Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм осуществляет основной рабочий процесс двигателя – преобразование энергии движения поршней во вращение коленчатого вала, которое в дальнейшем передается на ведущую ось автомобиля.

Двигатель

Назначение кривошипно-шатунного механизма

В блоках цилиндров рядных двигателей поршни перемещаются вверх и вниз, а в оппозитных, к примеру, в противоположные стороны в горизонтальной плоскости, но общая суть их движения не меняется – на языке физики оно называется возвратно-поступательным. Чтобы это движение преобразовалось во вращение колес, в двигателях внутреннего сгорания, вне зависимости от типа, используется особый механизм, построенный на применении кривошипа – то есть особого рычага, части коленчатого вала.

Кривошипно-шатунный механизм есть в двигателе внутреннего сгорания и швейной машинке Зингера

История создания кривошипно-шатунного механизма

Кривошипно-шатунный механизм был придуман задолго до появления первых автомобилей. Он использовался еще в восемнадцатом веке в конструкции штамповочных прессов, швейных машинок,  приводов колесной пары паровозов и многих других механизмов.

Вопрос преобразования энергии движущихся поршней во вращение колес стоял с самого момента появления двигателя внутреннего сгорания. По аналогии с существовавшими уже паровыми двигателями, инженеры, занимавшиеся его конструированием, решили применить для этих целей кривошипно-шатунный механизм. В современных поршневых двигателях модернизировано очень многое, но КШМ по-прежнему актуален и остается единственно возможной конструкцией. 

Устройство кривошипно – шатунного механизма двигателя

Практически все механические части двигателя представляют из себя одновременно части кривошипно-шатунного механизма. К нему относятся блок цилиндров, картер и головка блока цилиндров, шатунно-поршневая группа, коленчатый вал и маховик.

Коленчатый вал 

Коленчатый вал представляет собой деталь со сложной конфигурацией. Помимо опорных шеек, позволяющих ему крепко держаться в блоке, коленчатый вал имеет столько кривошипов или, как их называют, колен, сколько цилиндров конструктивно заложено в блоке двигателя.

Кривошип 

К каждому колену или кривошипу посредством сложной системы деталей крепится шатун поршня.

Кривошип отстоит от оси коренных шеек на определенный радиус, называемый радиусом кривошипа. От этого параметра зависит ход поршня.

В зависимости от конструкции блока цилиндров двигателя одно колено может служить основанием для крепления одного или более шатунов. Если двигатель рядный, к одному кривошипу крепится один шатун, если V-образный, то два шатуна. Этим, кстати, объясняется относительная компактность блоков цилиндров V-образных двигателей.

Колено и кривошип — одно и то же. Колено дало название коленвалу, а кривошип — кривошипно-шатунному механизму

Шатун

Шатун представляет собой деталь двутаврового сечения, имеющую верхнюю и нижнюю «головки».   В верхней «головке» шатуна помещается поршневой палец,  посредством которого шатун соединяется с поршнем. Нижняя «головка» шатуна выполнена разъемной,  для того, чтобы ее можно было соединить  с шатунной шейкой коленчатого вала с помощью шатунных крышек.

Поршень

Поршень представляет собой цилиндрическую деталь, выполненную из алюминиевого сплава, с отверстием под поршневой палец для соединения с шатуном. Поршень надевается на шатун, как стакан, донышком вверх, и закрепляется при помощи пальца.

Принцип действия кривошипно-шатунного механизма

Поступившая в цилиндр двигателя топливная смесь, при подходе поршня к верхней мертвой точке (крайнее верхнее положение поршня в цилиндре), поджигается посредством свечи зажигания или самовоспламеняется от давления, и расширяющиеся под  газы, образовавшиеся после сгорания смеси, начинают толкать поршень по стенкам цилиндра к нижней мертвой точке.

Так как поршень соединен с шатуном, он передает на него свое усилие и, подходя к нижней мертвой точке (крайнее нижнее положение поршня в цилиндре), шатун, за счет полного оборота кривошипа, к которому он прикреплен, приводит во вращательное движение коленчатый вал.

Вал, в свою очередь, через элементы трансмиссии передает крутящий момент на ведущие колеса автомобиля, приводя его в движение.

Практическая работа №1,2 Изучение устройства кривошипно

ДЕПАРТАМЕНТ
ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ

Методические
указания для студентов по проведению

практических
занятий

Для
специальности 190631
“Техническое обслуживание и ремонт
автотранспорта”.

Дисциплина
“Устройство
Автомобилей”.

2011

Методические
указания для студентов по проведению
практических работ / Методические
указания для студентов. – М., 2009. /140 стр.

Одобрено
редакционной комиссией ГОУ МТК

Протокол
№ _________ от ________________

Составители: Рыжиков
Ю. Н. — преподаватель

Рецензент: Букреева
И.И. — зам. директора по УМР

Предлагаемые
методические указания по практическим
работам дисциплины “Устройство
Автомобилей” адресованы студентам
Московского Технологического колледжа

Практические
работы закрепляют, углубляют и обобщают
знания полученные студентами во время
лекционных занятий в освоении конструкции
и устройства автомобилей. Студенты
узнают способ крепления и принцип работы
узлов и механизмов автомобиля, также
изучают системы автомобиля.

Предисловие

Настоящие
методические указания являются
руководством для выполнения студентами
практических работ по дисциплине “
Устройство Автомобилей
”, целью практических работ является
закрепление знаний по устройству
автомобилей, а так же выполнению простых
работ по техническому обслуживанию
узлов и механизмов, например таких как,
работы № 54,55,56 ”Замена тормозных
колодок”.

Практические
работы по изучению конструкции автомобилей
позволяют не только понять принцип
работы систем и механизмов, из каких
деталей они собраны, но и приобрести
навыки по ремонту и замене изношенных
деталей, так как студентам приходится
снимать, разбирать, устанавливать эти
узлы и механизмы на автомобиль. Тем
самым прививаются первичные навыки по
пользованию инструментами и
приспособлениями, что в дальнейшем при
изучении дисциплины “Ремонт автомобилей”
безусловно пригодится.

В
данных методических указаниях практические
работы посвящены изучению основных
механизмов и систем автомобиля:
кривошипно-шатунному механизму,
газораспределительному механизму,
системе смазки и охлаждения, системе
питания, изучению трансмиссии,
электрооборудования и др.

Проводятся
практические работы по рабочей программе
вслед за теоретическими занятиями и
являются завершающими в изучении тем
и разделов, это позволяет точно понять
конструкцию изучаемого механизма или
системы и закрепить пройденный материал.
Методические указания по практическим
работам предназначены для полного курса
изучения дисциплины и охватывают 4
семестра – второй и третий курс.

С
целью повышения эффективности выполнения
практической работы, студентам даётся
в методических указаниях пояснение к
практической работе, где излагается
теоретический материал по теме. Затем
приводится конкретное задание, что
студенты должны отразить в отчете по
практической работе. В раздел методических
указаний на каждую работу также дан
порядок выполнения практической работы,
где порой подробно описаны действия
студентов по снятию, демонтажу и монтажу
тех или иных механизмов. Для получения
оценки за практическую работу студенты
должны ответить на поставленные
контрольные вопросы, основные приведены
в разделе – контрольные вопросы. А для
этого приводится литература для
подготовки с указанием страниц изучаемого
учебника. Перед выполнением практической
работы студентам необходимо ознакомиться
с правилами безопасного выполнения
практической работы, в которых
конкретизируется опасность работ в
каждой практической работе. Студент
должен быть ознакомлен с общими правилами
безопасности выполнения практических
работ.

Цель
работы:

Изучить
устройство и детали входящие в кривошипно
— шатунную группу двигателя внутреннего
сгорания. Понять какую работу выполняют
детали КШМ и как они конструктивно
устроены.

Пояснение
к работе:

В
состав кривошипно-шатунного механизма
двигателя входят две группы деталей:
неподвижные и подвижные. К неподвижным
деталям относятся блок цилиндров,
служащий остовом двигателя, цилиндры,
головка блока или головки цилиндров и
поддон картера. Подвижными деталями
являются поршни с кольцами и поршневыми
пальцами, шатун, коленчатый вал, маховик.

У
двигателей блок цилиндров (рис. 1.1)
представляет собой массивный литой
корпус 6, снаружи и внутри которого
монтируются все механизмы и системы.

Нижняя
часть блока цилиндров является картером
7, в литых поперечинах которого расположены
опорные гнезда для коренных подшипников
2 коленчатого вала. Такую отливку часто
называют блок – картером 1.

В
блоке цилиндров растачиваются цилиндры,
в которых совершают работу поршни.
Цилиндры
с жидкостным охлаждением выполняют с
двойными стенками, причем внутренняя
стенка образует гильзу цилиндра. Полость
между гильзой и наружной стенкой
заполнена охлаждающей жидкостью.
Гильзы цилиндров являются направляющими
для поршней, в которых они совершают
работу, осуществляя возвратно –
поступательное движение под действием
газов, образующихся в результате сгорания
горючей смеси.

Изготавливают
гильзы из специального чугуна. На
наружной поверхности имеется одна или
две посадочные поверхности крепления
гильзы в блоке цилиндров. Внутреннюю
поверхность цилиндра подвергают закалке
с нагревом ТВЧ и тщательно обрабатывают,
получая «зеркальную» поверхность,
верхняя часть цилиндра наиболее
нагружена, так как здесь происходит
сгорание рабочей смеси, сопровождаемое
резким повышением давления и температуры.
Кроме того, в этой зоне происходит
перекладка поршня, сопровождаемая
ударными нагрузками на стенки цилиндра.
Для повышения износостойкости верхней
части цилиндров в карбюраторных
двигателях применяют вставки из
специального износостойкого чугуна,
запрессованные в верхней части цилиндра.
Толщина вставки 2-4 мм, высота 40-50 мм,
используемый материал — аустенитный
чугун.

«Мокрые»
гильзы могут быть установлены в
блок-картер с центровкой по одному или
двум поясам. Первый способ применяется
для постановки гильзы в алюминиевые
блоки, второй — в чугунные блоки.

Для
уплотнения нижнего центрирующего пояска
«мокрых» гильз применяют резиновые
кольца. Гильзы с центровкой по одному
нижнему поясу уплотняются одной медной
прокладкой под торцевой плоскостью
буртика.

Головка
блока цилиндров
закрывает цилиндры и образует верхнюю
часть рабочей полости двигателя, в ней
частично или полностью размещаются
камеры сгорания. Головки блока цилиндров
отливают из легированного серого чугуна
или алюминиевого сплава. Чаше всего они
являются общими для всех цилиндров,
образующих ряд.

В
головках блока цилиндров размещаются
гнезда и направляющие втулки клапанов,
впускные и выпускные каналы. Их внутренние
полости образуют рубашку для охлаждающей
жидкости. В верхней части имеются опорные
площадки для крепления деталей клапанного
механизма. В конструкциях с верхним
расположением распределительного вала
предусмотрены соответствующие опоры.
Для уплотнения стыка головки блока
цилиндров и блока цилиндров применяют
сталеасбестовую уплотняющую прокладку,
предотвращающую прорыв газов наружу и
исключающую проникновение охлаждающей
жидкости и масла в цилиндры. В двигателях
воздушного охлаждения головки блока
цилиндров делают оребренными. Причем
ребра располагают по движению потока
охлаждающего воздуха

так,
чтобы обеспечивался более эффективный
теплоотвод.

Поддон
картера
закрывает КШМ снизу и одновременно
является резервуаром для масла. Поддоны
изготовляют штамповкой из листовой
стали или отливают из алюминиевых
сплавов. Внутри поддонов могут выполняться
лотки и перегородки, препятствующие
перемешиванию и взбалтыванию масла при
движении автомобиля по неровным дорогам.
Привалочная поверхность, стыкующаяся
с блок — картером, имеет отбортовку
металла и усиливается для придания
жесткости стальной полосой, приваренной
по периметру. В нижней точке поддона
приваривается

бобышка
с резьбовым отверстием для сливной
пробки масла.

Подвижная
группа
включает в себя поршень, поршневые
кольца, поршневой палец. Поршень
воспринимает усилие расширяющихся
газов при рабочем ходе, и передает его
через шатун на кривошип коленчатого
вала. Детали шатунной группы и коленчатого
вала приведены на рисунке 1.2

1.2
Детали шатунной группы и коленчатого
вала:

1
— носок коленчатого вала; 2 — шкив; 3 —
храповик; 4 – распорно — упорная шайба;
5 — биметаллические упорные шайбы
переднего коренного подшипника;

6
— вкладыш коренного подшипника; 7 — вкладыш
шатунного подшипника; 8стопорное кольцо;
9 — поршневой палец; 10 — втулка; 11- отверстие
для смазки поршневого пальца; 12 — верхняя
головка шатуна; 13 — шатун; 14 — болт крышки
шатуна; 15 — бобышка шатуна; 16 — нижняя
головка шатуна; 17 — крышка шатуна; 18 —
шатунная шейка; 19 — противовес щеки; 20 —
коренная шейка;

21
— поршень; 22 — дренажные канавки для слива
масла; 23 — маслосбрасывающий гребень
задней коренной шейки; 24 — маслоотгонные
спиральные витки;

25
— сальник заднего коренного подшипника;
26 — маховик; 27 — зубчатый венец; 28 —
деревянный боковой уплотнитель; 29 —
резиновая уплотнительная прокладка;
30 — крышка заднего коренного подшипника;
31 — канал для смазки шатунного подшипника;
32 — центробежная ловушка для очистки
масла; 33 пробка ловушки; 34 — щека; 35 —
крышка среднего коренного подшипника;
36 вкладыш; 37 — медно-никелевый подслой;
38 — антифрикционный сплав СОС 6-6;

39
— крышка переднего коренного подшипника;
40 — шестерня

Шатунно
– поршневая группа представлена на
рисунке 1. 3

Поршневые
кольца предназначены для уплотнения и
герметизации соединения поршень –
цилиндр. На рисунке 1.4 приведены три
компрессионных и одно маслосъемное
кольцо.

Задание
студентам:

При
домашней подготовке к практической
работе повторить устройство кривошипно
— шатунного механизма, изучить назначение
деталей. На блоке цилиндров, установленном
на поворотном стенде, отверните снизу
поддон картера и снимите его. Заблокируйте
маховик фиксатором и отверните его.
Отверните гайки шатунных болтов и
снимите крышки шатунов. Снимите крышки
коренных подшипников. Выньте коленчатый
вал, верхние вкладыши, и поршни с шатунами.
Пометьте поршни, шатуны и крышки. Изучите
устройство деталей КШМ, осмотрите
состояние трущихся деталей. Соберите
шатунно — поршневую группу. Установите
коленчатый вал. Соедините шатуны с
коленчатым валом. Сборку произведите
в обратном порядке с учетом меток. В
отчете по практической работе дать
описание конструкции КШМ и входящих в
механизм деталей.

Порядок
выполнения практической работы:

На
учебном стенде блока цилиндров:

1. Отверните
   16 болтов и снимите картер.

2. Снимите
   маслосборник.

3. Отверните
   крышку и корпус масляного насоса.

4. Отверните
   гайки шатунных болтов и снимите крышки
   шатунов, выньте поршни с шатунами, при
   этом пометьте шатуны, поршни и крышки.

5. За
   зубчатый венец зафиксируйте от проворота
   маховик и отверните болты крепления
   маховика, снимите его.

6. Снимите
   сальники коленвала.

7. Отверните
   крышки коренных подшипников и снимите
   их вместе с вкладышами.

8. Снимите
   коленчатый вал.

9. Снимите
   вкладыши и упорные полукольца, пометьте
   их.

10. Изучите
    все детали КШМ.

11. Соберите
    блок цилиндров в обратном порядке.

Контрольные
вопросы:

1. Как
   удерживается от проворота коренные и
   шатунные вкладыши?

2. Зачем
   устанавливают упорные полукольца?

3. Перечислите
   основные части поршня.

4. Какие
   виды гильз вы знаете?

5. Какой
   зазор устанавливается между юбкой
   поршня и зеркалом цилиндра?

6. Перечислите
   детали КШМ.

7. Расскажите
   об устройстве и работе поршневых колец.

8. Как
   устроены коленчатые валы?

9. Как
   устроены блоки цилиндров и головки
   цилиндров, и как они соединяются?

Литература:

.Г.Пузанков
«Автомобили. Устройство автотранспортных
средств»

М.
И.Ц. «Академия»2006 Стр.46-48

Правила
безопасности выполнения работы:

Перед
работой навести порядок на рабочем
месте: инструмент разложить в порядке
удобном для работы, не допускается
наличие посторонних предметов. Снятые
детали установите в порядке их метки,
при этом не кладите их на край верстака.
Пользуйтесь исправным инструментом
при этом отворачивать и заворачивать
гайки движением к себе. Все работы вести
в присутствии преподавателя и сего
разрешения. Допускается выполнять
работу в хлопчатобумажных перчатках.

Коленчатый вал — x-engineer.org

Коленчатый вал — подвижная часть двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Его основная функция заключается в преобразовании линейного движения поршня во вращательное движение. Поршни соединены с коленчатым валом через шатуны. Коленчатый вал установлен внутри блока цилиндров.

Изображение: Кривошипный механизм двигателя (источник: Rheinmetall)

1. Поршни
2. Шатуны
3. Маховик
4. Коленчатый вал

Поршни, шатуны и коленчатый вал вместе образуют кривошипно-шатунный механизм .

Второстепенной функцией коленчатого вала является передача мощности другим системам двигателя:

• фазы газораспределения
• масляный насос
• охлаждающий (водяной) насос
• компрессор кондиционера
• генератор переменного тока и т. д. Коленчатый вал с коваными противовесами

  Коленчатый вал вставлен в блок двигателя через коренные шейки. Шатуны закреплены на шатунных шейках коленчатого вала. На противоположных сторонах шатунных шеек коленчатый вал имеет противовесы, которые компенсируют внешние моменты, минимизируют внутренние моменты и, таким образом, уменьшают амплитуды колебаний и напряжения в подшипниках. На одном конце коленчатого вала соединен маховик, а на другом конце — шестерня газораспределения.

  Изображение: Описание коленчатого вала двигателя (Источник: Rheinmetall)

  1. Сторонний или приводной конец
  2. Contresswes
  3. Main Haring Journal
  4. Conrod Journ шейки и шатунные шейки зависит от количества цилиндров и типа двигателя (V-образный, прямой и т.д.). Как на коренных, так и на шатунных шейках коленчатого вала имеются смазочные отверстия (масляное отверстие), через которые проходит масло при работающем двигателе.

     Изображение: Коленчатый вал ДВС с противовесами на болтах

     Крутящий момент двигателя не является постоянным, поскольку он создается только тогда, когда каждый поршень находится в цикле расширения. Благодаря этому на коленчатый вал насаживается маховик для сглаживания крутящего момента двигателя и снижения вибраций.

     На V-образных двигателях на одних шатунных шейках устанавливаются два шатуна. Благодаря такому расположению V-образный двигатель при том же числе цилиндров более компактен, чем рядный двигатель. Длина двигателя V6 короче длины рядного 6-цилиндрового двигателя (L6).

     Изображение: Анимация кривошипно-шатунного механизма ДВС (нажмите на нее)

     Между коленчатым валом и блоком двигателя на коренных шейках установлены подшипники коленчатого вала. Их роль заключается в уменьшении трения за счет слоя антифрикционного материала, который соприкасается с креплениями блока цилиндров.

     Производятся два типа коленчатых валов: литой и кованый . Противовесы также могут быть прикованы непосредственно к коленчатому валу или прикручены болтами (закреплены болтами с резьбой).

     Все поршни двигателя внутреннего сгорания передают свои усилия на коленчатый вал.