Лабораторная работа № 2 Тех обслуживание КШМ. Лабораторная работа 2 Устройство, принцип работы и техническое обслуживание кривошипношатунного механизма
 Скачать 1.23 Mb.
|
|
Лабораторная работа № 2 Устройство, принцип работы и техническое обслуживание кривошипно-шатунного механизма Цель работы: изучитьконструкции корпусных деталей двигателя, деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ) и кривошипно-шатунного механизма (КШМ), их назначения и условий работы, научиться проверять и подтягивать болты крепления головок цилиндров, опор двигателя, проверять компрессию в цилиндрах двигателя компрессометром, обнаруживать и устранять неисправности кривошипно-шатунного механизма двигателя. Теоретическая часть Детали кривошипно-шатунного механизма можно разделить на:
Кроме того, к кривошипно-шатунному механизму относятся различные крепежные детали, а также коренные и шатунные подшипники. Блок и головка цилиндров Наиболее крупными и сложными деталями кривошипно-шатунного механизма являются блок цилиндров и его головка (или головки). Как показано на рисунке 1 блок цилиндров 5 и головка цилиндров 1 имеют сложную форму, поэтому их изготовляют литьем. Между ними для герметизации стыка установлена прокладка 9. Спереди (а иногда и сзади) также через прокладку 6 к блоку крепится крышка распределительных шестерен. Все остальные детали кривошипно-шатунного механизма расположены в блоке цилиндров, их обычно объединяют в несколько групп.  Рисунок 1 - Головка и блок цилиндров V-образного восьмицилиндрового двигателя ЗМЗ-53: 1 - головка правого ряда цилиндров, 2 - гильза цилиндра, 3 - прокладка гильзы, 4 - направляющий поясок для гильзы, 5 - блок цилиндров, 6 - прокладка крышки распределительных шестерен, 7 - сальник переднего конца коленчатого вала, 8 - крышка распределительных шестерен, 9 - прокладка головки цилиндров. Блок цилиндров отливают из чугуна (СЧ 21, СЧ 15) или из алюминиевых (например, АЛ4) сплавов. Соотношение масс чугунных и алюминиевых блок-картеров составляет примерно 4:1. За одно целое с блоком отлита верхняя часть картера. В отливке блока цилиндров выполнены рубашка охлаждения, окружающая цилиндры, постели для коренных подшипников коленчатого вала и подшипников распределительного вала, а также места для установки других узлов и приборов. Чугунные блок-картеры изготовляют или вместе с цилиндрами или со вставными цилиндрами - гильзами, а алюминиевые только со вставными гильзами. Уплотнение гильз в блоке осуществляется с помощью резиновых колец или прокладок 3. Тщательно обработанная внутренняя поверхность гильз (или цилиндров) называется зеркалом. Головка цилиндров. Блок цилиндров состоит из следующих элементов: боковых и торцовых стенок, межцилиндровых перемычек и верхней горизонтальной плиты, объединенных термином «водяная рубашка», а также цилиндров. Если в цилиндры, отлитые совместно с водяной рубашкой, устанавливают тонкостенные гильзы, то они называются сухими. Если цилиндры съемные и омываются охлаждающей жидкостью, то их называют мокрыми гильзами. Блок-картер — основной элемент остова двигателя. Он подвергается значительным силовым и тепловым воздействиям и должен обладать высокой прочностью и жесткостью. В блок-картере устанавливают цилиндры, опоры коленчатого вала, некоторые устройства механизма газораспределения, различные узлы смазочной системы с ее сложной сетью каналов, маслянный поддон и другое вспомогательное оборудование. Блок-картер изготавливают из чугуна или алюминиевого сплава литьем. Масляный поддон. Последний может быть выполнен к ак в виде тонкостенной конструкции, образующей емкость для сбора и размещения масла, так и в виде монолитного несущего элемента, что способствует повышению жесткости корпуса. По тому как элементы корпуса двигателей с жидкостным охлаждением воспринимают нагрузку от газовых сил, различают следующие силовые схемы: 1) с несущим блоком цилиндров , когда силы давления газов воспринимаются головкой, силовыми болтами (шпильками), опорами коренных подшипников и нагружают растягивающими усилиями с генки блока цидиндров. Разновидностью данной силовой схемы при мокрых гильзах является схема с несущей рубашкой . При этом газовые силы нагружают (растягивают) только стенки водяной рубашки; 2) с несущими силовыми шпильками. Силы газов, действуя на головку, воспринимается длинными шпильками, которые крепятся в верхней части картера. При этом рубашка охлаждения и мокрые гильзы в результате предварительной затяжки шпилек находятся в сжатом состоянии, и газовые силы разгружают их Блок-картеры, выполненные по данной схеме, могут отливаться из алюминиевого сплава в силу их меньшей нагруженности. Головка закрывает цилиндры сверху; в ней размещены клапаны, камеры сгорания, свечи, форсунки. В головку цилиндров запрессованы направляющие втулки и седла клапанов. Плоскость разъема между головками и блоком цилиндров уплотнена сталеасбестовыми прокладками. Между головкой цилиндров и крышкой клапанов установлены пробковые или резиновые прокладки.  Конструктивные мероприятия по повышению жесткости блок-картера а — полноопорный коленчатый вал, б — оребрение перегородок коренных опор и боковых стенок, в — понижение плоскости разъема картера, г — туннельный картер, д — рамная плита или коробчатая конструкция масляного поддона, объединенная с крышками коренных опор Головки отлиты из алюминиевого сплава или чугуна. Двигатели с рядным расположением цилиндров имеют одну головку цилиндров, двигатели с V-образным расположением - две головки на каждый ряд (двигатель ЗИЛ-130), четыре - на каждые три цилиндра (двигатель ЯМЗ-240), восемь — на каждый цилиндр (двигатель КамАЗ-740). Существует несколько типов кривошипно-шатунных механизмов: 1. Однорядные, имеют вертикальное перемещение поршневой, а также перемещение под углом, которое применено в рядных типах двигателя. 2. Двухрядные, имеют перемещение поршневой под углом и применяются в V-образных типах двигателя. Стоит уточнить, что двухрядные и однорядные механизмы, у которых горизонтальное перемещение, применяют в том случае, когда размер двигателя ограничен по своей высоте. Цилиндры представляют собой направляющие элементы кривошипно-шатунного механизма. Внутри их перемещаются поршни. Длина образующей цилиндра определяется ходом поршня и его размерами. Цилиндры работают в условиях резко изменяющегося давления в надпоршневой полости. Их стенки соприкасаются с пламенем и горячими газами, имеющими температуру до 1500… 2 500 °С. Цилиндры должны быть прочными, жесткими, термо- и износостойкими при ограниченном количестве смазки. Кроме того, материал цилиндров должен обладать хорошими литейными свойствами и легко обрабатываться на станках. Обычно цилиндры изготавливают из специального легированного чугуна, но могут применяться также алюминиевые сплавы и сталь. Внутреннюю рабочую поверхность цилиндра, называемую его зеркалом, тщательно обрабатывают и покрывают хромом для уменьшения трения, повышения износостойкости и долговечности. В двигателях с жидкостным охлаждением цилиндры могут быть отлиты вместе с блоком цилиндров или в виде отдельных гильз, устанавливаемых в отверстиях блока. Между наружными стенками цилиндров и блоком имеются полости, называемые рубашкой охлаждения. Последняя заполняется жидкостью, охлаждающей двигатель. Если гильза цилиндра своей наружной поверхностью непосредственно соприкасается с охлаждающей жидкостью, то ее называют мокрой. В противном случае она называется сухой. Применение сменных мокрых гильз облегчает ремонт двигателя. При установке в блок мокрые гильзы надежно уплотняются. Цилиндры двигателей воздушного охлаждения отливают индивидуально. Для улучшения теплоотвода их наружные поверхности снабжают кольцевыми ребрами. У большинства двигателей воздушного охлаждения цилиндры вместе с их головками крепят общими болтами или шпильками к верхней части картера. В V-образном двигателе цилиндры одного ряда могут быть несколько смещены относительно цилиндров другого ряда. Это связано с тем, что на каждом кривошипе коленчатого вала крепятся два шатуна, один из которых предназначен для поршня правой, а другой — для поршня левой половины блока. На тщательно обработанную верхнюю плоскость блока цилиндров устанавливают головку блока, которая закрывает цилиндры сверху. В головке над цилиндрами выполнены углубления, образующие камеры сгорания. У двигателей жидкостного охлаждения в теле головки блока предусмотрена рубашка охлаждения, сообщающаяся с рубашкой охлаждения блока цилиндров. При верхнем расположении клапанов в головке имеются гнезда для них, впускные и выпускные каналы, отверстия с резьбой для установки свечей зажигания (у бензиновых двигателей) или форсунок (у дизелей), магистрали смазочной системы, крепежные и другие вспомогательные отверстия. Материалом для головки блока обычно служит алюминиевый сплав или чугун. Плотное соединение блока цилиндров и головки блока обеспечивается с помощью болтов или шпилек с гайками. Для герметизации стыка с целью предотвращения утечки газов из цилиндров и охлаждающей жидкости из рубашки охлаждения между блоком цилиндров и головкой блока устанавливается прокладка. Она обычно изготавливается из асбестового картона и облицовывается тонким стальным или медным листом. Иногда прокладку с обеих сторон натирают графитом для защиты от пригорания. Нижняя часть картера, предохраняющая детали кривошипно-шатунного и других механизмов двигателя от загрязнения, обычно называется поддоном. В двигателях сравнительно малой мощности поддон служит также резервуаром для моторного масла. Поддон чаще всего выполняется литым или изготавливается из стального листа штамповкой. Для устранения подтекания масла между блок-картером и поддоном устанавливается прокладка (на двигателях небольшой мощности для уплотнения этого стыка часто используется герметик — «жидкая прокладка»). Соединенные друг с другом неподвижные детали кривошипно-шатунного механизма являются остовом двигателя, воспринимающим все основные силовые и тепловые нагрузки, как внутренние (связанные с работой двигателя), так и внешние (обусловленные трансмиссией и ходовой частью). Силовые нагрузки, передающиеся на остов двигателя от несущей системы ТС (рама, кузов, корпус) и обратно, существенно зависят от способа крепления двигателя. Обычно он крепится в трех или четырех точках так, чтобы не воспринимались нагрузки, вызванные перекосами несущей системы, возникающими при движении машины по неровностям. Крепление двигателя должно исключать возможность его смещения в горизонтальной плоскости под действием продольных и поперечных сил (при разгоне, торможении, повороте и т.д.). Для уменьшения вибрации, передающейся на несущую систему ТС от работающего двигателя, между двигателем и подмоторной рамой, в местах крепления, устанавливаются резиновые подушки разнообразных конструкций. Силы, действующие на детали кривошипно-шатунного механизма. Силы, действующие в двигателе внутреннего сгорания, можно разделить на движущие силы, силы инерции и силы сопротивления. Движущие силы — это силы давления газов в цилиндре. Силы инерции образуют возвратно-поступательно движущиеся и вращающиеся части двигателя. Силы сопротивления делят на силы сопротивления потребителя энергии двигателя и силы трения в KШM (поршня и поршневых колец о стенку цилиндра, в подшипниках и т. п.), на преодоление которых затрачивается дополнительная работа. Главными силами считают силы давления газов, силы инерции в двигателе и силы сопротивления потребителя энергии, совершающие полезную работу. Все силы, действующие в двигателе, изменяются во времени.  Силовые схемы двигателей с жидкостным охлаждением: а — с несущим блоком цилиндров, б — с несущей рубашкой; в — с несущими силовыми шпильками Схема сил, действующих на кривошипно-шатунный механизм, показана на рисунке 4.4. Направление сил к центру кривошипа принято за положительное.  Рисунок 4.4. Силы, действующие в кривошипно-шатунном механизме Сила давления газов на поршень со стороны камеры сгорания (ее определяют по индикаторной диаграмме) Pг = ргFп где рг — давление газов в цилиндре, МПа; Fп — площадь поршня, м2. Сила давления газов со стороны картера (это давление обычно равно атмосферному р0) Р0 = р0Fп Сила инерции возвратно-поступательно движущихся частей равна произведению массы этих частей на их ускорение в данный момент времени: Pj = — mj = — mrω2 (cosφ + cos2φ) где m = mпк + 0,275mш; mпк — масса поршня и других деталей, движущихся поступательно; mш — масса верхней головки шатуна, обычно принимаемая равной 0,2...0,3 массы всего шатуна; r —радиус кривошипа; ω и φ — соответственно частота вращения и угол поворота коленчатого вала. Суммарная сила, действующая на поршень, Pl = Pг - P0 +Pj Сила Pl, приложенная к оси поршневого пальца и направленная по оси цилиндра, может быть разложена на силу N, действующую перпендикулярно оси цилиндра, и силу Рt действующую по оси шатуна. Сила N прижимает поршень к стенке цилиндра, что вызывает износ их поверхностей. Она изменяется по значению и направлению, поочередно прижимая поршень то к одной, то к другой стороне цилиндра. Силу Рt перенесенную на ось шатунной шейки, можно разложить на касательную силу Т, действующую перпендикулярно кривошипу коленчатого вала, и радиальную силу Z, направленную по оси кривошипа: Т=Рl [sin(φ + β)/cos β]; Z=Рl [sin(φ + β)/cos β], где β — угол отклонения шатуна от оси цилиндра. Вращающий момент на валу двигателя, необходимый для совершения полезной работы, Mвр = Тr. Работа касательных сил затрачивается на преодоление сил сопротивления и изменение частоты вращения коленчатого вала. В период рабочего хода совершается полезная работа и увеличивается частота вращения коленчатого вала. Избыточная энергия аккумулируется всеми вращающимися частями, главным образом маховиком и потребителем энергии, и возвращается в систему, когда ее не хватает при совершении других тактов двигателя. Чем больше момент инерции маховика и число цилиндров, тем равномернее вращается вал двигателя. Сила N на плече L создает реактивный (опрокидывающий) момент, который стремится опрокинуть двигатель. Он равен вращающему моменту по значению, но противоположен по направлению. Опрокидывающий момент воспринимается опорами и вызывает колебания всего двигателя. Вращающиеся части (шатунная шейка коленчатого вала и часть шатуна, отнесенная к оси шатунной шейки коленчатого вала) создают центробежную силу Рс = — mrω2. Эта сила, направленная от центра вращения по оси кривошипа, вместе с радиальной силой Z нагружает подшипники коленчатого вала. Центробежная сила Рс обычно уравновешивается центробежной силой противовесов Рс.п, устанавливаемых на коленчатом валу с противоположной стороны шатунной шейки, или за счет изменения формы коленчатого вала. Все силы и моменты, возникающие при работе поршневых ДВС, непрерывно изменяясь по значению и направлению, передаются на опоры двигателя и раму автомобиля. При этом возникают вибрации, снижающие эффективную мощность и топливную экономичность (вследствие затрат энергии на возбуждение вибрации и дополнительных механических потерь), ослабляются крепления агрегатов и деталей (что ускоряет в итоге износ деталей), нарушаются регулировки, снижается надежность контрольно-измерительных приборов. Поэтому уменьшение влияния переменных сил и моментов, действующих на двигатель, относится к числу основных требований, предъявляемых в ДВС. |