Кривошипно-шатунний механізм

Кривошипно-шатунний механізм складає основу конструк­ции більшості поршневих двигунів внутрішнього згорання. Призначення кривошипно-шатунового механізму полягає у сприйнятті тиску газів, що виникає в циліндрі, і перетворенні прямолінійного зворотно-поступального руху порш­ня в обертальний рух колінчастого валу. Це дві функції, що виконуються механізмом, і забезпечують вирішення складної проб­леми, пов'язаної з перетворенням теплової енергії згоряння палива в циліндрах двигунів внутрішнього згорання в механічну роботу.

В автомобільних двигунах використовуються настуні типи кривошипно-шатунних механізмів:

- Центральний у якого вісь циліндра перетинає вісь колінчастого вала;

- Зміщений (дезаксіальний) у якого вісь циліндра зміщена відносно осі колінчастого вала у напрямку його обертання, що дає раціональність компанування, зменшує шум та масу деталей приводу розподільного вала;

- Зі зміщенням розташування поршневого пальця відносно осі циліндра проти напряму оберання колінчастого вала. Є найбільш поширений на сьогодні тип КШМ. Зміщення поршневого пальця використовують для перерозподілу навантаження на поршень з метою уникнення інтенсивного його закидання біля мертвих точок і помягчення ударів об циліндр.

- З причепним шатуном. Виготовлення такого механізму складне та дороге.

У існуючих поршневих двигунах застосовуються два типи кривошипно-шатунових механізмів: тронкові і крейцкопфні.

У тронкових механізмах шатун шарнірно сполучений безпосередньо з нижньою направляючою (тронковою) частиною поршня, тоді як в механізмах крейцкопфів поршень з'єднується з ша­туном через шток і крейцкопф, які служать для поршня напрямною частиною. Механізми крейцкопфів складніші і гро­моздкі, що збільшує габарити двигуна по висоті і збільшує масу його конструкції.

У швидкохідних поршневих двигунах автомобільного і трак­торного типів застосовуються простіші і компактніші тронко­ві кривошипно-шатунні механізми. Завдяки цим перевагам тронкові механізми нині широко застосовуються і в двигунах стаціонарного типу. Проте для двигунів подвійної дії механізми крейцкопфів залишаються єдино можливими. Такі двигуни зазвичай будують двотактними, дозволяючими більш ніж в 3 рази збільшувати потужність силових установок в порівнянні з аналогічними установ­ками, забезпеченими чотиритактними двигунами простої дії.

 

Одними з основних вимог до поршневих двигунів внутрішнього згоряння є рівномірність обертання та зрівноваженість. При нерівномірному обертанню колінчастого вала двигуна, всі деталі, що передають крутний момент працюють з ударним навантаженням, яке прискорює їх зношення та поломку. Незрівноваженість двигуна пояснюється наявністю сил і моментів, що виникають при поступальному та обертовому рухах мас кривошипно-шатунного механізму, які діють на опори двигуна.

У зрівноваженому двигуні під час роботи на опори діє постійне навантаження. Незрівноважений двигун, передаючи під час роботи сили та моменти на опори, створює вібрацію, яка визиває додаткове навантаження на підшипники, послаблює кріплення деталей та приводить до їх поломки. Ускладнюється експлуатація двигуна.

Особливо велика нерівномірність обертання колінчастого вала та незрівноваженість у одноциліндрових двигунів. Застосування великіх маховиків в двигунах автомобілів збільшує габарити та масу і погіршує можливість швидко збільшувати або зменшувати оберти.

Для усунення перечислених вище недоліків в автомобілях використовують багатоциліндрові двигуни. При цьому від числа циліндрів залежить зрівноваженість двигуна та рівномірність обертання колінчастого вала з меншим маховиком. Застосування багатоциліндрових двигунів дозволяє дещо зменшити обертові маси кривошипно-шатунного механізму та збільшити оберти і потужність двигуна у порівнянні з одноциліндровим.

На рівномірність обертання та зрівноваженість колінчастого вала впливає порядок роботи циліндрів. Послідовність чергування тактів у циліндрах називають порядком роботи двигуна і позначають, як послідовність номерів циліндрів. Так порядок роботи чотирициліндрового двигуна 1-3-4-2, або 1-2-4-3, шестициліндрового 1-4-2-5-3-6,або 1-5-3-6-2-4 восьмициліндрового 1-5-4-2-6-3-7-8. Нумерація циліндрів рядного двигуна починається від переднього кінця колінчастого вала, при V-образному розташуванні – у такій же послідовності починаючи з лівого ряду.

Робочі ходи та інші такти відбуваються у чотирициліндровому двигуну через 180⁰ (720⁰/4), шестициліндровому через 120⁰ (720⁰/6), восьмициліндровому -90⁰ (720⁰/8), дванадцятициліндровому 60⁰ (720⁰/12).

На зрівноваженість роботи двигуна впливає також розташування циліндрів, яке може бути рядним, V-образним, діапозитним, зіркообразним. З поршневих двигунів найбільш розповсюджені однорядні вертикальні або з похилом циліндрів, дворядні V-образні та діапозитні (з протилежним розташуванням циліндрів).