Подвижные детали КШМ

Поршень воспринимает давление газов и передает его через порш­невой палец и шатун на коленчатый вал.

Рисунок 2.3- Поршень дизельного двигателя

 

Поршни работают в тяжелых условиях: они испытывают воз­действие горячих газов и воспринимают большие динамические нагруз­ки.

Например, в начале рабочего хода на днище поршня диаметром 100 мм действует сила 20…40 кН у карбюраторного двигателя и 60…80 кН - у дизельного. Поршень движется в цилиндре с высокой (до 20 м/с) пере­менной скоростью, вследствие чего в шатунно-поршневых комплектах возникают значительные (до 15…20 кН) знакопеременные силы инерции (с частотой изменения знака до 200 Гц).

В связи с тяжелыми условиями работы поршень должен обладать:

- высокой прочностью;

- небольшой массой;

- хорошей теплопроводностью и износостойкостью.

Наиболее полно этим требованиям отвечают поршни, изготовленные из алюминиевого сплава. Для тихоходных двигателей поршни изготовляют из чугуна.

По сравнению с чугунными поршни из алюминиевых сплавов имеют:

- меньшую удельную массу (в 2,5 раза);

- большую теплопроводность (в 3— 4 раза);

- меньшую тепловосприимчивость от газов (на 30%);

- при работе создают меньшие потери на трение о стенки цилиндра.

Наряду с этим поршни из алюминиевого сплава имеют и недостатки:

- меньшую механическую прочность;

- повы­шенный износ;

- больший коэффициент линейного расширения (в 2—2,5 раза).

Поршневой палец служит для шарнирного соединения поршня с шатуном. Для уменьшения массы и снижения сил инерции его делают пустотелым.

Подавляющее распространение на современных двигателях получили плавающие поршневые пальцы, которые могут проворачиваться как в верхней головке шатуна, так и в бобышках поршня. Такая конструкция обеспечивает более равномерный износ сопряжения.

Поршневые компрессионные кольца служат для герметизации надпоршневого пространства и предотвращают прорыв газов в картер двигателя. Поршневое кольцо представляет собой криволинейный брус, имеющий в свободном состоянии вырез.

В карбюраторных двигателях на поршне устанав­ливают 2-3 компрессионных кольца, а в дизельных - 3 - 4.

Самым распространенным материалом для изготовления поршневых компрессионных колец является легированный чугун.

В настоящее время часто применяют стальные кольца. Более пер­спективными являются кольца из металлокерамических материалов, об­ладающие большей износостойкостью.

Шатун. Шатун обеспечивает шарнирную связь прямолинейно движущегося поршня с вращающимся коленчатым валом. Он передает от поршня ко­ленчатому валу силу давления газов при рабочем ходе.

Шатун совершает сложное плоскопараллельное движение:

- возвратно-поступательное вдоль оси цилиндра;

- и качательное относительно оси поршневого пальца.

а) с прямым разъемом; б) с косым разъемом

Рисунок 2.4 - Шатун

Шатун испытывает значительные знакопеременные нагрузки, действую­щие по его продольной оси. Во время рабочего хода сила давления газов сжимает шатун.

Силы инерции стремятся оторвать поршень от коленча­того вала и растягивают шатун.

Наряду с этим качательное движение вы­зывает знакопеременные силы инерции, изгибающие шатун в плоскости его качания.

Указанные условия работы предъявляют к конструкции шатуна следующие требования:

- высокая жесткость;

- достаточная усталостная прочность;

- небольшая масса;

- простота и технологичность.

Основными элементами шатуна являются верхняя (неразъемная) и нижняя (разъемная) головки и соединяющий их стержень. Наилучшей формой поперечного сечения стержня шатуна, обеспечивающей ему вы­сокую жесткость при минимальной массе, является двутавр.

Коленчатый вал воспринимает усилия от шатунов и преобразует их в крутящийся момент. Коленчатый вал является наиболее напряжен­ной деталью КШМ.

Он подвергается:

- растяжению и сжатию;

- изгибу, скру­чиванию, срезу;

- поверхностному трению;

- продольным и поперечным де­формациям.

 

а) – четырехцилиндрового дизеля без противовесов; б)-шестицилиндрового дизеля с противовесами

Рисунок 2.5- Коленчатый вал

 

Колен­чатый вал должен удовлетворять следующим требованиям:

- обладать ста­тистической и динамической уравновешенностью;

- быть достаточно же­стким и долговечным при небольшой массе;

-иметь высокую усталостную прочность;

- быть устойчивым против вибрации и крутильных колебаний;

- иметь точные размеры и высокую износостойкость трущихся поверхно­стей (коренных и шатунных шеек).

Коленчатые валы изготовляют ковкой или штамповкой из углеро­дистой или низколегированной стали.

В двигателях коленчатые валы могут вращаться в подшипниках качения и скольжения. Подшипники качения обеспечивают уменьшение потерь на трение, что обеспечивает значительное облегчение запуска двигателя в холодное время.

В настоящее время получили широкое применение сталеалюминиевые вкладыши, обладающие высокой усталостной проч­ностью и хорошими противокоррозийными качествами. Антифрикцион­ный слой таких вкладышей представляет собой сплав на алюминиевой основе.

Маховик устанавливают на задний конец коленчатого вала для уменьшения неравномерности работы двигателя и выведения поршней из мертвых точек.