Равиль. Назначение, конструкция, принцип работы кривошипного механизма
 Скачать 33.1 Kb.
|
|
Введение Данный документ подробно описывает назначение, структуру и принцип работы кривошипно-шатунного механизма. Перечислены различные неисправности и методы их диагностики. Для более длительной эксплуатации представлен список работ, выполненных во время технического обслуживания. Целью данной курсовой работы является изучение кривошипного механизма. Цели этого курса: 1) Изучить назначение, структуру и принцип работы кривошипного механизма. 2) Рассмотреть возможные неисправности, повреждения и методы их диагностирования. 3) Изучить, какие работы проводятся по техническому обслуживанию и ремонту кривошипно-шатунного механизма. Предмет исследования — кривошипный механизм автомобилей ВАЗ. Методы исследования — теоретический анализ специализированной литературы. Назначение, конструкция, принцип работы кривошипного механизма Назначение и конструкция кривошипно-шатунного механизма Шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное прямолинейное движение поршней, которые чувствуют давление газов, во вращательное движение коленчатого вала. Кривошипный механизм состоит из следующих частей: Поршни с кольцами и шейками, шатуны, коленчатый вал и маховик. Поршни расположены в цилиндрах, которые установлены в блочном корпусе, закрытом сверху головкой цилиндра. Поршневая сборка и шатун. Поршень с уплотнительными кольцами, поршневыми штифтами и зажимными частями образуют поршневую группу. Поршень и поршневое кольцо обеспечивают уплотнение переменного рабочего объема, в котором работает двигатель, поглощают давление газа и передают полученное усилие на коленчатый вал через поршневой палец и шатун. Поршень также служит для наполнения баллона топливом или воздухом, компрессии и удаления выхлопных газов из баллона. В двухтактных двигателях поршень также открывает впускное, выпускное и обходное отверстия. Поршень подвергается воздействию высокого давления, высоких температур и быстро меняющихся скоростей. Поршень состоит из верхней уплотнительной части (головки) и нижней направляющей части (юбки). Для лучшего отвода тепла и повышения прочности коронка имеет ребра жесткости на внутренней стороне поршня. Снаружи коронка может быть плоской, вогнутой, выпуклой или фасонной. Боковая поверхность поршня имеет сложную форму конуса эллипса и его диаметр меньше диаметра цилиндра, при этом диаметр головки поршня меньше диаметра юбки, а главная ось эллипса перпендикулярна оси поршневого кольца. Все это позволяет поршню создавать зазор между стенками цилиндра и поршнем во время нагревания и расширения, позволяя поршню расширяться и свободно перемещаться внутри цилиндра. Юбка обеспечивает направленное движение поршня в цилиндре и передает поперечные силы на стенки цилиндра. В верхней части трубки юбки имеются кулачковые отверстия для поршневого штифта, соединяющего поршень с шатуном. Ось штифта пересекает ось поршня, но иногда смещена от оси поршня. Это снижает нагрузку на поршень, когда он достигает верхней мертвой точки. Для улучшения вхождения поршня в цилиндры, уменьшения износа и защиты от заедания юбка поршня покрыта тонким слоем олова. Сам поршень отлит из специального алюминиевого сплава. Поршневые кольца делятся на компрессионные и скребковые. Их назначение — препятствовать прохождению газов между стенками цилиндра и поршнем, а также проникновению масла из картера в камеру сгорания, где оно горит и образует сажу. Кольца участвуют в отводе тепла от поршня к цилиндру. В свободном состоянии наружный диаметр кольца больше диаметра цилиндра, чтобы оно плотно прилегало к стенке цилиндра при установке. Для установки в пазы поршневых колец производятся разрезы с зазором 0,2 — 0,5 мм. Поршневые кольца со щелевыми отверстиями, известные как замки, имеют преимущественно прямую форму, иногда наклоненную или ступенчатую. В результате эксплуатации и износа поршневые кольца теряют свою эластичность, что влияет на герметичность цилиндра. Поршневые кольца изготавливаются как из отливок из легированного чугуна с последующей механической обработкой, так и из стали. Высота колец на 0,03-0,08 мм ниже, чем высота канавки в поршне. Материал поршневых колец должен обладать хорошей эластичностью и достаточной прочностью при высоких температурах, с высокой износостойкостью, которая, однако, не должна быть выше, чем у отверстия цилиндра. Контактная поверхность одного или двух верхних компрессионных поршневых колец для уменьшения износа кольца и цилиндра покрыта слоем хрома толщиной до 0,16-0,20 мм с пористой поверхностью, удерживающей смазку. Для улучшения обкатки рабочие поверхности нижних колец часто покрываются слоем олова или другого легко истираемого материала. Поршневой палец соединяет поршень и шатун и изготовлен из высококачественной, износостойкой стали. Внутренняя поверхность штифта цилиндрическая или коническо-цилиндрическая. Концы штифта помещаются в отверстия в заводной головке поршня, а центр проходит через торцевое отверстие штока. Когда штифты свободно вращаются как в ступицах, так и в штоке, их называют плавающими штифтами. Это соединение является наиболее распространенным, так как при движении поршня и шатуна вся поверхность плавающего пальца находится в рабочем состоянии, что снижает износ и вероятность заедания. На некоторых двигателях штифт может быть закреплен в головной части шатуна и иметь длину меньше диаметра поршня. Для ограничения осевого смещения штифта и предотвращения повреждения стенок цилиндра, штифт фиксируется стопорными кольцами, установленными в пазах втулок, торцевыми колпачками, установленными в ступицах, и стопорным кольцом, расположенным в пазах штифта и верхней части шатуна. Поршневой палец смазывается отверстиями в штоке или пазами в головке шатуна и масляными ходами в бобинах поршневых пальцев. Шатун используется для соединения поршня с коленчатым валом. При работающем двигателе шатун во время рабочего хода передает мощность от поршня к коленчатому валу, а во время остальных ходов перемещает поршень вокруг цилиндра. Шток преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Шатуны состоят из верхней и нижней головки и шатуна: верхняя головка неразделима и служит для удержания поршневого пальца, который поворачивает поршень на шатуне. Для уменьшения трения и износа в нем запрессованы одна или две бронзовые втулки, нижняя головка многих двигателей выполнена с прямым (90°) или наклонным (30 — 60°) относительно оси шатуна шатуна шатуна вместе взятого. Линия разъема может быть гладкой или иметь сплайны. Диагональный шаг облегчает прохождение поршня и шатуна через цилиндр — шатун к коленчатому валу — кривошип. Съемной частью нижнего конца шатуна является крышка. Он крепится к шпильке двумя болтами, которые ввинчиваются или вкручиваются в корпус шпильки, а затем затягиваются. В нижней головке шатуна находятся тонкостенные стальные оболочки (сверху и снизу) с тонким слоем фрикционного сплава 0,1 — 0,9 мм. Втулки подшипников действуют как подшипники скольжения и плотно прилегают к штоку и крышке, при этом их выступы зацепляются за соответствующие выемки в штоке и крышке. Соединительными стержнями обычно являются двутавровые балки с обтекаемым, плавным переходом к нижним головкам. Некоторые шатуны имеют компрессионный проход через шток к поршневому пальцу. При работающем двигателе силы давления газа и инерции действуют на шатун, сжимая, растягивая и изгибая его в продольном и поперечном направлении. Поэтому его форма, конструкция и материал должны обеспечивать прочность, жесткость и легкость. Соединительные прутки изготавливаются из высококачественной углеродистой и легированной стали методом горячей ковки с последующей механической и термической обработкой. Для обеспечения хорошей балансировки двигателя разница в весе между отдельными шатунами и комплектами шатунных и поршневых групп должна быть минимальной. Чтобы установить поршни и шатуны так, чтобы они могли быть правильно установлены в двигателе, номер цилиндра шатуна и его крышки, а также другие маркировки проштампованы на нижней головке шатуна. Коленчатый вал и маховик. Коленчатый вал состоит из главной и соединительной шеек, соединенных губками, фланца для установки маховика и направляющей. Шейки используются для поддержки коленчатого вала в подшипниках, расположенных в картере двигателя. Шатуны соединяют вал с нижними головками шатунов. Шейки и основные шейки соединяются кривошипными шейками. Для снятия инерционных сил с коренных подшипников подвижных частей шатунов на башмаках коленчатого вала установлены балансировочные грузы. Балансировочные грузы могут быть встроены в зажимные губки или могут быть изготовлены как отдельные, надежно закрепленные компоненты. Шейка с ее щеками представляет собой коленчатый вал или коленчатую стрелу. Для предотвращения выхода коленчатого вала из строя в переходных зонах от щек к коленчатому шейке и коленчатому штифту, выполняйте закругление — филетирование. В шатунных шейках и шейках коленчатого вала имеются отверстия, обеспечивающие подачу масла под давлением к шатунным подшипникам. На переднем конце коленвала расположены приводная шестерня распределительного вала, шкив зубчатого ремня, маслоотражатель, сальник и трещотка коленчатого вала. Маховик прикреплен болтами к коленчатому валу. Шарнирный вал имеет масляную резьбу и масляный вихрь, на конце которого расположен шлиц для подшипника передней части муфты. Нос и вал вала герметизируются самогерметизирующимися резиновыми втулками. Коленчатый вал вращается в коренных подшипниках, которые имеют вставки из стально-алюминиевой полосы. Коленчатые валы изготавливаются из углеродистой и легированной стали путем ковки или литья с последующей механической и термической обработкой. Для повышения износостойкости шеек коленчатого вала и шатунов они подвергаются поверхностной закалке, а затем шлифуются и полируются. Форма коленчатого вала зависит от количества и расположения цилиндров, рабочего цикла и работы двигателя. Он должен обеспечивать равномерное вращение рабочего хода в цилиндрах над углом поворота коленчатого вала, предполагаемую последовательность работы цилиндров и баланс двигателя. Количество коленчатых пальцев на коленчатом валу двигателя с однорядной компоновкой цилиндров равно количеству цилиндров. Для двигателей с V-образными цилиндрами количество шатунов равно половине количества цилиндров: эти двигатели имеют по две шатунные головки бок о бок на каждом шатуне. V-образные двигатели обычно имеют на один коленчатый вал больше шейки, чем соединительные шейки коленчатого вала. Вкладыши коренных подшипников устанавливаются в станину картера и крышку коренных подшипников и фиксируются так же, как и подшипники шатунов. Маховик обеспечивает плавное вращение коленчатого вала, запуск и прокрутку двигателя. При запуске маховика двигателя, всегда энергия после хода в одном из цилиндров, обеспечивает вращение за счет инерции коленчатого вала, а в других цилиндрах условия для потока рабочих ходов, в результате чего двигатель начинает работать. Маховик отлит как диск из чугуна. Для увеличения момента инерции маховика большая часть его металла имеет кромку, то есть на максимальном расстоянии от оси вращения маховика. На обод маховика нажимает на стальную кольцевую передачу, с помощью которой запускается двигатель, стартер передач и наносит маркировку для определения положения поршня в первом цилиндре и регулировки времени зажигания или подачи топлива. Маховик сбалансирован вместе с коленчатым валом. Это делается для предотвращения вибрации и биения, вызываемых центробежными силами, а также для предотвращения повышенного износа коренных подшипников двигателя. Сцепление установлено на задней стороне маховика. Во время работы двигателя коленчатый вал подвергается воздействию осевых усилий от зубчатых передач ГРМ, муфты сцепления и нагрева вала. Для ограничения осевого смещения коленчатого вала выдвигается один из главных подшипников (задний, передний или центральный). Это достигается за счет оснащения вкладышей подшипников факелами, упорными шайбами или стопорными кольцами. Принцип действия кривошипного механизма В случае с кривошипными приводами следует отметить, что возможны как прямое, так и обратное движение. Движение вперед: Поршень движется вниз под давлением газов, в то время как он движется вверх по коленчатому валу. Движение поршня вперед преобразуется во вращательное движение коленчатого вала через шатун и поршнево-шатуновую муфту. Коленчатый вал состоит из: * Шейка * коленчатый шкворень * встречные журналы Обратная диаграмма: под действием приложенного внешнего крутящего момента коленчатый вал вращается, что преобразуется в поступательное движение поршня кинематической цепью «коленчатый вал — шатун — поршень». В этой главе мы изучили структуру и работу кривошипно-шатунного механизма. Мы определили компоненты кривошипно-шатунного механизма и технические компоненты. Диагностика кривошипно-шатунной системы управления Возможные неисправности и диагностические процедуры Обслуживание кривошипно-шатунного механизма Износ кривошипных штифтов и шатунов. Этот износ обычно приводит к чрезмерному шуму, стукам и вибрации двигателя в области коленчатого вала. Тупой удар, который усиливается внезапным увеличением частоты вращения коленчатого вала, указывает на износ коленчатого шейки или коренных подшипников коленчатого вала или изношенные вкладыши подшипников. Поверхности подшипников коленчатого вала имеют другое ощущение, чем у подшипников коленчатого вала — более острые и толстые. Шейки коленчатого вала стучат в стену блока цилиндров, поэтому коленчатые шейки можно услышать как в зоне TDC, так и в нижней мертвой зоне (далее NTM), если стучать по главной цапфе только в одном месте (ближе к нижней части блока цилиндров). Износ на поршневом блоке цилиндра. Если отработанные газы имеют синеватый оттенок и уровень моторного масла постоянно падает, это указывает на износ поршневой группы цилиндров. Повышенный расход моторного масла, топлива и значительное снижение мощности могут быть вызваны защемлением поршневых колец (как компрессионных, так и мусорных) и повышенным износом их и цилиндра. Нарастание поршневых колец можно устранить без демонтажа двигателя, залив специальный раствор 50% керосина и 50% денатурированного спирта в цилиндры через отверстие свечи зажигания. После 8-10 часов работы на холостом ходу необходимо запустить двигатель и проработать 10-20 минут, затем заменить моторное масло. Такая процедура позволяет значительно уменьшить количество углеродных отложений (именно отложения не позволяют свободному движению поршневых колец в канавках поршня) в области поршневых колец и головки поршня, тем самым высвобождая и восстанавливая их работоспособность. Обслуживание привода коленчатого вала Во время работы поверхности трения компонентов двигателя изнашиваются, что приводит к увеличению зазора, ослаблению подшипников и повышенным ударным нагрузкам. Изношенные коренные и шатунные подшипники и шейки коленчатого вала во время работы стучат, вызывая ускоренный износ деталей коленчатого вала. Если изношены только подшипники, а шейки коленчатого вала находятся в допустимых пределах, то двигатели с тонкостенными вкладышами необходимо заменять только новыми вкладышами подшипников известных хороших размеров. Для двигателей без толстостенных футеровок или с толстостенными футерами надлежащая герметичность подшипников достигается путем снятия некоторых или всех прокладок; подшипники пополняются, если литье имеет трещины или сколы. Во время рабочего цикла шейки коленчатого вала, которые подвергаются различным давлениям при различных ходов, теряют свою цилиндрическую форму и становятся овальными из-за неравномерного износа. Эти шейки должны быть зашлифованы, а вкладыши подшипников заменены или переставлены в соответствии с уменьшенным диаметром. Изношенный поршневой палец или втулка также вызовут стук. Для устранения удара втулки и штифты заменяются на новые с соответствующими ремонтными размерами; иногда достаточно заменить только одну деталь (штифт или втулку), сопрягая старую деталь с новой. В блоке цилиндров стенки цилиндров подвержены износу. Характер износа стен зависит от следующих причин: (а) давление поршневых колец увеличивает диаметр цилиндров; (b) поскольку поршневые кольца не достигают верхней мертвой точки цилиндров, а в нижней мертвой точке стенки цилиндров изнашиваются неравномерно по высоте и ступенчато; в) давление в цилиндрах достигает наибольшего значения при поиске поршней вблизи верхней мертвой точки, а газы, поступающие в канавки поршня, увеличивают давление на стенки поршневых колец цилиндров, так что износ цилиндров достигает наибольшего значения в верхней его части и постепенно снижается вниз — цилиндры изношены до конуса; г) во время рабочего хода поршня со значительным усилием прижимается к одной из боковых стенок цилиндра, а во время вспомогательного хода — к другой стороне, так что цилиндр со временем теряет свою округлую форму и становится овальным. Кроме того, треснувшие поршневые кольца или смещенные поршневые штифты могут поцарапать рабочую поверхность (зеркало) цилиндра или вкладыша гильзы. Незначительные царапины можно восстановить путем шлифовки цилиндра шлифовальными камнями на специальных станках, а затем полировки. Для устранения конуса и овальности, цилиндры должны быть заново расточены и установлены новые поршни с соответствующими ремонтными размерами. Обработка гильз инжектора производится так же, как и бочки цилиндра, или заменяется на новые гильзы отремонтированного размера. Поршневые кольца изнашиваются быстрее, чем другие детали; по мере износа уменьшается сжатие, т.е. давление во время хода сжатия. Из-за разрыхления колец и увеличения зазоров в их соединениях (замках) газы во время хода проникают в картер и загрязняют масло; во время хода сжатия пары топлива проникают в картер и, при охлаждении (конденсации), превращаются в жидкость и разбавляют масло. При конденсации на стенках цилиндра масло проникает в камеру сгорания при износе поршневых колец и оседает в виде капель на электродах свечи зажигания, что прерывает искрение. Изношенные кольца должны быть заменены на новые. Поршни, клапаны и внутренняя поверхность головки цилиндра могут иметь значительные отложения на коронках поршней, клапанах и внутренней поверхности головки цилиндра. Отложения углерода имеют низкую теплопроводность, вызывая перегрев двигателя, увеличивая давление и температуру цикла сжатия и способствуя детонации. Раскаленные частицы сажи могут воспламенить рабочую смесь перед свечей зажигания (преждевременное зажигание). Для предотвращения таких неисправностей и нарушений в работе двигателя техническое обслуживание привода коленчатого вала включает в себя следующие операции. a) Проверка (при каждом обслуживании (TO), затяжка (при TO-1) головки цилиндра и креплений картера; б) Очистка фильтров и вентиляционного клапана картера (во время TO-2); с) очистка стенок камер сгорания от углеродных отложений (во время ТО-2 и для головок из алюминиевых сплавов через каждые 12 000 км эксплуатации транспортного средства); (d) проверка состояния стенок цилиндров, колец, поршней и подшипников (во время ТО-2). Крепления головки цилиндра и картера (гайки или болты) должны быть затянуты в крестообразном порядке, начиная с центра головки, так, чтобы поверхности плотно прилегали друг к другу и чтобы не было отклонений из-за возможных повреждений головки. Последовательность затягивания гаек (болтов) точно указана в заводской инструкции и не подлежит изменению. Затягивайте чугунные головки цилиндров на теплых двигателях и головки цилиндров из алюминиевого сплава только на холодных двигателях. Удалить сажу со стенок камеры сгорания щетками и с поршневых коронок с помощью металлических скребков. В то же время, очистите седла клапанов от сажи. При удалении сажи каждый очищенный поршень должен быть установлен в верхнее положение. Скребок следует обращаться осторожно, стараясь не поцарапать очищаемые детали, особенно детали из алюминиевых сплавов, так как шероховатые поверхности быстро покрываются коркой. Состояние стенок цилиндра (по осмотру и измерению), поршней (по измерению зазора), герметичность колец (по состоянию отверстия цилиндра: оно не должно иметь темных полос) и степень износа подшипников (по измерению зазора) проверяют техническое обслуживание, чтобы определить необходимость ремонта двигателя. При разборке и сборке двигателя следует использовать только гаечные ключи с рукоятками, рассчитанными на определенный максимальный крутящий момент. Гайки затягиваются с помощью гаечных ключей со специальными (моментными) рукоятками. Стрелка на рукоятке указывает на момент затяжки гайки. При снятии головки цилиндра будьте осторожны, чтобы отделить прокладку от блока или головки с широким ножом. Еще большую осторожность следует проявлять при извлечении картера, так как он герметизирован хрупкой пробкой или картонной прокладкой. Перед заменой уплотнений необходимо их тщательно проверить. Меры безопасности при проведении работ по техническому обслуживанию кривошипно-шатунного механизма Безопасность и охрана труда — это сочетание мер и моделей поведения, защищающих здоровье работника на рабочем месте. Работы под автомобилем не должны проводиться, если он поднят только с помощью домкрата. При необходимости работы под транспортным средством должны выполняться лежа на тележках с подголовниками. Оборудование, снятое с транспортного средства, должно перевозиться на специальных тележках. При работе под транспортным средством в смотровой яме, не имеющей освещения, можно использовать переносную лампу, подключенную к сети электропитания с напряжением не более 12 В. Ремонтно-восстановительные и демонтажные работы разрешается выполнять только с помощью инструментов, находящихся в хорошем состоянии и предназначенных для конкретной цели. Гаечные ключи должны быть точно подобраны по размеру к гайкам и болтам и не иметь биения и трещин. Во избежание несчастных случаев не используйте двойной ключ и не вынимайте рычаг. Тяжелые работы по демонтажу и монтажу оборудования должны выполняться с помощью специальных подъемников, захватов и тянущих устройств; связывание оборудования с канатом не допускается. Для слесарных работ разрешается использовать только пригодные к эксплуатации инструменты. Ударные молотки, кувалды и долота или поперечные резаки не должны заусенецовываться и должны быть установлены. Длина зубила и поперечного среза должна быть не менее 125 мм. Чтобы ножовка не перескакивала при распиле металла, сначала сделайте неглубокий паз треугольным напильником, а затем выполните операцию пиления. При работе со зубилом наденьте защитные очки и расположитесь так, чтобы летучие куски металла не могли поранить других. Никогда не работайте с файлами, которые не имеют деревянных ручек. При работе с электрической дрелью убедитесь, что она заземлена и что изоляция на шнуре питания непрерывна. При работе с дрелью надевайте резиновые перчатки и подкладывайте под ноги резиновый коврик. Помещения, в которых осуществляется обслуживание или ремонт свинцового бензинового автомобиля, должны быть оборудованы надежной приточно-вытяжной системой, баками и ваннами с керосином, а также умывальником с горячей водой и мылом. В этой главе подробно описаны шаги по замене изношенных деталей кривошипно-шатунного привода. Срок службы автомобиля будет значительно увеличен за счет ремонта. Повторное использование деталей с приемлемым износом и восстановление изношенных деталей, узлов и механизмов является решением проблемы ненужных расходов на новые детали. В главе также подробно описаны действия, которые необходимо предпринять в случае сбоев, чтобы продолжить использование деталей и вернуть их в работоспособное состояние. В этой главе представлены наиболее распространенные неисправности в приводе коленчатого вала. Охрана труда и техника безопасности являются важной частью ремонта транспортных средств. Во избежание несчастных случаев на производстве во время ремонтных работ на транспортных средствах большое значение имеет правильная организация рабочего места. Описанные меры обеспечивают поддержание здоровья работников. Заключение В ходе исследования мы детально изучили конструкцию и принцип работы кривошипно-шатунного механизма. Была рассмотрена каждая часть и ее цель. Были также рассмотрены вопросы о возможных неисправностях, повреждениях и методах их диагностики. Меры по замене изношенных частей кривошипно-шатунного механизма были подробно описаны. Проведенные исследования не позволяют детально описать все аспекты работы и функционирования кривошипно-шатунного механизма. Однако, исходя из поставленной цели, мы полностью раскрыли основные понятия, термины и структуру кривошипно-шатунного механизма. |