Рухомі деталі КШМ

До рухомих деталей кривошипно-шатунного механізму належать поршень з поршневими кільцями, поршневий палець, шатун, колінчастий вал і маховик.

Поршень — відповідальна деталь двигуна, оскільки за його допомогою здійснюються всі процеси: всмоктування й стиск свіжого повітря або пальної суміші, сприймання тиску газів під час спалаху і згоряння пальної суміші та передача сили через поршневий палець і шатун на колінчастий вал.

Поршні сучасних тракторних дизелів виготовляють з високостійких алюмінієвих сплавів, які добре проводять тепло, легкі. Недоліком таких поршнів є те, що вони дуже розширюються при нагріванні і спрацьовуються.

Поршень складається з чотирьох основних частин:

• днище

• головка

• юбка

• бобишки

У днищі поршня розміщена частина камери згоряння (двигун з роздільною камерою згоряння), або вся камера (двигун з нероздільною камерою).

Головка поршня є його ущільнювальною частиною, в якій виконані канавки під поршневі кільця.

Юбка є направляючою частиною поршня, в якій може бути виконана канавка під маслознімне кільце.

В бобишках поршня виконані отвори під поршневий палець.

Поршні комплектують за масою, зовнішнім діаметром юбки і діаметром отвору під поршневий палець. Позначення розмірної і масової групи наносять на днище поршня.

Поршневі кільця призначені для забезпечення щільного рухомого з’єднання між поршнем і гільзою циліндра та відведення частими теплоти від днища поршня до дзеркала гільзи циліндра.

За призначенням кільця поділяють на компресійні (ущільнювальні), які встановлюють по 3-4, і маслознімні — по 1 або 2.

Компресійні кільця запобігають надходженню газів із камери згоряння в картер, їх виготовляють із спеціальних легованих чавунів з хорошою пружністю та високою стійкістю проти спрацювання, шляхом індивідуальної відливки і з наступною механічною обробкою. Після відливки кільця розрізають, а торцеву поверхню шліфують. Розріз в кільці називають замком. Замки мають різну форму: пряму, косу або ступінчасту.

Компресійні кільця встановлюють в канавках поршня. Оскільки діаметр кільця більший за діаметр поршня, то частина кільця, що виступає із канавки, перекриває зазор між циліндром і гільзою, а наявність в кільці замка дозволяє йому пружинити. Замок стискує кільце перед встановленням поршня в гільзу циліндра. Щоб зменшити проривання газів через замки (величина яких на встановлених в гільзу кільцях 0,2...0,8 мм), кільця встановлюють так, щоб замки не перебували в одній площині, а залежно від числа кілець — під кутом 90... 120°.

Компресійне кільце працює надійно, якщо воно щільно прилягає до дзеркала циліндра. Для забезпечення щільного прилягання кільця виготовляють з різною формою поперечного перерізу.

Маслознімні кільця встановлюють у канавках напрямної частини поршня. Вони знімають з дзеркала циліндра зайве масло і відводять його в картер, а масло, яке залишається, рівномірно розподіляють по дзеркалу.

При переміщенні поршня вниз основна частина масла знімається робочою поверхнею кільця з дзеркала гальзи і по масловідвідному каналу поршня надходить в картер. Масло, яке знімається з дзеркала компресійним кільцем, з додатковою силою притискує його до поверхні гільзи. При переміщенні поршня вверх частина масла (з канавок компресійного кільця) надходить до камери згоряння, забезпечуючи мащення компресійних кілець, а частина — відводиться в картер. Масло, яке у вигляді масляного туману потрапляє в зазор між гільзою і поршнем, також відводиться в картер.

Маслознімні кільця скребкового типу встановлюються по два в одній канавці виточками до юбки поршня, їхня робоча поверхня вкривається шаром хрому. Кільця діють незалежно одне від одного, тому добре припрацьовуються до профілю стінки гільзи і забезпечують роботу двигуна з незначною витратою масла. Основна їх перевага—технологічність виготовлення.

Збірні маслознімні кільця краще знімають масло зі стінок циліндра. Вони складаються з двох стальних дискових кілець 8, між якими встановлюють розширювачі — осьовий 9 і радіальний 10. Радіальний розширювач виготовлений із стальної пластини, яка завдяки своїй пружності збільшує тиск кілець на дзеркало.

Поршневий палець призначений для шарнірного з’єднання поршня з шатуном. Оскільки на палець діє значне ударне навантаження, його виготовляють з міцного, твердого і в’язкого матеріалу — мало-вуглецевої сталі, а його робочу поверхню для забезпечення достатньої твердості цементують, загартовують, а потім шліфують і полірують.

Для зменшення маси пальців їх виготовляють порожнистими — у вигляді трубки з товстими стінками. Під час роботи на прогрітому двигуні (температура охолоджувальної рідини понад 85°С) палець може вільно прокручуватись відносно поршня і шатуна, тому його називають плаваючим. Щоб палець під час роботи двигуна не переміщувався в осьовому напрямку і не пошкоджував при цьому дзеркало гільзи циліндра, його закріплюють.

Внутрішня поверхня поршневого пальця циліндрична, або конічно-циліндрична для збільшення його жорсткості. Поршневі пальці двотактних двигунів мають перетинку внутрішнього отвору, щоб запобігти прориванню газів із кривошипної камери у випускний канал (ПД-10М), або сталеві заглушки у бобишках для запобігання проникненню масла в продувні вікна циліндра. У сучасних двигунах застосовується спосіб закріплення пальців стопорними кільцями.

В отвір втулки верхньої головки шатуна палець встановлюється із зазором, а в бобишки поршня — з натягом. Поршневий палець змащується через отвори в стержні шатуна, прорізи у верхній головці шатуна і масляні канали в бобишках поршня.

За величиною зовнішнього діаметра пальці поділяють на розмірні групи, які позначаються фарбою на внутрішній поверхні пальців. При складанні розмірні групи пальців і поршнів повинні співпадати. Відсутність маркування свідчить про єдину розмірну групу.

Шатун з’єднує поршень через поршневий палець з шатунною шийкою колінчастого вала. Внаслідок того, що на шатун діють значні зусилля, які розтягують або стискують його стержень, шатуни повинні бути міцними, жорсткими і легкими, їх виготовляють з високоякісної сталі, потім піддають термічній обробці.

Шатун складається з таких основних частин:

• верхня головка

• стержень

• нижня головка

Верхня головка нерознімна. Для зменшення тертя шатуна з поршневим пальцем у верхню головку запресовують підшипник, виготовлений у вигляді бронзової або стальної втулки з шаром бронзи. Змащення поршневого пальця здійснюється завдяки отворам у верхній головці, які вловлюють краплини масла.

Стержень шатуна для більшої міцності двотавровий і переходить у нижню та верхню головки. Така конструкція забезпечує необхідну міцність і жорсткість при мінімальній масі.

Нижня головка рознімна, оскільки охоплює шатунну шийку колінчастого вала. Площина розняття нижньої головки перпендикулярна до осі симетрії шатуна (дизелі Д-21А, Д-120, Д-37Е, Д-144, Д-240) або розміщена під кутом 45° до вертикальної осі шатуна (дизелі Д-65, А-41, СМД-60). Такий розріз дозволяє виймати поршень із шатуном через верхній отвір гільзи циліндра. Площина розняття зубчаста, у вигляді трикутних шліців, які фіксують кришку відносно головки і розвантажують шатунні болти.

Між нижньою головкою шатуна і колінчастим валом встановлюється підшипник. Нижні підшипники виготовлені у вигляді тонкостінних сталевих вкладишів, на які нанесено тонкий шар антифрикційного сплаву. Товщина вкладиша становить 2...3 мм. Їх штампують із сталевої стрічки, на внутрішню поверхню наносять спеціальні сплави. Масло до вкладишів надходить по каналах, виконаних в колінчастому валу, коли ті під час його обертання співпадають з отворами вкладишів. За допомогою каналу на внутрішній поверхні масло рівномірно розподіляється по поверхні вкладиша.

Колінчастий вал сприймає ударні навантаження, які передаються від поршнів через поршневий палець і шатун. Крім того, шатунні і корінні шийки вала спрацьовуються від тертя, тому матеріал колінчастого вала повинен бути досить твердим, водночас в’язким і мати високу міцність.

Колінчасті вали виготовляють з якісної вуглецевої сталі способом гарячого штампування або відливають з високоміцного чавуну. Робочі поверхні загартовують струмом високої частоти на глибину від 1,5 до 5,0 мм, шліфують і полірують з великою точністю (овальність і конусність шийок не повинна перевищувати 0,01 мм).

Колінчастий вал має корінні 7 і шатунні 6 шийки, передню (носок) і задню (хвостовик) частини.

Між собою корінні і шатунні шийки з’єднуються щоками 8, в яких просвердлено канали для підведення масла від корінних до шатунних шийок. В шатунних шийках є закриті заглушками порожнини 5 для відцентрового очищення масла від металевих й мінеральних частинок. У більшості двигунів щоки виконують також роль противаги, розвантажуючи корінні підшипники від дії відцентрових сил.

Кількість шатунних шийок в рядних двигунах відповідає кількості циліндрів двигуна, а у V-подібних — кількості циліндрів в одному ряду, оскільки в них до одної шийки приєднано два шатуни. Корінних шийок на одну більше, ніж шатунних. Шатунні шийки відносно одна одної у дво- і чотирициліндрових двигунів зміщені на 180°, у шестициліндрових — на 120°, у восьмициліндрових — на 90°. Це забезпечує рівномірне чергування робочих тактів і зрівноваження сил інерції.

У передній частині вала встановлено шестерню 4 приводу проміжної шестерні і масляного насоса, шків 2 приводу вентилятора і генератора. Між шківом і шестернею встановлений масловідбивач 3, який відкидає масло від переднього сальникового ущільнення. В торці колінчастого вала є храповик, яким колінчастий вал прокручується вручну за допомогою ключа або рукоятки.

У задній частині вала дизеля Д-65 є фланець з шістьома отворами для закріплення маховика. Перед фланцем на колінчастому валі виконано маслознімну різьбу 11, яка разом із спеціальними вузькими алюмінієвими вкладишами 10 забезпечує ущільнення і запобігає витіканню масла в картер маховика.

Шатунні та корінні підшипники колінчастого вала більшості двигунів є підшипниками ковзання. Підшипники коченя застосовують тільки в одно-, двоциліндрових двигунах та в двигунах з рознімним колінчастим валом.

Вкладиші корінних підшипників за будовою подібні до шатунних. Вкладиші виготовляють із стальної стрічки товщиною 1...3 мм; шар антифрикційного сплаву становить 0,1...0,9 мм. Цей сплав наноситься безпосередньо на стальну стрічку або на металокерамічну основу (60% міді та 40% нікеля).

В якості антифрикційних сплавів використовують високоолов’янисті бабіти на свинцевій основі, свинцевисті бронзи, сплави на алюмінієвій основі та інші. У бабітів незначний коефіцієнт тертя і вони добре змащуються, однак з підвищенням температури їх механічні властивості погіршуються. Застосовують бабіти для виготовлення вкладишів карбюраторних двигунів.

Свинцевисті бронзи й алюмінієві сплави використовують для виготовлення вкладишів дизелів, оскільки вони можуть працювати при навантаженнях більше 10 МПа і температурі понад 80°С.

Мідно-нікелева основа тришарового вкладиша зміцнює з’єднання бабіту зі стальною стрічкою. Шар бабіту на основі товщиною до 0,1 мм.

Перед встановленням вкладиші вкривають тонким шаром олова (0,002...0,003 мм) для швидкого припрацювання тертьових поверхонь, щільного їх прилягання і кращого відведення теплоти від підшипника.

Для компенсації подовження вала при нагріванні передбачено певний осьовий зазор. Обмежується осьове переміщення колінчастого вала більшості двигунів (в межах 0,1...0,5 мм) різними способами: упорними півкільцями, ущільнювальними вкладишами і вставками, буртиками, виконаними на колінчастому валу тощо.

На виходах носка і хвостовика колінчастого вала з блок-картера необхідно забезпечити герметичність двигуна; це виконують за допомогою сальників. Витіканню масла в місцях встановлення сальників запобігають масловідбивачі і маслозгінна різьба.

Маховик забезпечує рівномірне обертання колінчастого вала, долання короткочасних перевантажень, коли трактор рушає з місця та під час роботи, а також призначений для приєднання до нього муфти зчеплення.

Маховик — це важкий чавунний диск. Розміри залежать від частоти обертання колінчастого вала, кількості циліндрів і тактності двигуна.

Маховик кріпиться на хвостовику колінчастого вала безпосередньо або за допомогою спеціального фланця болтами. Необхідне взаємне положення маховика і колінчастого вала забезпечується несиметричним розташуванням болтів або установочних штіфтів. Для кріплення муфти зчеплення на поверхні маховика зроблено отвори для болтів, якими муфта кріпиться до маховика. Задня площина маховика ретельно оброблена.

Для пуску маховика електричним стартером або пусковим двигуном на маховик в гарячому стані напресовано стальний зубчастий вінець. На ободі маховика є мітки або заглибини для встановлення поршня першого циліндра у ВМТ. При цьому мітка на маховику повинна стояти проти нерухомої мітки або стрілки на картері маховика. На маховиках деяких двигунів нанесені мітки з номерами циліндрів, які використовуються при регулюванні теплових зазорів газорозподільного механізму.

Балансують маховик разом з колінчастим валом.