Установка шатуна на коленвал

Шатун преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала и шарнир-но соединен с этими деталями. При работе шатун совершает сложное движение в плоскости, перпендикулярной оси коленчатого вала, и подвергается воздействию высоких газовых и инерционных сил. Шатун должен обладать высокой прочностью, по возможности малой массой, но одновременно достаточной жесткостью, обеспечивающей стабильность формы и размеров, в частности отверстий под подшипники. В зависимости от типа кривошипно-шатунного механизма и расположения цилиндров можно выделить шатуны рядного типа двигателей с тронковым механизмом; шатуны прицепного типа многорядных двигателей (V-, W- и звездообразных); шатуны двигателей с крейцкопфным механизмом.

На рис. 1, а показана конструкция шатуна двигателя рядного типа, применяемая также и в V-образных двигателях с установленными на одной шатунной шейке коленчатого вала шатунами. В последнем случае приходится смещать левый и правый ряды цилиндров между собой в направлении оси коленчатого вала, что усложняет конструкцию корпуса и механизма передач.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Основными элементами шатуна являются: верхняя (или поршневая) головка/с запрессованной втулкой, в которой перемещается палец; стержень, соединяющий верхнюю головку с нижней (или кривошипной) головкой. С помощью нижней головки и ее крышки шатун соединен с шатунной шейкой коленчатого вала.

Верхнюю головку шатуна делают обычно неразъемной цилиндрической формы. В нее запрессовывают бронзовую втулку; в некоторых конструкциях применяют игольчатые подшипники. Для более рационального распределения нагрузки между бобышками поршня и шатуном верхняя головка часто имеет коническую форму сечения в плоскости оси отверстия под палец, для смазывания которого предусмотрены отверстия 8. Верхнюю головку помимо круглой делают и овальной формы.

Стержень шатуна испытывает осевую и поперечную нагрузки и имеет обычно двутавровое поперечное сечение, хорошо работающее на изгиб в плоскости качания шатуна. Во многих случаях для подачи масла к подшипнику верхней (поршневой) головки шатуна и поршню в теле шатуна на всю длину стержня просверливают канал. В этом случае предусматривается утолщение стенки, соединяющей полки двутавра. Возможны и другие формы сечения стержня (в частности, круглая с отверстием).

Нижнюю головку шатуна делают разъемной; ее габариты должны позволять вынимать поршень с шатуном, как правило, через цилиндр, что определяется условиями сборки двигателя. После установки поршня с шатуном в двигатель к нижней головке крепят ее крышку с помощью шатунных болтов и гаек. По конструкции нижние (кривошипные) головки шатунов отличаются большим разнообразием. Наиболее проста показанная на рис. 1, а плоскосимметричная конструкция. Стремление увеличить диаметр коренных шеек коленчатого вала при форсировании двигателей приводит к уменьшению толщины нижней головки в месте разъема. В связи с этим, а также для обеспечения возможности выемки шатуна через цилиндр широкое распространение получили шатуны с косым разъемом нижней головки (рис. 1, б), у которых стык по условиям прочности расположен под углом 42…50° к оси стержня шатуна. Для восприятия срезывающих сил в плоскости стыка применяют зубчатое (шлицевое) соединение с заданной плотностью прилегания.

В большинстве современных двигателей внутреннего сгорания применяют подшипники скольжения (рис. 2), выполненные в виде разрезных стальных вкладышей, залитых по поверхности, обращенной к шейке коленчатого вала, слоем антифрикционного материала (баббитом, свинцовистой бронзой, сплавом на основе алюминия, кадмия и др.).

В автомобильных и тракторных двигателях применяют тонкостенные вкладыши, устанавливаемые с натягом в расточку нижней головки шатуна (в случае коренных подшипников коленчатого вала — в расточку коренных опор). От осевого смещения и проворачивания под действием сил трения вкладыши удерживаются усиками, входящими в пазы.

В многорядных и звездообразных двигателях применяют шатуны прицепного типа (рис. 3). В этом случае к главному шатуну шарнирно с помощью проушин и пальцев присоединяют соответствующее число (в зависимости от числа рядов цилиндров двигателя) прицепных шатунов. Шатун прицепного типа проще главного по конструкции. Смещение относительно шатунной шейки вала оси сочленения главного и прицепного шатунов делает кинематику поршней боковых цилиндров несколько отличной от кинематики поршня главного цилиндра (обычно в этом случае требуется обеспечение равенства степеней сжатия по всем цилиндрам).

Наибольшим разнообразием отличаются шатуны V-образных двигателей. Компактность двигателя по длине при обеспечении рациональных размеров вдоль образующей подшипников коленчатого вала обеспечивается применением конструкции с шатуном прицепного типа. На рис. 4 показан вариант соединения нижней крышки с кривошипной головкой главного шатуна шпильками-штифтами, работающими на срез. В головку шатуна прицепного типа вставлена втулка, образующая вместе с закрепленным в главном шатуне пальцем подшипник скольжения. Иногда для повышения несущей способности подшипника шатуна осуществляют жесткое соединение шатуна прицепного типа с пальцем, обеспечивая подвижность последнего в проушинах кривошипной головки главного шатуна.

Идентичность кинематики поршней обоих рядов цилиндров V-образного двигателя обеспечивается применением центрально-сочлененных шатунов. Недостатком такой конструкции является относительно низкая жесткость кривошипных головок. Раздвоенная головка вильчатого шатуна сложна по форме, а ее элементы подвержены повышенным изгибным нагрузкам. Вильчатые шатуны отличаются расположением полок стержня по отношению к головкам.

Читайте также:  Расшифровка категорий водительских прав нового образца 2018

В отличие от тронковых двигателей шатуны крейцкопфных двигателей имеют разъемные верхнюю (крейцкопфную) и нижнюю, называемую в судовых дизелях мотылевой, головки.

На рис. 5 представлена конструкция шатуна и крейцкопфа с двусторонним и односторонним ползунами. Верхняя головка шатуна имеет вильчатую форму и соединена через поперечину с ползуном, опоры которого (башмаки), покрытые слоем баббита, перемещаются по специальным направляющим. Смазывание ползунов осуществляется через поперечины. Ползуны и поперечины изготовляют из стали, при этом на поперечины идет более качественная, легированная сталь.

Стержни шатунов крейцкопфных двигателей стальные, точеные, круглого сечения. Для регулирования степени сжатия двигателя между стержнем шатуна и его отъемной нижней (мотылевой) головкой ставят прокладки.

Для соединения разъемных головок шатунов всех типов в подавляющем большинстве случаев применяют шатунные болты.

Сила предварительной затяжки болтов должна обеспечить плотность стыка при длительной работе соединения. Шатунные болты изготовляют из высококачественных сталей и тщательно обрабатывают.

Коленчатый вал является наиболее напряженной деталью, трудоемкой в изготовлении. При работе вал нагружается переменными силами и моментами, подвержен крутильным, изгибным и продольным колебаниям, которые при неблагоприятных условиях (резонансные и близкие к ним режимы работы) могут существенно увеличить напряжения в вале от основных газовых и инерционных усилий. Шейки вала под действием трения подвержены износу. Поэтому коленчатый вал должен обладать высокой прочностью, жесткостью и износостойкостью.

Основным элементом коленчатого вала является колено, состоящее из коренной, шатунной шеек и щек. Последние могут быть выполнены как одно целое с противовесами для уравновешивания моментов, центробежных и инерционных сил; часто противовесы выполняют отдельно и крепят к щекам болтами. Современные двигатели имеют, как правило, полноопорные коленчатые валы. Число и взаимное расположение колен зависят от числа цилиндров, их расположения и тактности двигателя.

При этом важны равномерность вспышек по цилиндрам двигателя, а также уравновешенность сил и моментов инерции. Так, вал V-образного восьмицилиндрового четырехтактного автомобильного дизеля (рис. 6) имеет крестообразную форму, что при угле развала цилиндров 90° обеспечивает равномерное чередование вспышек.

На переднем конце вала располагают шкив привода вентилятора и генератора, зубчатое колесо привода масляного насоса, масляный отражатель. Часто на переднем конце вала, совершающем наибольшие по амплитуде отклонения при крутильных колебаниях, устанавливают специальные гасители колебаний. Они поглощают энергию колебаний, подводимую к валу двигателя извне, благодаря трению между элементами гасителя и тем самым уменьшают амплитуду колебаний. На рис. 7 показаны различные конструкции гасителей колебаний.

В настоящее время наиболее широко применяют гасители колебаний жидкостного трения, у которых равномерно вращающийся при работе двигателя маховик помещен в герметичный корпус, заполненный кремнийорганической жидкостью (силиконом). При колебаниях стенки корпуса перемещаются относительно равномерно вращающегося маховика, вовлекая в движение слои силикона и совершая работу трения.

Уменьшить опасность крутильных колебаний можно также созданием инерционных реактивных моментов в определенном сечении вала. Для этого в соответствующем месте устанавливают гасители колебаний маятникового или упругомассового типа.

Передний конец коленчатого вала уплотняют резиновым сальником, располагая его в специальной крышке. Уплотнение заднего конца коленчатого вала осуществляется также с помощью маслоотражателя и сальника; иногда применяют маслосгонную резьбу по направлению, обратному вращению вала. Вал вращается в коренных подшипниках, состоящих из двух тонкостенных стальных разрезных вкладышей, залитых, как и шатунные вкладыши, антифрикционным сплавом. Вкладыши устанавливают в расточках картера и в специальных подвесках, соединенных с картером шпильками. От осевых перемещений, возникающих вследствие применения косозубых шестерен, усилий в сцеплении и т. д. вал удерживается кольцами вкладыша, поверхность которых, обращенная к опорному поясу щеки коленчатого вала, покрыта антифрикционным сплавом.

Место положения упорного подшипника по длине вала может быть различным и зависит от компоновки двигателя. Подшипники вала смазываются под давлением; при этом смазочный материал подводится к коренным опорам, а затем по масляным полостям в коленах подается на шатунные шейки. Специальные грязезащитные полости в шейках коленчатого вала служат для улавливания частиц металла, нагара и других механических примесей и тем самым улучшают условия работы подшипников.

В тепловозных и среднеоборотных судовых двигателях применяются также цельные коленчатые валы. В крупных малооборотных судовых дизелях вследствие чрезвычайно больших габаритов и массы применяют составные коленчатые валы, состоящие из отдельных шеек, и отлитых из стали щек, соединенных между собой запрессовкой с натягом.

Иногда шатунную шейку и щеки отливают как одно целое, и вал в этом случае называют полусоставным.

Коленчатые валы изготовляют ковкой и штамповкой из стали, а также литьем из специального высокопрочного чугуна. При получении литых валов существенно сокращаются затраты на механическую обработку при обеспечении рациональных геометрических форм элементов вала, но литые валы уступают по прочности штампованным.

Поршни с шатунами

На днище поршня нанесено обозначение группы поршня по диаметру юбки, на передней части поршня — ремонтной группы и ремонтного размера поршня. Для облегчения индивидуального подбора поршней к цилиндрам каждый из размеров ремонтной группы подразделяют на размерные группы, в которых размеры поршней по диаметру юбки следуют через 0,01 мм. Все операции подбора поршней по цилиндрам необходимо проводить при температуре окружающей среды 17… 23 °С.

Читайте также:  Сколько надо заряжать фонарик от сети

Для облегчения индивидуального подбора поршневых пальцев поршни по диаметру отверстия под поршневой палец подразделяют на четыре размерные группы. Маркировку размерной группы по диаметру отверстий под поршневой палец осуществляют нанесением краски на бобышку поршня.

При замене поршней без замены гильзы цилиндров верхнюю кромку (буртик) гильзы, которая образовалась в результате износа гильзы под верхним поршневым кольцом, целесообразно обработать шабером или мелкозернистым шлифовальным кругом, установленным на пневматической или электрической дрели.

Поршни к цилиндрам следует подбирать так, чтобы зазор между стенкой цилиндров и юбкой поршня был 0,03…0,05 мм. Зазор определяется лентой-щупом толщиной 0,08 мм, шириной 10… 13 мм и длиной не менее 200 мм. Ленту-щуп протягивают через зазор между поршнем и цилиндром при неподвижном поршне с усилием 25… 45 Н, При этом поршень должен быть обращен днищем вниз, а лента-щуп должна находиться в плоскости, перпендикулярной оси отверстия под поршневой палец. Подбор поршней можно проводить не выпрессовывая гильзы из блока или после их выпрессовки. После подбора поршней к гильзам цилиндров необходимо на днищах поршней выбить порядковые номера цилиндров.

Посадку пальца в бобышках поршня выполняют с натягом 0,0025… 0,0075 мм. Допуск цилиндричности пальца равен 0,00125 мм в радиусном выражении. Стопорные кольца поршневого пальца следует устанавливать в канавках поршня с некоторым натягом, т.е. они не должны проворачиваться от усилия руки. Кольца, потерявшие упругость, следует заменить.

Шатуны

Нижнюю головку шатуна обрабатывают в сборе с крышкой, поэтому при разборке, контроле и сборке следует сохранять комплектность шатуна и крышки шатуна. Крышки шатунов центрируют по шлифованным поверхностям шатунных болтов. Ремонт верхней головки шатуна обычно заключается в выпрессовывании, запрессовывании и растачивании втулки. Усилие запрессовки втулки должно быть не менее 7 000 Н, При ремонте верхней головки шатуна размеры под втулку и палец должны соответствовать размерам, рекомендованным заводом-изготовителем. Для подбора пары поршневой палец — шатун размеры верхней головки шатуна (диаметр от-верстия под втулку) подразделяют на размерные группы, которые отличаются друг от друга на 0,0025 мм.

Рис. Подбор поршня к гильзе с помощью ленты-щупа:
а — гильза запрессована в блок цилиндров; б — гильза выпрессована из блока цилиндров

Сборка шатунно-поршневой группы

Для сборки шатуна с поршнем нужно подобрать поршневой палец к втулкам верхней головки шатуна и бобышкам поршня. Для соединения с шатуном поршень нагревают в масле или в электронагревательном приборе до температуры 55 °С. При этом палец в отверстие бобышки нагретого поршня должен входить плавно от усилия большого пальца правой руки. В таком соединении после охлаждения поршня появляется необходимый натяг 0,0025 …0,0075 мм.

Затем нужно сверить порядковые номера поршней и шатунов. Шатун закрепляют в тисках, устанавливают поршень, их соединение фиксируют пальцем. Поршень при сборке с шатуном должен быть установлен так, чтобы метка на днище поршня была направлена к передней части двигателя. Бобышка, выштампованная на шатуне для левой группы цилиндров, также должна быть направлена к передней части двигателя, т.е. в одну сторону с меткой на поршне. Для правой группы цилиндров при сборке поршня с шатуном бобышка шатуна должна быть направлена к задней части двигателя, а метка на днище поршня — к передней части.

После соединения и проверки шатунно-поршневой группы следует закрепить стопорными кольцами палец в бобышках поршня, затем тщательно протереть подобранные по канавкам и подогнанные к цилиндрам поршневые кольца и установить их на поршни с помощью специального приспособления. Поршни в сборе с шатуном необходимо проверить по массе. Детали комплекта, установленного на одном двигателе, не должны отличаться по массе более чем на 12 г, т.е. шатуны должны соответствовать по массе одной группе. Для установки поршней с шатунами в цилиндры блока нужно выполнить следующие операции:

  • повернуть блок двигателя, установить его на стенде вертикально, передней частью вверх;
  • последовательно, один за другим брать поршни с шатунами в сборе;
  • тщательно протереть салфеткой постель под вкладыши в нижней головке шатуна;
  • отвернуть гайки и снять крышку шатуна;
  • установить шатун с поршнем.

При этом рекомендуется надеть на шатунные болты специальные колпачки из латуни или меди, предохраняющие зеркало гильзы цилиндров от повреждений.

Затем необходимо проверить и продуть отверстие в нижней головке шатуна, служащее для разбрызгивания масла на стенки цилиндра, вставить вкладыши в шатун и в крышку, протереть салфеткой верхние вкладыши шатуна и поршень, установить на поршень кольца, располагая внутреннюю выточку вверх, развести стыки компрессионных колец по окружности поршня примерно на 120°. После установки развести стыки компрессионных колец на 180°.

Далее следует протереть салфеткой гильзы цилиндров блока и шатунную шейку, смазать чистым маслом, применяемым для двигателя, поверхность шатунного вкладыша, поршня, поршневых колец и гильз цилиндров, вставить поршень с шатуном в цилиндр, направив метку на днище поршня к передней части двигателя с помощью специального приспособления, довести подшипники шатуна до шейки коленчатого вала, продвигая поршень по цилиндру с помощью деревянной оправки, смазать маслом шейку вала и подтянуть нижнюю головку к ней, снять предохранительные наконечники с шатунных болтов и поставить на место нижнюю крышку шатуна, закрепив ее шатунными гайками.

Читайте также:  Лада приора печка дует холодным воздухом причины

Перед окончанием сборки нужно проверить суммарный осевой зазор между торцами шатунов и шатунной шейки коленчатого вала с помощью щупа и окончательно затянуть болты шатунных подшипников динамометрическим ключом. После затяжки каждой пары шатунных подшипников следует проворачивать коленчатый вал. Момент прокручивания вала при правильно подобранных радиальных зазорах в подшипниках должен быть не более 100 Нм. Аналогичные операции нужно провести при установке в цилиндры остальных поршней с шатунами.

Проверить соответствие размерной группы комплекта поршней и размерной группы гильз цилиндров.

Поршни одного комплекта на дизеле должны быть одной размерной группы, соответствующей размерной группе гильз цилиндров.

Зазор между поршнем

Разность массы поршней одного комплекта не должна превышать 10 г.

Разность массы шатунов в сборе с поршнями не должна превышать 30 г.

Проверить соответствие размерной группы шатунных вкладышей ремонтному или номинальному размеру шатунных шеек. Размерные группы поршней и гильз цилиндров приведены в таблице.

Перед установкой в гильзы поршней в сборе с шатунами и поршневыми кольцами следует протереть чистой салфеткой и продуть сжатым воздухом зеркало гильз цилиндров, наружную поверхность поршней, рабочую поверхность вкладышей шатунных подшипников и шейки коленчатого вала.

Некруглость и допуск профиля продольного сечения отверстия втулки верхней головки шатуна — 0005 мм. При запрессовке втулки должно быть обеспечено ее симметричное расположение относительно средней плоскости шатуна.

После растачивания поверхность отверстия втулки верхней головки не должна иметь рисок и задиров, шероховатость обработанной поверхности должна быть Rа≤0,63 мкм. На верхней поверхности втулки допускается одна спиральная или радиальная риска шириной не более 0,1 мм.

На поверхности шатунного болта трещины и риски не допускаются. Резьба болта должна быть чистой, без забоин и заусенцев.

На поверхности поршневого пальца не должно быть рисок, забоин и трещин.

Разность массы пальцев, устанавливаемых на один дизель, не должна превышать 10 г.

Не смазанный маслом палец должен легко от усилия руки проворачиваться в шатуне, не иметь поперечного качания и не выпадать из шатуна под действием собственной массы.

Радиальный зазор (просвет) между поршневым кольцом и контрольным калибром для верхнего компрессионного кольца не должен превышать 0,02 мм не более чем на 10 % поверхности и не ближе 20° от замка; а для маслосъемных колец — овальность должна быть в пределах 0,15. 0,65 мм. Зазор в стыке колец должен быть в переделах 0,3. 0,6 мм, причем подгонка этого зазора не допускается.

Предел прочности колец при изгибе кольца — не менее 441 Нм.

Сборку шатуна с поршнем и пальцем рекомендуется производить с помощью специальной оправки, показанной на рисунке 3.

На каждый поршень устанавливаются верхнее компрессионное кольцо, покрытое по наружной поверхности хромом, два (или одно) компрессионных конусных кольца и одно маслосъемное кольцо коробчатого типа с пружинным расширителем.

Компрессионные конусные кольца на торцовой поверхности у замка имеют маркировку верх, которая при установке колец должна быть обращена к днищу поршня. Стык расширителя маслосъемного кольца не должен совпадать с замком кольца.

Маслосъемные поршневые кольца устанавливаются меткой (выдавкой), нанесенной на поверхности кольца в 7. 20 мм от замка, к днищу поршня.

При вращении поршня, находящегося в горизонтальном положении, поршневые кольца должны свободно, без заеданий, перемещаться в его канавках и утопать в них под действием собственной массы.

Замки поршневых колец надо располагать на равном расстоянии по окружности.

Зеркало гильз цилиндров, поршни с поршневыми кольцами, шатунные шейки коленчатого вала и вкладыши шатунных шеек нужно смазать моторным маслом.

Замки рядом стоящих поршневых колец должны быть расположены под углом 180°.

Для установки поршней в гильзу блока надо использовать оправки И 806.01.200 и И 804.01.200.

Момент затяжки гаек шатунных болтов должен быть в пределах 180.. .200 Нм.

Осевой люфт нижних головок шатунов на шатунных шейках допускается не более 1 мм при любом положении коленчатого вала. У нового дизеля осевой люфт находится в пределах 0,15. 0,4 мм.

Момент проворачивания коленчатого вала после затяжки всех гаек шатунных болтов не должен превышать 60 Нм.

В ВМТ плоскость днища каждого поршня должна выступать над верхней плоскостью блока цилиндров на 0,3..0,55 мм.

Зазор между головкой поршня и гильзой на расстоянии 3 мм от верхней плоскости блока должен быть не менее 0,2 мм.

Также вам могут быть интересны эти заметки...

Adblock detector