Меню
Покраска авто в Екатеринбурге. 2 000 - 5 000 руб./ед.
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Шатунная группа

Конструктивный обзор

Шатуны существующих конструктивных форм рядных двигателей могут быть разделены на три группы:

1) шатуны однорядных и V-образных двигателей с последовательным расположением одинаковых шатунов на одной шейке вала;

2) шатуны с центральным сочленением вильчатый II и внутренний / (рис. 270, а) V-образных двигателей;

3) главный III и прицепной IV шатуны (рис. 270, б) V-образных двигателей.

В шатунах однорядных двигателей, а также в вильчатых, внутренних и главных шатунах кривошипные головки соосны шейкам коленчатого вала. Ось пальца прицепного шатуна вынесена в сторону от оси шатунной шейки, поэтому кинематика сочлененного с ним поршня отлична от кинематики поршней центральных шатунов.

Последовательная установка шатунов на одну шейку вала в V-образном двигателе является наиболее простым конструктивным решением, преимущественно распространенным в автотракторных двигателях как обеспечивающим рациональное их производство. Однако при подобном размещении шатунов смещаются оси цилиндров, находящихся в одном отсеке, увеличивается длина двигателя на 1114% и соответственно его масса и возникают дополнительные моменты, изгибающие шатунную шейку вала.

Конструкция шатуна должна быть такой, чтобы он имел максимальную жесткость при минимальной массе.

Конструкция и форма поршневой головки шатуна определяются размерами поршневого пальца и способом его крепления. Преимущественное распространение в автомобильных двигателях получили плавающие пальцы, вращающиеся во время работы в шатуне и в бобышках поршня (рис. 271, с). В случае установки поршней из алюминиевого сплава проворачивание в бобышках возможно только после нагрева поршня до 100120 °С. Конструкции верхних головок шатунов с защемленными пальцами изображены на рис. 271, б.

К преимуществам защемленных пальцев следует отнести:

1) уменьшение диаметра пальца, сокращение опорной поверхности в шатуне и увеличение ее в бобышках поршня;

2) уменьшение возможных перекосов стержня шатуна, возникающих вследствие нарушения параллельности осей пальца и ша

тунной шейки из-за наличия зазоров в поршневой головке и в подшипнике кривошипной головки шатуна.

В двигателях с плавающими пальцами в поршневые головки запрессовывают с некоторым натягом бронзовые или биметаллические (стальные с заливкой тонкого слоя бронзы) втулки. При нагревании шатуна в первом случае натяг увеличивается вследствие разных коэффициентов линейного расширения бронзы и стали. Радиальная толщина стенки втулки обычно составляет 0,0800,085 диаметра пальца.

. i (схема рис. 271, а). В необработанных шатунах это отношение изменяется в пределах 1,35 1,45 (по максимальному радиусу). Длину поршневой головки выбирают из условия допустимого давления на палец или условий его защемления.

Верхняя часть поршневой головки имеет выступ А (схема //// и V, рис. 271, с и б), служащий для изменения массы комплекта шатуна или полоя^ения его центра тяжести.

Для упрочнения поршневой головки путем повышения ее жесткости и уменьшения концентрации напряжений выполняют следующее:

1) увеличивают радиус перехода р (схема ///, рис. 271, а) от полки стержня шатуна к наружной окружности радиуса Rx и уменьшают сужение до полного его устранения (схема IV);

2) располагают крайние полки шатуна в плоскости движения, что позволяет устранить консольность поршневой головки в плос-

кости, продольной оси пальца; подобное расположение двутаврового сечения стержня перспективно для применения в литых шатунах;

3) эксцентрично располагают отверстие под палец (см. размер ех на рис. 271);

4) применяют трехполочный стержень, что также устраняет кон-сольность поршневой головки и уменьшает изгиб пальца (схема IV).

Переход от внутренней полки к головке в виде арки (схема ///) позволяет значительно уменьшить концентрацию напряжений в зоне под поршневой головкой шатуна.

Отверстия для смазки поршневого пальца разбрызгиванием следует располагать в верхней части поршневой головки вне зон концентрации напряжений.

В четырехтактных дизелях силы давления газов, передающиеся через палец на втулку, в несколько раз превышают силы инерции масс поршневой группы. В результате этого палец в зазоре перемещается несимметрично относительно оси втулки, и толщина масляного слоя с обеих сторон пальца по оси действия этих сил будет различна. Для выравнивания толщины масляного слоя уменьшают опорную поверхность верхней части головки, как указано в схеме //.

Стержень шатуна симметричен относительно продольной оси кривошипной головки. Смещение стержня шатуна по отношению к кривошипной головке позволяет при двухпролетных валах уменьшить расстояние между осями цилиндров и длину двигателя, но в подоб

ных конструкциях наблюдается неравномерность износа шатунных шеек и вкладышей по ширине. Длину стержня шатуна выбирают при проектировании в зависимости от высоты двигателя и габаритных размеров картера.

Стернень шатуна изготовляют двутаврового сечения. Шатуны такого сечения хорошо штампуются и имеют большую жесткость при относительно малой массе. В автомобильных двигателях отношение высоты двутаврового сечения к ширине изменяется в преде-

двутаврового сечения кованого шатуна расположена в плоскости качапия.

К кривошипной головке шатуна предъявляются следующие требования:

1) высокая жесткость, обусловливающая надежную работу тонкостенных вкладышей;

2) минимальные габаритные размеры, определяющие контуры картера и положение распределительного вала, а также минималь-

ная масса, от величины которой зависят нагрузки шатунных и коренных шеек и их износ;

3) плавность форм, чтобы избежать больших концентраций напряжений, возникающих в местах изменения сечений и переходов;

4) возможность прохождения через цилиндр при демонтаже (непременное условие для двигателей с блок-картерами).

Кривошипные головки в многоцилиндровых двигателях выполняют разъемными (рис. 273, а и б). Крышку подтягивают с помощью болтов или шпилек, сила затяжки которых должна обеспечивать плотность стыка при работе двигателя на любом скоростном режиме. Для уменьшения габаритных размеров и массы кривошипной головки шатунные болты стремятся приблизить к оси шейки.

к продольной оси стержня шатуна. При косом разъеме сила инерции, действующая на болты, уменьшается.

Крышки кривошипных головок фиксируют от смещений в поперечном направлении призонными болтами (рис. 272, а и б и 273, б), выступами (рис. 273, в) в крышке или теле шатуна или треугольными шлицами (рис. 273, а). При первом виде фиксации возникают поперечные нагрузки в шатунных болтах. В случае недостаточной жесткости кривошипной головки эти нагрузки могут вызвать в болтах значительные напряжения изгиба и усталостные разрушения. Крышка может быть прикреплена к шатуну болтами или шпильками, ввертываемыми в тело верхней половины кривошипной головки.

(рис. 273, г). Для подгонки крышек шатунов по массе служат приливы А (рис. 273, а и б).

Верхние и нижние половины шатунных вкладышей четырехтактных двигателей работают в различных условиях. Верхнюю половину вкладыша нагружают в основном силы давления газов, которые передаются в течение сравнительно короткого отрезка времени рабочего цикла (в конце сжатия и в начале расширения). Нижнюю половину вкладыша нагружают силы инергши поступательно движущихся и вращающихся масс шатуна, действующие на вкладыши в течение значительно большего времени около 75 % времени рабочего цикла.

толщина слоя заливки 0,20,5 мм.

мм. Минимальный относительный зазор в подшипнике ограничивается его пропускной способностью масла и составляет 0,0005 мм. Осевой зазор (возможное перемещение кривошипной головки вдоль шатунной шейки вала) не превышает 0,10 0,15 мм. Большие осевые зазоры могут привести к центробежной откачке масла из подшипника и к падению давления в масляном слое. От проворачивания и осевых перемещений тонкостенные вкладыши фиксируют усики 1 (рис. 272, а), выдавленные у стыков и упирающиеся в соответствующие канавки, которые выфрезерованы в шатуне и крышке.

Долговечность подшипника во многом зависит от места подвода смазки. Антифрикционный слой может разрушиться под действием максимальных давлений в результате усталостного выкрашивания, а также из-за кавитации, возникающей при поступлении масла в подшипник. Вкладыши из свинцовистой бронзы подвержены также коррозионным разрушениям.

Вкладыши шатуна устанавливают с натягом, величина которого определяется толщиной вкладыша и диаметром шейки. Величина натяга для автотракторных двигателей колеблется в пределах 0,04 0,08 мм. При затяжке болтов в стенках вкладыша возникают предварительные касательные напряжения, достигающие 120150 МН/м2 при натяге 0,08 мм. Меньшее напряжение относится к толщине вкладыша 4,5 мм и большее к 2 мм. При натяге 0,06 мм напряжения соответственно равны 80 и 110 МН/мм2. Для предупреждения возникновения вибраций вкладыша предварительное напряжение должно быть не более 100 МН/м2.

Шатунные болты подвергаются однозначным переменным нагрузкам. Основной нагрузкой является сила инерции поступательно движущихся частей и центробежная сила массы вращающейся части шатуна за вычетом массы крышки.

При малой жесткости кривошипной головки опорные поверхности головки и гайки болта перекашиваются становятся непараллельными, в результате чего болт начинает изгибаться и в нем возникают дополнительные изгибные напряжения, не учитываемые расчетом. При проектировании шатуна в первую очередь стремятся уменьшить возможность возникновения изгибных напряжений в болтах путем повышения жесткости бобышек кривошипной головки, уменьшения кольцевых опорных площадей головки и гайки болта, а также применения сферических самоуста-навливающпхся опорных поверхностей головки и гайки.

Диаметр стержня болта должен быть меньше внутреннего диаметра резьбы (рис. 274). На практике площадь поперечного сечения болта принимается равной 80 96 площади поперечного сечения резьбы по внутреннему диаметру. Длина стержня болта с уменьшенным диаметром должна быть возможно большей (рис. 274, б и в). Упругий длип-ный стержень подвергается изгибу в большей степени; при этом разгружается резьбовая часть болта. Кроме того, с уменьшением жесткости болта одновременно понижается переменная составляющая нагрузки амплитуда (см. рис. 253) и возрастает усталостная прочность болта.

Для предохранения болтов от проворачивания делают подрезы головки болта (рис. 274, б), несимметричных головок (рис. 274, а) или фиксирующего выступа, расположенного с наружной стороны головки во избежание концентрации напряжений вблизи стержня.

Реклама