Что такое двигатель с облегченной шатунно поршневой группой

Шатунная группа

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/м 2 .

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.

Замена цилиндро-поршневой группы автомобильного двигателя.

Иногда возникает необходимость замены цилиндро-поршневой группы. В этой статье описан порядок действий по ее замене.

Когда нужна замена цилиндро-поршневой группы(ЦПГ)?

Замена нужна в случае серьезного повреждения гильз и поршней, вызванных лопнувшими кольцами, заклинивания мотора, износа цилиндров, сточенных до размеров последнего ремонта, или для форсирования двигателя. ЦПГ включает в себя гильзы цилиндров, поршни, поршневые пальцы, и поршневые кольца.

Особенности подборки и замены ЦПГ.

Приобретая комплект ЦПГ(иногда он называется гильзо-поршневая группа), не забудьте взвесить все поршни и шатуны. Если вы меняете шатуны, взвесьте новые, если нет, взвесьте старые. Разница в весе пары поршень-шатун для любого цилиндра не должна превышать 3-5 грамм. При разнице 10-15 грамм двигатель будет трястись во время работы. Разница в 20 и больше грамм будет сокращать ресурс мотора. Возможно удастся компенсировать разницу в весе используя более тяжелые шатуны с самыми легкими поршнями, и самые легкие шатуны с самыми тяжелыми поршнями.

Удобней менять ЦПГ на снятом двигателе. Замена ЦПГ на двигателе, установленном на автомобиле возможна лишь на моторах, в которых вставные гильзы можно просто выбить.

Замена ЦПГ

Для того, чтобы заменить ЦПГ, сделайте следующее:
1) Закатите автомобиль на яму. Можно делать и лежа под автомобилем, но неудобно.
2) Отключите и уберите аккумулятор.
3) Слейте масло и охлаждающую жидкость.
4) Если есть возможность снять двигатель, снимите и положите на моторный стол. Если нет, придется все делать на автомобиле.
5) Отсоедините все навесные узлы, карбюратор, коллекторы, гидроусилитель руля, инжектор.
6) Снимите головку блока цилиндров.
7) Снимите масляный поддон двигателя.
8) Открутите гайки бугелей шатунов, и снимите бугеля.
9) Осторожно постукивая рукояткой молотка, выбейте все поршни.
10) Положите вынутые поршни в керосин. Если вместе с ЦПГ меняете и шатуны, эта операция не нужна.
11) Подберите по весу поршень, палец и шатун для каждого цилиндра.
12) Специальным съемником извлеките гильзы из блока цилиндров.

13) Запрессуйте новые гильзы. В зависимости от модели двигателя могут понадобиться дополнительные действия. За подробностями обратитесь к инструкции по ремонту вашего автомобиля.

14) Соберите поршни и шатуны, закрутив гайки бугелей. Снова взвесьте их. Если разница больше 3-5 грамм, придется стачивать лишнее, пока вес не придет в норму. После этого пометьте гайки и бугеля и снимите их.

15) Оденьте на поршни поршневые кольца. Старайтесь не сломать их. Кольца должны подходить по размеру. Зазор установленного в гильзу кольца должен быть в пределах 0,2-0,9 мм.
16) С помощью оправки вставьте поршни в блок цилиндров, соблюдая направление. Чтобы выемки на поршнях совпадали с клапанами.
17) Очистите постели шатунов и вкладыши. Смажьте вкладыши маслом, и установите их в постели.
18) Оденьте шатуны на коленчатый вал.
19) Очистите бугеля и вкладыши, смажьте вкладыши маслом, и установите в бугеля.
20) Оденьте бугеля каждый на свой шатун, и затяните.
21) Очистите привалочную поверхность блока цилиндров и головки блока цилиндров.
22) Поставьте новую прокладку головки блока цилиндров.
23) Установите и затяните головку блока цилиндров.
24) Установите и затяните прокладку и масляный поддон двигателя.
25) Поставьте и подключите все навесное оборудование.
26) Залейте охлаждающую жидкость и масло.
27) Поставьте аккумулятор.
28) Заведите двигатель и обкатайте на холостых оборотах в течение восьми — десяти часов.
29) Обкатайте автомобиль в движении.

Заменить ЦПГ сможет любой водитель. В этой статье описан порядок действий по замене, и некоторые секреты, которые позволят хорошо отремонтировать мотор.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Что такое двигатель с облегченной шатунно поршневой группой

В шатунно-поршневую группу входят поршень, поршневые кольца, поршневой палец и шатун.

Поршень служит для восприятия давления газов при такте расширения и передачи его через поршневой палец и шатун на коленчатый вал, а также обеспечивает выполнение вспомогательных тактов цикла — впуска, сжатия и выпуска. В двухтактных двигателях поршень, кроме того, служит золотником газораспределительного механизма.

Поршень работает в весьма тяжелых условиях. На него действуют силы от давления газов и инерционные силы, он подвергается также действию высоких температур. В соответствии с условиями работы материал поршня должен обладать прочностью и износостойкостью, быть легким, хорошо отводить тепло. Этим требованиям удовлетворяют алюминиевые сплавы.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Преимуществами поршней, изготовленных из алюминиевого сплава, по сравнению с чугунными, являются меньшая масса (примерно в 2,5 раза), более высокая( в 3—4 раза) теплопроводность, малая (на 30% меньше) теплопередача от газов к поршню. В связи с этим их температура ниже, чем поршней, выполненных из чугуна.

Вместе с тем поршни из алюминиевых сплавов вследствие высокого коэффициента линейного расширения необходимо выполнять с большими зазорами между стенками цилиндра и поршнем. Они обладают меньшим сопротивлением износу, значительным снижением прочности при нагреве. Для устранения последнего недостатка поршни из алюминиевых сплавов подвергают термической обработке (закалке и старению). Для лучшей приработки поршня к цилиндру поверхность поршней двигателей ЗИЛ-130, ГАЗ-бЗА и других покрывают тонким слоем (0,002—0,006 мм) олова.

Поршень (рис. 19) состоит из головки с днищем и канавок и для поршневых колец, направляющей части и бобышек.

Днища поршней четырехтактных карбюраторных двигателей (рис. 20, а. б, в) могут быть различной формы (плоские, вогнутые, выпуклые и др.). Форма определяется конструкцией камеры сгорания. Наибольшее распространение получили плоские днища (рис. 20, а) как наименее нагревающиеся во время работы двигателя и более простые в производстве Днища поршней некоторых двухтактных двигателей (рис. 20, г, д, е-имеют отражатели-дефлекторы для на) правления горючей смеси и выпуска отработавших газов. Днища поршней у дизельных двигателей имеют самые разнообразные формы (рис. 20, ж, з. и, к). Чтобы придать днищу поршня большую прочность, у последнего с внутренней стороны делают ребра жесткости.

Рис. 19. Конструкция поршня дизельного двигателя:

Головка поршня имеет утолщенные боковые стенки для размещения канавок поршневых колец. Верхние канавки (см. рис. 19) служат для установки компрессионных колец, нижние — для маслосъемных. В поясе канавок для маслосъемных колец сверлят ряд сквозных отверстий для отвода масла, снимаемого со стенок цилиндра. Количество поршневых колец зависит от давления газов в цилиндре двигателя и частоты вращения коленчатого вала. Обычно на поршнях карбюраторных двигателей устанавливают 2—4 кольца, а на поршнях дизельных двигателей 3—5 колец. В головку поршня двигателя ЗИЛ-130 залито чугунное кольцо, в котором прорезана канавка для верхнего (наиболее нагруженного) компрессионного кольца.

Направляющая часть поршня направляет его движение в цилиндре и передает боковое усилие стенкам цилиндра. Длина направляющей части зависит от величины бокового усилия и выбирается такой, чтобы получить допустимые удельные давления.

Неравномерность нагрева поршня по высоте и различное раширение отдельных его частей обусловило изготовление поршней с возрастающим диаметром от головки к направляющей части. Зазор между поршнем и цилиндром в верхней части поршня составляет 0,3—0,8 мм, а в нижней 0,05—0,8 мм. Для предотвращения заклинивания поршня при нагреве и появлении стуков при большом зазоре между поршнем и стенками цилиндра поршни из алюминиевых сплавов выполняют с разрезом П- или Т-образной формы или придают направляющей части поршня овальную форму. Размер вдоль оси пальца делается на 0,15—0,30 мм меньше размера в перпендикулярном направлении. Для уменьшения передачи тепла от головки поршня к направляющей части между ними прорезают горизонтальную канавку. У некоторых конструкций поршней (для уменьшения массы) нерабочая направляющая часть их вырезана. Вырезы обеспечивают проход противовесов при вращении коленчатого вала (ГАЗ-53А, КамАЭ-5320 и др.).

Бобышками называются приливы с внутренней стороны поршня, в отверстиях которых устанавливается поршневой палец, соединяющий поршень с шатуном. В некоторых автотракторных двигателях ось поршневого пальца смещают на 0,02—0,03/3 относительно оси поршня (D — диаметр поршня) в сторону более нагруженной поверхности поршня, что приводит к перераспределению давлений на стенку цилиндра по длине направляющей части и предотвращает стуки поршня при изменении направления его движения.

Комплект поршней подбирается как по размерам, так и по массе. Отклонение по массе поршней одного комплекта не должно превышать г. С этой целью внизу направляющей части делают утолщение (буртик), с которого при подгонке удаляют излишний металл.

Рис. 20. Формы днищ поршней

Поршневые кольца, как уже было сказано, бывают двух типов: компрессионные и маслосъемные.

Компрессионные кольца служат для предотвращения прорыва газов из цилиндра в картер двигателя и проникновения масла в камеру сгорания, а также для отвода тепла.

Маслосъемные кольца предназначены для снятия излишнего масла со стенок цилиндра.

Основное требование, предъявляемое к кольцам,— плотное прилегание к стенкам цилиндра и к стенкам канавок в поршне. Плотное (без просвета) прилегание колец к стенкам цилиндра достигается их упругостью. Компрессионные кольца, устанавливаемые в канавках поршня, прижимаются к зеркалу цилиндра также и давлением газов, проникающих за кольца, и благодаря наличию масляного слоя создают уплотнение полости цилиндра.

Вырез в поршневом кольце называется замком. Формы замков поршневых колец бывают разные, но наибольшее распространение получил прямой замок, как наиболее простой в производстве. Чтобы избежать заклинивания нагретого кольца в цилиндре, оно должно иметь в замке небольшой зазор (0,15— 0,45 мм в карбюраторном двигателе и 0,30—1,0 мм в дизельном).

Поршневые кольца устанавливаются так, чтобы замки были расположены дальше один от другого. Кольца двухтактных двигателей фиксируются от проворачивания, так как их стыки могут попасть в зону расположения впускных, продувочных или выпускных окон.

Поршневые кольца имеют несколько меньшую высоту, чем канавки поршня. Величина торцевого зазора по высоте составляет 0,16—0,20 мм.

В поперечном сечении компрессионные кольца имеют различную форму: косой срез на внутренней стороне (рис. 21, а, б), канавки на торцах колец (рис. 21, г, д) или кольцевые канавки (рис. 21, ж).

Поршневые кольца с косым срезом на внутренней стороне или с канавками на торцах при сжатии скручиваются и принимают коническую форму, в результате чего боковая поверхность кольца касается зеркала цилиндра не всей поверхностью, а лишь узкой кромкой. Этим ускоряется приработка колец к цилиндрам и уменьшается расход масла.

При применении колец с трапецеидальным сечением, которые получили широкое распространение на дизельных двигателях, предотвращается возможность их застревания в канавках поршня при значительном отложении нагара.

Рис. 21. Поршневые кольца:

Для уменьшения попадания масла в камеру сгорания, помимо компрессионных колец, устанавливаются одно или два маслосъемных кольца (рис. 21, в, е, з), которые изготовляются с отверстиями или профрезерованными щелями.

Маслосъемные кольца двигателей ЗИЛ и ЯМЗ комбинированные. Такое кольцо (рис.21, У) состоит из двух стальных кольцевых дисков и двух расширителей — осевого и радиального 3. Кольца изготовляются из серого чугуна, легированного чугуна и из стали.

Наиболее распространенным способом изготовления чугунных колец является индивидуальная отливка и механическая обработка с последующей вырезкой замка и в ряде случаев термообработка. Для повышения износоустойчивости и ускорения приработки рабочую поверхность колец покрывают слоем хрома толщиной в 0,1—0,1 мм. Хромируются, как правило, два верхних компрессионных кольца. Все нехромированные кольца обычно подвергаются электролитическому лужению (толщина слоя 0,005— 0,01 мм) или фосфатированию. Лужение и фосфатирование ускоряют приработку и повышают сопротивляемость к коррозии.

Рис. 22. Поршень и шатун:
1 и 2 — компрессионные кольца; 3 — маслосъемные кольца; 4 — поршень; — верхняя головка; — нижняя головка; — стопорная шайба; и — шатунные болты; — вкладыши; — стержень шатуна; — втулка; — палец; — стопорные кольца

Поршневой палеи, служит для шарнирного соединения поршня с шатуном и передачи усилий, возникающих между ними. Палец должен быть прочным, жестким, износоустойчивым и легким. Для уменьшения массы он исполняется в форме полого цилиндра. Иногда внутри канала кольца делают перегородку, которая предотвращает возможное перетекание газов между впускными и выпускными окнами двухтактных двигателей (ПД-10У, П-350 и др.). Своими концами палец (рис. 22) устанавливается в отверстие бобышек поршня, а средней частью проходит через отверстие верхней головки шатуна. Чтобы палец не касался зеркала цилиндра, его делают несколько меньше, чем диаметр поршня, и удерживают от осевых перемещений стопорными пружинящими кольцами, которые вставляются в выточки обеих бобышек поршня, либо алюминиевыми заглушками.

В настоящее время преимущественное распространение получили плавающие пальцы, которые во время работы двигателя поворачиваются как в головке шатуна, так и в бобышках поршня, что обеспечивает их малый и равномерный износ.

Во втулке верхней головки шатуна палец устанавливается с зазором. Посадку пальца в отверстия бобышек поршня производят с натягом, для чего поршень из алюминиевого сплава нагревают до температуры 70—75 °С.

Поршневые пальцы изготовляются из углеродистой или легированной стали и подвергаются термической обработке. Необходимая твердость наружной поверхности при изготовлении пальцев из низкоуглеродистой стали достигается цементацией на глубину 0,5—2 мм или поверхностной закалкой токами высокой частоты на глубину 1—1,5 мм при изготовлении их из высокоуглеродистой стали. В процессе изготовления поршневые пальцы шлифуют и полируют.

Шатун служит для соединения поршня с коленчатым валом и передает коленчатому валу усилия, действующие на поршень при расширении газов и в обратном направлении при вспомогательных тактах.

Шатун состоит из стержня и двух головок — верхней, соединяемой с поршневым пальцем и нижней, соединяемой с коленчатым валом. Стержень шатуна имеет двутавровое сечение, постепенно увеличивающееся книзу и плавно переходящее в нижнюю головку шатуна. В тех случаях, когда во втулку верхней головки шатуна смазка подается под давлением, стержень шатуна имеет продольный канал, соединяющий обе головки.

При плавающем крёплении пальца верхняя головка шатуна изготовляется цельной и в нее запрессовывают втулку из латуни или бронзы. Для удержания смазки и распределения ее по поверхности поршневого пальца на внутренней поверхности втулки сделаны винтовые канавки, а для подвода масла служат кольцевая канавка на наружной поверхности втулки и в верхней головке шатуна и одно или несколько сверлений в стенке втулки. Длина верхней головки шатуна делается на 2—4 мм меньше расстояния между бобышками поршня для предотвращения перекосов при сборке, возможных из-за неточностей изготовления и вследствие удлинения деталей при нагревании во время работы.

Нижняя головка шатуна для удобства соединения с шейкой коленчатого вала делается разъемной и соединяется болтами и 9. Болты закрепляются либо гайками и шплинтами (наиболее распространенный способ), либо ввертываются в резьбовые отверстия тела шатуна и шплинтуются стопорными шайбами или проволокой.

Крышка нижней головки шатуна выполняется с ребрами и утолщениями различной формы, чем достигается достаточная прочность и жесткость, а следовательно, меньший износ подшипника и шейки коленчатого вала. Нижняя головка шатуна некоторых пусковых двигателей тракторов изготовляется неразъемной, в нее запрессовывается роликовый или игольчатый подшипник. В нижней головке шатуна иногда делают сверление, через которое периодически фонтанирует масло для смазки зеркала цилиндра, кулачков распределительного вала и толкателей.

Верхняя часть нижней головки шатуна и крышка обрабатываются совместно с большой точностью, поэтому переставлять крышку с одного шатуна на другой нельзя. Для предотвращения возможного разукомплектования на поверхности обеих половин нижней головки шатуна наносятся одинаковые цифры или метки спаренности, в соответствии с которыми осуществляют соединение крышки с шатуном.

В нижней головке шатуна расположен подшипник скольжения, представляющий собой тонкостенные вкладыши, изготовленные из стальной ленты толщиной 1—3 мм, внутренняя поверхность которой для уменьшения трения и износа шеек коленчатого вала покрыта тонким (0,15—0,5 мм) слоем антифрикционного сплава — баббитом, свинцовистой бронзой или алюминиевым сплавом АСМ-НАТИ. Для предохранения вкладыша от проворачивания или продольного смещения на его наружной поверхности делают выступы, входящие в соответствующие углубления нижней головки шатуна. В последнее время применяют сталеалюминиевые вкладыши, у которых поверх стального основания нанесен сплав А0-20.

В подшипниках дизельных двигателей в качестве антифрикционного сплава применяется свинцовистая бронза или сплав из алюминия, сурьмы и магния (АСМ). Антифрикционные сплавы должны обладать хорошей прирабатываемо-стью, высокой износоустойчивостью и теплопроводностью.

У V-образных двигателей шатуны противолежащих цилиндров бывают трех типов: – нижняя головка одного из шатунов (главного) (рис. 23, а) установлена на шейке вала. Головка этого шатуна имеет специальные ушки 4, с которыми при помощи пальца соединен второй (прицепной) шатун 3 – один из шатунов (рис. 23, б) имеет вильчатую нижнюю головку, в развилину которой входит другой шатун 5. В этом случае на шейке вала устанавливают общий удлиненный вкладыш, у которого внутренняя и середина наружной поверхности имеют антифрикционную заливку; – нижние головки обоих шатунов установлены рядом (рис. 23, в) на общей шейке вала. В этом случае шатуны имеют обычное устройство, но для их размещения один ряд цилиндров несколько сдвигают относительно другого вдоль оси вала.

Для обеспечения уравновешенности двигателя разница по массе комплекта шатунов, устанавливаемых на один двигатель, не допускается более установленной заводом-изготовителем.

Шатуны изготовляются штамповкой из углеродистой или легированной стали с последующей механической и термической обработкой. Шатунные болты и гайки изготовляют из высококачественных легированных сталей.

Hyundai Solaris

Дефектовка деталей шатунно-поршневой группы и блока цилиндров

После разборки тщательно очистите, промойте и просушите все детали шатунно-поршневой группы и блок цилиндров.

Вам потребуются: переносная лампа, набор плоских щупов, линейка, штангенциркуль, нутромер, микрометр, шабер.

1. Очистите поршень от нагара. Если на поршне есть задиры, следы прогара, глубокие царапины, трещины, замените поршень. Прочистите канавки под поршневые кольца. Это удобно делать обломком старого кольца.

2. Прочистите подходящим отрезком проволоки отверстия для стока масла в поршне, а также масляный канал в шатуне.

3. Проверьте зазоры между маслосъемным, компрессионными кольцами и канавками на поршне, предварительно очистив кольца от нагара. Номинальный зазор для компрессионных колец составляет 0,03–0,07 мм, предельно допустимый – 0,1 мм. Номинальный зазор для маслосъемного кольца 0,06–0,15 мм.

4. Наиболее точно зазоры можно определить замером колец и канавок на поршне. Для этого измерьте микрометром толщину колец в нескольких местах по окружности, затем с помощью набора щупов измерьте ширину канавок также в нескольких местах по окружности. Вычислите средние значения зазоров (разница между толщиной кольца и шириной канавки). Если хотя бы один из зазоров больше предельно допустимого, замените поршень с кольцами.

5. Измерьте зазоры в замках колец, вставив кольцо в специальную оправку. При отсутствии оправки вставьте кольцо в цилиндр, в котором оно работало (или будет работать, если кольцо новое)…

6. …продвиньте поршнем как оправкой кольцо в цилиндр, чтобы оно установилось в цилиндре ровно, без перекосов, извлеките поршень…

…и измерьте щупом зазор в замке кольца.

Номинальный/предельно допустимый зазор в замке, мм:

• 0,14–0,28/0,8 – верхнее компрессионное кольцо;
• 0,30–0,45/0,8 – нижнее компрессионное кольцо;
• 0,20–0,70/1,0 – маслосъемное кольцо.

Если зазор для первого компрессионного кольца меньше 0,3 мм, для второго – меньше 0,50, а для маслосъемного кольца меньше 0,8 мм, аккуратно сточите надфилем торцы кольца.

Рис. 1. Схема измерения цилиндра

7. Измерьте диаметр цилиндра в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 1) (В – вдоль, А – поперек блока цилиндров) и в трех поясах (на расстоянии 12 мм от верхней привалочной поверхности блока цилиндра, в средней и нижней частях цилиндра). Для этого необходим специальный измерительный прибор – нутромер. Овальность не должна быть больше 0,15 мм, а конусность – 0,1 мм. Если максимальное значение износа больше 0,15 мм или овальность и конусность превышают указанные значения, снимите двигатель с автомобиля, полностью разберите его и замените блок цилиндров.

8. Проверьте отклонение от плоскостности привалочной поверхности блока цилиндров двигателя. Приложите штангенциркуль (или линейку) к поверхности:

• в середине блока;
• в продольном и поперечном направлениях;

• по диагоналям плоскости.

В каждом положении определите плоским щупом зазор между линейкой и поверхностью. Это и есть отклонение от плоскостности. Если отклонение больше 0,05 мм, замените блок.

9. При замене деталей шатунно-поршневой группы необходимо подобрать поршни к цилиндрам по классу и одной группы по массе, а также поршневые пальцы к поршням по классу и шатуны по массе. Класс поршня нанесен на его верхнюю часть, а класс цилиндров – на правую стенку блока цилиндров между 2-м и 3-м цилиндрами.

10. Поршневые пальцы с трещинами замените. Палец должен легко входить в поршень от усилия большого пальца руки. Вставьте палец в поршень. Если при покачивании пальца ощущается люфт, замените поршень. При замене поршня подберите к нему палец по классу.

11. Замените сломанные кольца и расширитель маслосъемного кольца.

12. Замените шатуны, у которых обнаружены следующие дефекты:

• деформация шатуна;
• задиры и глубокие царапины во втулке верхней головки шатуна;
• шатунные вкладыши провернулись в нижней головке шатуна.

Крышки шатунов получают методом отрыва от тела шатуна. Шатуны обрабатывают совместно с крышками, поэтому разукомплектовывать их запрещается.

13. Осмотрите вкладыши. Если на их рабочей поверхности обнаружены риски, задиры и отслоения антифрикционного слоя, замените вкладыши новыми.

14. Измерьте нутромером внутренний диаметр Dв нижней головки шатуна в сборе с крышкой в трех направлениях:

• вдоль шатуна;
• под углом 45° по часовой и против часовой стрелки к предыдущему направлению.

Определите эллипсность нижней головки шатуна, для чего из большего измеренного значения надо вычесть меньшее. Если эллипсность больше 0,05 мм, замените шатун вместе с крышкой.

15. Измерьте штангенциркулем толщину Т шатунных вкладышей.

16. Измерьте микрометром диаметр Dн шатунной шейки коленчатого вала.

Шатунные шейки коленчатого вала по номинальному диаметру разбиты на три класса:

• класс 1 (Dн = 47,960–47,954 мм);
• класс 2 (Dн = 47,954–47,948 мм);
• класс 3 (Dн = 47,948–47,942 мм).

17. Рассчитайте зазор z между шатунными вкладышами и шейками коленчатого вала по формуле z = Dв – 2T – Dн. Номинальный расчетный зазор составляет 0,018–0,045 мм. Предельно допустимый зазор равен 0,1 мм.

Если фактический расчетный зазор меньше предельно допустимого, можно снова использовать вкладыши, которые были установлены.

Если зазор больше предельно допустимого, нужно заменить вкладыши на этих шейках новыми номинальной толщины, подходящего класса.

Для измерения зазоров между вкладышами и шейками коленчатого вала можно воспользоваться специальной калибровочной проволокой Plastigage.

Принцип измерения зазора заключается в сплющивании специальной пластиковой калибровочной проволоки и измерении ширины полученного отпечатка.

Для измерения зазора между шейкой вала и вкладышами используется отрезок калибровочной проволоки, длина которого на 2 мм короче, чем ширина вкладыша.

Калибр располагают в осевом направлении на шейке вала…

…и накрывают крышкой с установленным вкладышем. Чтобы калибр не сдвинулся в момент установки крышки, его можно «приклеить» к шейке вала тонким слоем консистентной смазки.

Затягивают гайки крышки установленным моментом. После этого отворачивают гайки и аккуратно снимают крышку с вкладышем.

Используя специальный прилагаемый измерительный шаблон, измеряют ширину отпечатка расплющенной калибровочной проволоки. Отпечаток может остаться на шейке вала А…

…или вкладыше Б. По специальной таблице пересчета нанесенной на шаблон, определяют зазор в соединении.

На торцовую поверхность шатунных вкладышей классов 1 и 3 нанесена маркировка, различающаяся по цвету: вкладыши класса 1 маркируют черной краской, класса 3 – зеленой. Вкладыши класса 2 не маркируются.

18. Вставьте шатун в поршень, смажьте поршневой палец моторным маслом и запрессуйте его в шатун на том же приспособлении, на котором палец выпрессовывали, или с помощью молотка и подходящей оправки, вставленной во внутреннее пальца. Поршень должен прижиматься бобышкой к верхней головке шатуна в направлении запрессовки пальца, что позволит ему занять правильное положение. Направление запрессовки должно совпадать с направлением стрелки, нанесенной на верхнюю часть поршня.

19. Установите поршневые кольца на поршень.

Устанавливайте компрессионные кольца маркировкой вверх.

Рис. 2. Расположение замков поршневых колец перед установкой поршня в цилиндр:

1 – замок верхнего кольца составного маслосъемного кольца; 2 – замок верхнего компрессионного кольца; 3 – замок нижнего кольца составного маслосъемного кольца; 4 – замок нижнего компрессионного кольца и расширителя маслосъемного кольца; 5 – поршневой палец

20. Сориентируйте кольца, как показано на рис. 2. Установите кольца на остальные поршни.

21. Установите вкладыш в шатун, совместив установочный усик вкладыша с выемкой на шатуне.

22. Смажьте моторным маслом зеркало цилиндра, поршень, поршневые кольца и шатунный вкладыш.

23. Установите на поршень оправку для сжатия колец и, вворачивая винт, сожмите кольца.

24. Проверните коленчатый вал так, чтобы его шатунная шейка, на которую монтируют шатунно-поршневую группу, установилась в ВМТ. Установите поршень цилиндра в соответствии с маркировкой номера цилиндра на шатуне.

25. Нажмите (например, ручкой молотка) на поршень и сдвиньте его из оправки в цилиндр до момента установки нижней головки шатуна на шатунную шейку коленчатого вала. Аналогично установите поршни в остальные цилиндры.

При установке поршней в цилиндры стрелки на поршнях должны быть направлены в сторону передней части двигателя.

При установке поршня плотно прижимайте приспособление для сжатия поршневых колец к блоку цилиндров, иначе поршневые кольца сломаются.

Устанавливайте поршень в цилиндр осторожно, чтобы нижней головкой шатуна не повредить шатунную шейку коленчатого вала.

26. Установите шатунные вкладыши в крышки шатунов, совместив установочный усик вкладыша с выемкой на крышке.

27. Смажьте моторным маслом вкладыши в крышках шатунов и шатунные шейки коленчатого вала.

28. Установите крышку шатуна, соединив шатун с шейкой коленчатого вала.

Крышку шатуна устанавливайте таким образом, чтобы метки на шатуне и на крышке, нанесенные при разборке, были расположены с одной стороны.

29. Установите болты крепления крышек шатунов. Болты затягивайте в следующем порядке:

• сначала моментом 17,7–21,6 Н·м;
• затем доверните болты на 88–92°.

30. Проверьте боковой зазор шатуна, он должен быть в пределах 0,10–0,25 мм. Предельно допустимый зазор составляет 0,35 мм. Увеличенный зазор указывает на чрезмерный износ щек кривошипа коленчатого вала. В этом случае замените коленчатый вал.

Что такое двигатель с облегченной шатунно поршневой группой

РЕМОНТ ШАТУННО-ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ (ШПГ) ДВИГАТЕЛЯ

Характеристика дефектов деталей ШПГ, способы их определения и устранения Поршни изготавливаются, как правило, из алюминиевых сплавов АЛ 4, АЛ 10В твердостью НВ 100—130. Их основными дефектами являются износ канавок под поршневые кольца, износ отверстий бобышек под поршневой палец, износ и задиры юбки поршня.

У поршня измеряют диаметры юбки, отверстия в бобышках и ширину канавок под поршневые кольца. Диаметры юбки поршня измеряют микрометром в плоскости качения шатуна и плоскости оси бобышек в двух сечениях.

Диаметры бобышек измеряют нутромером в вертикальной и горизонтальной плоскостях вблизи канавок для стопорных колец.

При износе канавок поршневых колец по ширине более 0,2 мм поршень выбраковывают. Износ отверстий в бобышках устраняется развертыванием отверстий под увеличенный палец. Поршневые пальцы изготавливаются из стали 20Х, 32ХНЗА с последующей цементацией или из сталей 40, 45 с последующей закалкой. Твердость поверхности НРС 56— 65. Основным дефектом пальцев является износ поверхностей сопряжения с втулкой верхней головки шатуна или бобышек поршня.

Диаметры поршневого пальца измеряют микрометром в двух взаимно перпендикулярных плоскостях в местах сопряжения его с бобышками и втулкой верхней головки шатуна.

Восстановление поршневых пальцев осуществляется гальваническим наращиванием (хромирование, железнение), пластическим деформированием (раздачей) с последующей термической и механической обработками.

Шатуны изготавливаются из сталей 45Г2, 40Х, 40, 45 с последующей закалкой и высокотемпературным отпуском до твердости НВ 207—289.

Основными дефектами шатунов является изгиб и скручивание стержня, износ поверхности отверстия верхней и нижней головок, поверхностей разъема нижней головки,’ поверхностей под головку и гайку шатунного болта.

Проверку диаметров головок производят индикаторным нутромером. Изгиб и скручивание шатуна проверяют при помощи приспособления КИ-724, предварительно собрав шатун с крышкой нижней головки (без вкладышей и втулки верхней головки).

Для шатунов двигателей всех марок изгиб не должен превышать 0,04 мм, а скручивание 0,06 мм на длине 100 мм (расстояние между контрольными штифтами). Шатуны правят методом обратного деформирования на специальных приспособлениях или под прессом. Для снятия остаточных напряжений шатуны после правки стабилизируют. При этом их нагревают в электрической печи до 400—450 °С, выдерживают при этой температуре 0,5—1,0 ч и затем медленно охлаждают на воздухе.

Износ поверхности нижней головки шатуна устраняют шлифованием плоскости разъема крышки с последующей расточкой нижней головки. При этом с крышки снимают слой металла толщиной 0,20—0,30 мм.

Верхнюю и нижнюю головки шатуна растачивают на станке УРБ-ВП-М. Овальность и конусность не должны превышать 0,02 мм.

После восстановления отверстия верхней головки шатуна производят запрессовку втулки с последующим растачиванием.

При расточке восстанавливают расстояние между осями верхней и нижней головок шатуна смещением центра расточки втулки. После расточки внутренняя поверхность, втулки раскатывается.

Втулки верхней головки шатуна изготавливаются из бронзы различных марок. Основными дефектами втулок является износ внутренней поверхности и ослабление посадки в верхней головке шатуна. Восстановление осуществляется пластическим деформированием (осадкой, раздачей) или гальваническим наращиванием (меднением). Восстановленную или новую втулку запрессовывают в верхнюю головку шатуна.

Запрессованные втулки предварительно растачивают с припуском на раскатывание 0,025—0,050 мм. Ролики и втулки при раскатке обильно смазывают дизельным топливом. Овальность и конусность не должны превышать-0,005 мм.

Комплектование деталей ШПГ двигателя

Детали ШПГ изготавливают по высокому классу точности. Сопряжения их имеют узкие пределы допустимых зазоров, что требует малого поля допуска на изготовление, что экономически нецелесообразно, поэтому детали ШПГ изготавливают с более широкими допусками и разбивают на три группы. Соединением деталей одной и той же группы (селективная сборка) добиваются заданных значений зазоров.

Кроме этого, детали ШПГ работают в условиях высоких скоростей и значительных знакопеременных нагрузок, поэтому несбалансированность движущихся деталей приводит к ускоренному аварийному износу и возможному отказу. Чтобы обеспечить динамическую сбалансированность кривошипно-шатунного механизма, поршни и шатуны одного комплекта подбирают по массе. Разница в массе шатунов различных двигателей обычно допускается в пределах 8—15 г, а разница в массе поршней не должна превышать 10 г.

Обозначение размерной группы и веса деталей приводится непосредственно на деталях (табл. 4.39). Вместо полной массы на деталях некоторых марок двигателей нанесены 2—3 цифры, обозначающие соответственно сотни, десятки, единицы граммов.

Подбор поршневых колец осуществляют по канавкам поршня и зазору в стыке. В зависимости от марки двигателя зазоры бывают величиной 0,03—0,25 мм. Верхнее компрессионное кольцо ставят с большим зазором. Величину зазора проверяют щупом. Правильно подобранное кольцо-должно свободно перемещаться в канавках и утопать под действием собственного веса. Зазор в замке проверяется-постановкой кольца в гильзу и последующим измерением.

Содержание и порядок выполнения работы

Ознакомиться с заданием и оснащением рабочего места. Проверить шатун на изгиб и скрученность на приборе КИ-724 (рис. 1) и произвести его правку в следующей последовательности:

Рнс. 1. Приспособление для проверки шатуна на изгиб и скрученность.

а —проверка шатуна на изгиб, б — установка индикаторов, в — установка разжимной оправки, г — проверка шатуна на скрученность; 1 — оправка; 2 — разжимная оправка; 3 — призма; 4, 7 — индикаторы. .5 — плита; 6 — упор; 8,10 — конусы; 9 — разжимная втулка оправки; 11 — гайка

— установить шатун на пресс и выпрессовать изношенную втулку из отверстия верхней головки шатуна;

— вставить вместо нее оправку с разжимной втулкой 9. Затем, закручивая гайку 11, конусами 8 и 10 закрепить оправку в отверстии шатуна; установить призму 3 с индикаторами 4 и 7 на оправку 1 таким образом, чтобы упор 6 призмы уперся в плиту 5. Не сдвигая призму с места, провернуть шкалу индикатора 4 АО совпадения нулевого деления с большой стрелкой индикатора. Провернуть призму на 180° и аналогично настроить индикатор 7;

— закрепить шатун на оправке 1 таким образом, чтобы призма 3, установленная на оправку 2, уперлась упором 6 в плиту 5. Отклонение большой стрелки индикатора 4 от нулевого положения покажет величину изгиба шатуна. Провернуть призму 3 на 180° и также по индикатору 7 определить величину скрученности шатуна. Скрученность шатунов тракторных двигателей допускается в пределах 0,05— 0,08 мм, а изгиб — 0,03—0,05 мм на 100 мм длины межосевого расстояния нижнего и верхнего отверстий шатуна;

— при наличии изгиба и скрученности шатун необходимо выправить с помощью приспособлений;

— для снятия остаточных напряжений после правки шатун нагреть в печи до 400—450 °С и выдержать при этой температуре в течение 30—60 мин. Затем оставить медленно остывать на воздухе;

— повторить проверку на изгиб и скрученность.

Запрессовать втулку в верхнюю головку шатуна и расточить ее под поршневой палец в следующей последовательности:

— при наличии изгиба и скрученности шатун выправить с помощью приспособлений и повторить проверку на изгиб и скрученность;

— допускается изгиб и скрученность шатунов соответственно 0,03 и 0,05 мм на 100 мм длины межосевого расстояния нижнего и верхнего отверстий шатуна. Желательно перед правкой нагреть его стержень до 450—600 °С;

— установить шатун на пресс и запрессовать новую втулку в отверстие верхней головки шатуна;

закрепить в отверстии нижней головки шатуна оправку 4 (рис. 1). Установить оправку вместе с шатуном на призмах 5 каретки. Уложить шаблон между упорами на подвижной каретке в кронштейне 5. Маховичком 6 переместить каретку до зажима шаблона между упорами каретки и кронштейном, застопорить каретку винтом 7. Надеть на шпиндель 2 центрирующий конус и маховиком ручного перемещения шпинделя совместить ось втулки шатуна с осью шпинделя. Опорой / и прижимной стойкой 3 закрепить верхнюю головку шатуна так, чтобы не нарушать

Рис. 2. Крепление шатуна при расточке втулки верхней головки: 1 — опора; 2 —шпиндель; 3 — прижимная стойка; 4 — оправка; 5 — призмы каретки; 6 — маховичок передвижения кареток; 7 — винт стопорения каретки; в —кронштейн соосности осей. Вывести шпиндель и снять с него центрирующий конус;

произвести расчет и установить вылет резца. Он при растачивании втулки верхней головки шатуна на станке УРБ-ВП-М определяется по формуле:

Н = (d п + d ш + S – б )/2

Таблица 1. Зазоры в сопряжении втулка шатуна — поршневой палец в двигателях различных марок