно имеют число коренных шеек на однубольше числа шатунных шеек, т. е. илы изготовляют полноопорными.
Шатунныешейки служат для соединения вала с нижними головками шатунов. Они, как правило,имеют меньший диаметр, чем коренные шейки, и выполняются полыми.
Щекиколенчатого вала соединяют вместе коренные и шатунные шейки. Их изготовляютпрямоугольной, эллиптической и круглой форм. Щеки валов автотракторныхдвигателей чаще всего выполняют эллиптической формы, обеспечивающей высокуюжесткость при изгибе и кручении. Переходы (галтели) от щек к шейкам выполняют сбольшим радиусом закруглений для уменьшения концентрации напряжений.
Противовесыпредназначены для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил инерции.Их изготовляют заодно со щеками, они имеют обычно форму неполного сектора илисегмента.
Хвостовикколенчатого вала имеет фланец, к которому крепят маховик. Уплотнение заднегоконца коленчатого вала достанется применением маслоотражательных колец вместе сфетровыми или резиновыми сальниками и лабиринтовой винтовой нарезкой.
Для подводамасла к коренным и шатунным подшипникам в коленчатом валу делают сверления.
Коренныеподшипники, прилегающие к коренным шейкам, выполняют преимущественно скользящими.В качестве подшипников используют тонкостенные вкладыши, которые по устройствуподобны шатунным и внутри покрыты тем же антифрикционным металлом, что ишатунные. В верхней половине вкладыша имеется отверстие для подвода масла.Верхние вкладыши устанавливают в гнезда поперечных перегородок блок-картера, анижние — в съемные крышки.
Коленчатыевалы изготовляют ковкой или литьем. Материал для валов, изготовленных ковкой, —высококачественные среднеуглеродистые или легированные стали, для литых валов —легированные чугуны.
4.2. Маховик служит для обеспеченияравномерного вращения коленчатого вала, для вывода поршней из мертвых точек идля облегчения пуска двигателя. Маховик представляет собой чугунный диск сободом, который крепят к фланцу коленчатого вала с помощью болтов. На ободмаховика напрессовывают стальной зубчатый венец для пуска двигателя отэлектростартера или пускового двигателя.
Коленчатыйвал в сборе с маховиком подвергают балансировке.
4.3.Блок-картер, поддон картера и гильзы цилиндров
Блок-картер в однорядных и У-образныхавтотракторных двигателях с жидкостным охлаждением представляет собой отливкукоробчатой формы, верхняя часть которой образует блок цилиндров, а нижняя —верхнюю часть картера коленчатого вала. Блок-картер при работе двигателявоспринимает большие нагрузки от сил давления газов и сил инерции движущихсямасс, поэтому он должен обладать повышенной жесткостью и малой массой.Жесткость блок-картера повышают путем постановки перегородок и оребрениявнутренней поверхности и понижения плоскости крепления поддона картераотносительно оси коленчатого вала.
Блок-картерпредставляет собой отлитую из серого чугуна жесткую монолитную коробку, ккоторой крепят и в которой размещены различные механизмы, агрегаты и отдельныедетали. Верхняя часть отливки является блоком цилиндров, а нижняя — картером. Кверхней обработанной плоскости блок-картера на шпильках крепят головкуцилиндров, к обработанной части передней торцовой плоскости блок-картера — крышку распределительных шестерен, а к задней — картер маховика. В стенкахблок-картера расположены каналы для подвода масла к трущимся поверхностямдеталей и отверстия для установки подшипников распределительного вала. Нанаружных поверхностях стенок блок-картера имеются обработанные площадки длякрепления различных механизмов и агрегатов.
В верхнейчасти блок-картера предусмотрены вертикальные расточки цилиндров, в которыевставляют гильзы цилиндров. Пространство между внутренними стенкамиблок-картера и наружной поверхностью цилиндра (гильзы) называют водянойрубашкой, оно заполнено охлаждающей жидкостью. Водяная рубашка блок-картерасоединена с водяной рубашкой головки цилиндра посредством водопропускныхотверстий. Нижняя часть блок-картера имеет поперечные перегородки, количествокоторых равно числу коренных опор коленчатого вала. В каждой перегородкерасположены гнезда коренных подшипников коленчатого вала. К нижней обработаннойплоскости крепят поддон картера. Материалом для изготовления блок-картеровслужат серый и легированный чугуны и алюминиевые сплавы. Блок-картерыдвигателей могут быть гильзованными и негильзованными. У автотракторныхдвигателей блок-картеры выполняют со вставными гильзами.
4.4. В поддон картера предназначен для предохранения механизмов и агрегатовдвигателя снизу от попадания в них пыли и грязи и служит резервуаром для масла.Поддон в автомобильных двигателях, как правило, штампуется из листовой стали, ав тракторных двигателях поддоны изготовляют как литые, так и штампованные.Поддон имеет маслосливной штуцер и трубку для масломерной линейки. Его крепят кблок-картеру болтами или шпильками. Уплотнение между блок-картером и поддономдостигается установкой прокладки из пробки или паронита.
Гильзыцилиндров представляют собой тонкостенные пустотелые цилиндры с тщательно отполированнойрабочей поверхностью. Рабочую поверхность гильзы цилиндра, по которойперемещается поршень с кольцами, называют зеркалом цилиндра. В зависимости отспособа установки в блок-картере гильзы цилиндров делят на мокрые и сухие.Гильзы, непосредственно омываемые снаружи охлаждающей жидкостью, называют мокрыми,а гильзы, не омываемые охлаждающей жидкостью и установленные в предварительнорасточенные цилиндры блок-картера, — сухими.
Наибольшеераспространение имеют мокрые гильзы, так как они обеспечивают лучшуютеплоотдачу охлаждающей жидкости. Мокрая гильза в верхней части имеетобработанный буртик, которым она входит в кольцевую выточку блока. На наружнойцилиндрической поверхности гильзы расположены верхний и нижний посадочныепояса, которыми она плотно входит в центрирующие отверстия блок-картера. Междугильзой и пенками блок-картера образуется водяная рубашка, по которойциркулирует охлаждающая жидкость. Уплотнение нижней части гильзы отпросачивания охлаждающей жидкости достигается резиновыми кольцами, верхнейчасти — буртиком и прокладкой. Для уменьшения износа гильзы в ее верхнюю частьзапрессовывают короткую вставку из
специальногоантикоррозионного чугуна (двигатели ЗИЛ-130, ГАЗ-53 и др.).
Материаломдля изготовления гильз служит кислотоупорный высоколегированный чугун.
4.5 Головка цилиндров
Головкацилиндров вместе с поршнями и стенками цилиндров образует замкнутоепространство, в котором совершается рабочий цикл двигателя. Головка цилиндровпри работе двигателя воспринимает механические нагрузки от сил давления газов итепловые нагрузки от нагрева стенок горячими газами, поэтому она должнаобладать высокой прочностью и жесткостью при относительно малой массе.
Конструкцияголовки цилиндров зависит от формы камеры сгорания, числа и расположения клапанов,свечей зажигания, форсунок, впускных и выпускных каналов и системы охлаждения.Головка цилиндров двигателей с жидкостным охлаждением имеет сложную форму исостоит из следующих элементов: камеры сгорания, гнезд для впускных и выпускныхклапанов, впускных и выпускных каналов, стенок и полостей для охлаждающейжидкости и наклонных отверстий для форсунок.
Форма камерысгорания в головке цилиндров оказывает существенное влияние на рабочий циклдвигателя. В карбюраторных двигателях при верхнем расположении клапанов широкиераспространение получили полусферическая камера с двусторонним размещениемклапанов и клиновая с односторонним расположением клапанов.
В дизелях снеразделенными камерами с непосредственным впрыском топлива камеры сгоранияимеют простые формы и размещаются в поршне. Головки цилиндров дизелей свихрекамерным смесеобразованием более сложные, у них камера сгорания состоит издвух частей! верхнюю часть камеры отливают заодно с головкой, а нижнюю частьизготовляют из жароупорной стали и вставляют со стороны опорной плоскостиголовки. Головки цилиндров отливают из легированного чугуна или алюминиевогосплава.
Преимуществоголовки цилиндров, отлитых из алюминиевых сплавов, по сравнению с чугунными —меньшая масса и более высокая теплопроводность, что позволяет несколькоповысить степень сжатия. Чтобы предотвратить прорыв газов между головкойцилиндров и блок-картером, устанавливают стаде" или медно-асбестовыепрокладки толщиной 1,4—2,0 мм.
4.6. Поршни, поршневые кольца и пальцы
Поршеньпредназначен, для восприятия сил давления газов и передачи их через поршневойпалец и шатун коленчатому валу и для отвода теплоты в стенки цилиндра. Впроцессе работы двигателя поршень воспринимает механические нагрузки от силтления газов и сил инерции движущихся масс, а также тепловые нагрузки отнагрева днища горячими газами. Поэтому поршень должен обладать необходимойпрочностью и жесткостью при минимальной массе, повышенной износоустойчивостьютрущихся поверхностей, высокой теплопроводностью, хорошим отводом теплоты отднища поршня в стенки цилиндра.
Поршень имеетформу стакана и состоит из днища, уплотняющей и направляющей частей или юбки.Днище вместе с уплотняющей частью составляет головку поршня. Днище поршняобразует с внутренней поверхностью головки цилиндров камеру сгорания ивоспринимает давление газов. Днище поршня наполняется плоским, выпуклым,вогнутым или фасонным в зависимости от формы камеры сгорания, степени сжатия,способа смесеобразования, расположения клапанов, расположения форсунок и отдругих факторов. У большинства четырехтактных карбюраторных двигателейприменяют днище поршня плоское. Оно имеет минимальную поверхность нагрева ипросто в изготовлении. У дизелей большое распространение получили днища сполостями. Для увеличения прочности и лучшего отвода теплоты днище поршня свнутренней стороны снабжают ребрами.
Науплотняющей части поршня расположены кольцевые канавки и для поршневых колец. Вканавки устанавливают компрессионные и маслосъемные кольца. В канавкахмаслосъемных колец расположены сквозные отверстия для отвода излишков масла вподдон картер. Юбка поршня служит для направления его движения в цилиндре и дляпередачи пальца зависит от типа сопряжений пальца с поршнем и шатуном. По этомупризнаку различают: палец, вращающийся в бобышках поршня и закрепленный вголовке шатуна;
палец,свободно вращающийся как в головке шатуна, так и в бобышках поршня. Палец,свободно вращающийся в головке шатуна и в бобышках, называют плавающим. Широкоераспространение в двигателях получили плавающие поршневые пальцы. Преимуществоплавающего пальца — незначительный и равномерный износ Как по длине, так и поокружности благодаря меньшей относительной скорости скольжения, а недостатокего -свободное перемещение в осевом направлении. От осевых перемещений плавающиепальцы удерживаются пружинящими кольцами круглого сечения, вставленными вбобышки поршня, или заглушками, изготовленными из алюминиевого или магниевогоСплава. Материалом для изготовления пальцев служат малоуглеродистыецементируемые и легированные цементируемые стали.
4.7.Шатуны
Шатун служитдля соединения поршня с коленом вала и для передачи усилия от поршня тколенчатому валу. Шатун при работе двигателя совершает сложное качательноедвижение и подвергается воздействию переменной по величине и направлениюнагрузке от давления газов и сил инерции. Поэтому шатун должен обладать высокойпрочностью и жесткостью при относительно малой массе, высокой износостойкостьюи плавностью переходов от стержня шатуна к его головкам.
Шатун состоитиз верхней головки, стержня и нижней головки. Конструкция верхней (поршневой)головки зависит от способа крепления поршневого пальца и условий его смазки.При плавающем пальце верхнюю головку выполняют не разъемной и в неезапрессовывают бронзовую втулку, которая служит подшипником поршневого пальца.Смазка к бронзовой втулке подводится под давлением от шатунной шейкиколенвалала по каналу в стержне шатуна или разбрызгиванием через отверстия вверхней головке.
Стерженьшатуна имеет двутавровое сечение, что обеспечивает ему необходимую прочность ижесткость при относительно малой массе. Нижнюю (кривошипную) головку обычновыполняют разъемной. Разъем головки осуществляется в плоскости оси шатуннойшейки. Съемную часть нижней головки называют крышкой. Крышку крепят к телу шатуна,двумя шатунными болтами, гайки которых от отворачивания фиксируются шплинтами.Чтобы придать большую жесткость, крышки головок выполняют с ребрами и
приливами. Отсмещений в поперечном направлении крышка фиксируется выступами в ней или телешатуна, треугольными шлицами в плоскости стыка или призонными болтами.
При большихразмерах нижней головки, когда шатун не проходит через цилиндр (верх),плоскость разъема головки располагается под углами 30, 45 и 60° к продольнойоси стержня шатуна. Для двухрядных У-образных автотракторных двигателейприменяют, как правило, шатуны с последовательным расположением их на однойшейке вала. Их конструкция ничем не отличается от ранее описанной.
В нижнейголовке шатунов устанавливают подшипники скольжения, представляющие собойвзаимозаменяемые тонкостенные биметаллические вкладыши, изготовленные изстальной ленты толщиной 1—3 мм, покрытой антифрикционным сплавом. Тонкостенныевкладыши от проворачивания и осевых перемещений удерживаются усиками, входящими в канавки шатуна и его нижней крышки. Вкладыши устанавливают в нижнюю головкус натягом, величина которого зависит от диаметра шатунной шейки и составляет0,03—0,04 мм.
Шатуныизготовляют штамповкой из углеродистой или легированной стали. В качествеантифрикционного материала вкладышей подшипников карбюраторных двигателейприменяют свинцовые и оловянистые баббиты, алюминиевые сплавы АСМ-НАТИ, а длядизелей — свинцовистую бронзу БрС-30 или сплав из алюминия, сурьмы и магния(АСМ).бокового усилия от шатуна на стенку цилиндра. Юбка поршня имеет бобышки сотверстиями для установки поршневого пальца. Изготовляют юбку поршня большегодиаметра, чем днище, так как она во время работы двигателя меньше нагревается, а,следовательно, и меньше расширяется. Чтобы уменьшить передачу теплоты отголовки поршня к юбке, в поршнях карбюраторных двигателей иногда делают прорезьпо части окружности между головкой и юбкой. Для нормальной работы поршня безстуков и заеданий % свободного перемещения его в холодном и нагретом цилиндре,необходимо иметь
/>
минимальныйзазор между юбкой и стенкой цилиндра. Чтобы получить минимальный зазор, юбкипоршня выполняют эллиптической или конической формы с уменьшением диаметра,кверху Я разрезные. Для грузовых автомобилей и тракторов в основном применяютпоршни, у которых юбка имеет эллиптическую форму,
Материаломдля изготовления поршней служат алюминиевые сплавы и иногда чугун. Преимуществопоршней, изготовленных из алюминиевых сплавов, по сравнению с чугунными —меньшая масса и более высокая теплопроводность (в 3—4 раза выше).
Поршни изалюминиевых сплавов изготовляют в основном отливкой. Чтобы сократить периодприработки поршня с цилиндром, боковую поверхность поршня покрывают тонкимслоем (0,002—0,006 мм) олова.
Поршневые кольца по назначению разделяют на компрессионные (уплотнительные) имаслосъемные (масло отбрасывающие).
Компрессионныекольца предназначены для уплотнения зазора между поршнем и цилиндром от прорывагазов из камеры сгорания в поддон картера и для отвода теплоты от головкипоршня к стенкам цилиндра. Уплотняющее действие компрессионных колец основанона создании ими в зазоре между поршнем и цилиндром лабиринта. Поршникарбюраторных двигателей имеют два-три компрессионных кольца, а поршни дизелейвследствие более высоких давлений в камере сгорания — три-четыре кольца.
Конструкциякомпрессионных колец определяется формой поперечного сечения и формой их замка.Форма сечения колец может быть прямоугольной и трапецеидальной. В автотракторных двигателях применяют также иные кольца с выемкой повнутреннему диаметру, которые лучше прирабатываются к зеркалу цилиндра и меньшепригорают, чем прямоугольные. Замок кольца выполняют прямым или Косым. Наиболеешироко применяются кольца с прямыми замками, которые просты в изготовлении инадежны в работе. Чтобы предотвратить прорыв газов через замки, последниерасполагают под углом 90—120° относительно друг друга.
Маслосъемныекольца служат для удаления со стенок цилиндра излишков масла и направления их вкартер с целью предотвращения попадания в камеру сгорания. Маслосъемные кольцавыполняют различной формы. Наиболее широко применяются конические, скребковые исоставные маслосъемные кольца. Составное маслосъемное кольцо имеет два кольцевыхдиска и два расширителя — осевой и радиальный. При перемещении поршня внизИзлишки масла со стенок цилиндра снимаются кромками маслосъемных колец и черезщели в кольце и отверстия в поршне отводятся в поддон картера.
Поршнидвигателей обычно имеют одно-два маслосъемных кольца, которые устанавливают илинепосредственно под компрессионными кольцами, или одно кольцо помещают в нижнейчасти юбки поршня. Материалом для изготовления колец служат серый чугун, стальи легированные чугуны. Чтобы повысить износостойкость и ускорить приработку,рабочую поверхность верхнего компрессионного кольца покрывают пористым хромом(толщина 0,1—0,14 мм), а трущиеся поверхности остальных колец — слоем олова(толщиной 0,005—0,01 мм).
/>
Поршневойпалец служит для шарнирного соединения поршня с шатуном. Палец при работевоспринимает большие нагрузки от давления газов и сил инерции движущихся масс,переменных по величине и направлению. Кроме того, палец при работе воспринимаеттепловую нагрузку, возникающую в результате трения пальца о головку шатуна ибобышки поршня. Поэтому палец должен обладать высокой прочностью при переменнойнагрузке, повышенной износостойкостью рабочей поверхности и малой массой.
Поршневой палецпредставляет собой отрезок тонкостенной трубы с прямыми цилиндрическими иликоническими внутренними поверхностями. Конструкция поршневого.
/>1-гильза
2-головкапоршня
3-поршневойпалец
4-поршневаяюбка
5-шатун
6-щека
7-кореннаяшейка
Рисунок1.Кривошипно-шатунниймеханызм.ЯМЗ-238
Вывод:Ознакомились с устройством деталей кривошипно-шатунного механизма двигателя.