Подвижные детали КШМ

Поршневая группа двигателя включает в себя:

· поршень,

· поршневые кольца,

· поршневой палец.

Поршень является одним из наиболее важных элементов любого двигателя внутреннего сгорания. Именно на него, выпадает основная нагрузка по преобразованию энергии расширяющихся газов в энергию вращения коленчатого вала. Вот некоторые требования, которым должен соответствовать поршень:

· температура в камере сгорания может достигать более 2000°С, а температура поршня, без риска потери прочности материала, не должна превышать 350°С;

· после сгорания бензино-воздушной смеси, давление в камере сгорания может достигать 80 атмосфер. При таком давлении, оказываемое на днище усилие, будет составлять свыше 4-х тонн. Толщина стенок и днища поршня должна обеспечивать возможность выдерживать значительные нагрузки. Но любое увеличение массы изделия приводит к увеличению динамических нагрузок на элементы двигателя, что в свою очередь, ведет к усилению конструкции и росту массы двигателя;

· зазор между поршнем и поверхностью цилиндра должен обеспечивать эффективную смазку и возможность перемещения с минимальными потерями на трение. Но в тоже время зазор должен учитывать тепловое расширение и исключить возможность заклинивания

· изготовление должно быть достаточно дешевым и отвечать условиям массового производства

Рис. 2.14. Конструкция поршня

Изготавливают поршень из алюминиевого сплава или из чугуна. Для улучшения приработки на начальном этапе работы двигателя на поршень наносят тонкий слой олова (гальваническая операция) или графитизируют (покрывают слоем графита).

По конструкции поршень напоминает перевернутый вверх дном стакан (рис.2.14). Днище поршня – поверхность, обращенная к камере сгорания. Вид днища зависит от назначения двигателя и может иметь разнообразную форму – плоскую или фасонную, с углублением или выпуклую.

Рис. 2.15 Поршневые кольца: а - внешний вид, б - расположение колец на поршне, в - составное маслосъемное кольцо; 1 - компрессионное кольцо, 2 - маслосъемное кольцо, 3 - плоские стальные диски, 4 - осевой расширитель, 5 - радиальный расширитель.

На боковой цилиндрической поверхности поршня расположены канавки, которые предназначены для установки поршневых колец.Две канавки выполнены под компрессионные кольца (служат для создания компрессии – давления, уплотнения, а также для отвода тепла от днища поршня), и одна канавка под маслосъемное кольцо (рис.2.15).

Первое компрессионное кольцо имеет сечение с закругленной фаской, а второе – с острым «скребущим» концом, дополнительная функция – соскребание смазки со стенок гильзы.

Третье – маслосъемное кольцо - состоит из трех отдельных секций: двух узких боковых колец и помещенного между ними волнообразного расширителя. Общая толщина сборки составляет 3 мм.

Компрессионные кольца изготавливаются из чугуна. Для повышения износостойкости их хромируют. Детали маслосъемных колец изготавливают из стали.

В канавке под маслосъемное кольцо есть отверстия, через которые отводится излишек масла во внутреннюю полость поршня.

Днище и уплотняющая частьобразуют головку поршня.Для мощных дизельных двигателей (например, двигатели ЯМЗ) поршень отливают с чугунной вставкой. Этим достигается меньший износ поршня.

Нижнюю часть поршня называют юбкой. На этом участке в поршне находятся внутренние бобышки с отверстиями – место, куда устанавливается поршневой палец. Форма юбки может быть разнообразной в зависимости от назначения двигателя

Для компенсации тепловых деформаций, в поперечном сечении поршень выполнен виде овала(большая ось овала перпендикулярна оси поршневого пальца).Это связано с тем, что в районе бобышек под поршневой палец сосредоточен значительный объем металла. При нагреве, в плоскости поршневого пальца, расширение будет осуществляться в большей степени. Овальность и бочкообразность детали в холодном состоянии, позволяет иметь поршень, приближающийся к цилиндрической форме, при работающем двигателе.

Для шарнирного соединения поршня с верхней головкой шатуна служит поршневой палец. Через пальцы передаются значительные усилия, поэтому их изготовляют из легированных или углеродистых сталей с последующей цементацией или закалкой ТВЧ (токами высокой частоты).

Рис. 2.16. Шатунно-поршневая группа: 1 – бобышка, 2 – канавки под кольца, 3 – гильза, 4 – шатун, 5 и 6 – гайка и винт крепления крышки нижней головки шатуна, 7 – крышка нижней головки шатуна, 8 –нижняя головка шатуна, 10 – стопорное кольцо, 11 – поршневой палец, 12 – верхняя головка шатуна, 13 – вкладыш (подшипник скольжения) верхней головки шатуна, 14 – стержень шатуна, 15 и 16 - вкладыш (подшипник скольжения) нижней головки шатуна

Поршневой палец 11 (рис. 2.16) представляет собой толстостенную трубу с тщательно отшлифованной наружной поверхностью, проходящую через верхнюю головку шатуна и концами опирающуюся на бобышки 1 поршня.
По способу соединения с шатуном и поршнем пальцы делятся на плавающие и закрепленные (обычно в головке шатуна). Наибольшее распространение получили плавающие поршневые пальцы, которые свободно поворачиваются в бобышках и во втулке 13, установленной в верхней головке шатуна. Осевое перемещение поршневого пальца ограничивается стопорными кольцами 10, расположенными в выточках бобышек поршня.

Шатун шарнирно соединяет поршень с кривошипом коленчатого вала и служит для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное.

Шатун (рис. 2.16) состоит из:

· верхней головки 12, в которой имеется гладкое отверстие под подшипник поршневого пальца

· стержня двутаврового сечения

· нижней головки с разъемным отверстием для крепления с шатунной шейкой коленчатого вала. Крышка нижней головки крепится с помощью шатунных болтов.

Шатун изготавливают методом горячей штамповки из высококачественной стали.

Коленчатый вал воспринимает усилия от шатунов и передает создаваемый на нем крутящий момент трансмиссии автомобиля. От него также приводятся в действие различные механизмы двигателя (газораспределительный механизм, масляный насос, распределитель зажигания, насос охлаждающей жидкости и др.).

Он имеет коренные и шатунные шейки, противовесы, фланец для крепления маховика, носок, на котором установлены храповик пусковой рукоятки, распределительная шестерня и шкив привода вентилятора и водяного насоса. Шатунная шейка с щеками образует колено, или кривошип. Расположение колен на валу обеспечивает равномерное чередование рабочих ходов. Коленчатый вал штампуют из стали или отливают из специального легированного чугуна (в основном для двигателей легковых автомобилей небольшой мощности).

Количество шатунных шеек в двигателе, имеющем однорядное расположение цилиндров, равно числу цилиндров, а в V-образном двигателе - их в два раза меньше числа цилиндров, так как на каждую шатунную шейку устанавливают по два шатуна.

Рис. 2.17. Коленчатый вал

Маховик (рис. 2.18) представляет собой массивный диск, отливаемый из чугуна. Он повышает равномерность вращения коленчатого вала, что особенно важно при малой частоте вращения, и передает крутящий момент трансмиссии автомобиля. На обод маховика напрессован стальной зубчатый венец, предназначенный для вращения коленчатого вала стартером при пуске двигателя.