Разрушители легенд. Двигатель внутреннего сгорания. Часть №6. Кривошипно-шатунный механизм. Часть №1. Шатун.
Вся история существования и развития двигателей внутреннего сгорания(ДВС) непрерывно связана с применением кривошипно-шатунного механизма(КШМ), без которого двигатели в давно и всем известном виде просто непредставимы. Поршень в цилиндре движется прямолинейно-поступательно и преобразовать это движение во вращательное без КШМ не представляется возможным.
Чего наворотили на основе КШМ за последние сто лет можно посмотреть здесь:
При всём кажущемся совершенстве конструкций на основе КШМ попытки создать двигатель без КШМ не прекращаются по сей день. Ничего путнего на горизонте мы пока не наблюдаем, но изобретателей это не останавливает.
Двухсотлетнее стремление избавиться от КШМ давно уже выродилось в самоцель и, похоже, народ давно позабыл(или никогда и не знал?)первопричину этих потуг. Почему же конструкторы всех мастей с маниакальным упорством продолжают опять и опять изобретать велосипед?
Чем так не угодил КШМ создателям ДВС?
Я уже давал ответ на этот вопрос в предыдущих своих статьях, но сегодня хочу остановиться на этом вопросе подробнее. Давайте ещё раз рассмотрим конструкцию КШМ.
Давление газов в цилиндре ДВС равномерно распределено по поверхности "камеры сгорания". Вектор силы этого давления НА ПОРШЕНЬ действует вдоль стенок цилиндра в район оси вращения коленвала. Поршень воздействует на кривошип через шатун, который поворачивается при вращении коленвала на довольно значительный угол — соответственно шатун передаёт на кривошип хоть и бОльшую, но только ЧАСТЬ давления газов. Кривошип в свою очередь преобразует в крутящий момент только ту ЧАСТЬ передаваемого шатуном усилия, которая направлена по КАСАТЕЛЬНОЙ относительно коленвала — таким образом теряя ещё значительную часть передаваемого усилия. Все силы, которые не преобразуются в крутящий момент на коленвалу — деформируют коленвал, шатун, стенки цилиндров, поршень, подшипники и всё прочее типа блока цилиндров — в итоге взаимокомпенсируются через механизмы двигателя и потому полезной работы не совершают. Пропадают зря.
Давайте проследим путь СИЛЫ давления газов на поршень до выходного вала ДВС.
Как видно из рисунка — в каждом КШМ имеется ДВА узла, манипулирующих силами давления газов:
Первый такой узел — это сочленение ПОРШЕНЬ-ШАТУН.
Максимальный коэффициент трансформации силы(далее КТС) давления газов через шатун возникает когда шатун расположен по оси силы давления — соответственно этот момент возникает только в ВМТ и НМТ. По мере отклонения шатуна от вертикали передаваемая на кривошип сила уменьшается по закону Pt=P1*cos(β) от 100% до некоего минимума, возникающего при повороте кривошипа на 90 градусов после ВМТ.
"Наука" теплотехника несколько извращённо трактует взаимодействие сил в этом сочленении.
Третий закон Ньютона пока ещё никто не отменял, но некоторые уже давно и успешно его забыли — сила действия ВСЕГДА равна силе противодействия. Именно поэтому НА САМОМ ДЕЛЕ боковая составляющая вызвана силой ПРОТИВОДАВЛЕНИЯ, действующей в ответ на силу ДАВЛЕНИЯ газов. Поскольку эти силы взаимодействуют под углом — то и "возникает" третья сила, в полном соответствии с законами сложения и разложения сил. В старых учебниках по ДВС ещё можно найти адекватные иллюстрации:
Чем сильнее отклоняется шатун — тем БОЛЬШЕ получается сила(N) давления поршня на стенки цилиндра.
Чем сильнее отклоняется шатун — тем МЕНЬШЕ получается сила(Pt), передаваемая через шатун на кривошип!
Максимальный угол отклонения шатуна напрямую зависит от соотношения ДЛИНЫ ШАТУНА к РАДИУСУ КРИВОШИПА. Чем длиннее шатун — тем меньше возникающий угол. Лучше всего когда шатун длиннее плеча кривошипа в 4 раза и более — максимальный угол отклонения шатуна тогда минимален.
Алхимики от двигателестроения шифруются и потому у них своя система координат — они манипулируют соотношением длины шатуна и рабочего хода поршня — это соотношение у них принято обзывать "R/S". Как часто бывает(или это специально делается?) — общепринятый термин в очередной раз всё путает. Рабочий ход поршня к углу отклонения шатуна никакого отношения, конечно же, не имеет. Но поскольку в силу конструктивных особенностей КШМ рабочий ход поршня ровно в два раза больше радиуса кривошипа — то и такое соотношение можно использовать.
Только зачем?
Я терпеть не могу, когда термин перевирает техническую суть.
Потому я не буду использовать термин R/S в своём рассказе.
При коротком(3R) шатуне угол отклонения шатуна от вертикали достигает 20 градусов и, соответственно, передаваемое на кривошип усилие в сочленении ПОРШЕНЬ-ШАТУН уменьшается процентов на 6-7. Энергия не берётся из ниоткуда и не исчезает в никуда — всё, что недополучит от поршня кривошип, всё это усилие будет впечатывать поршень в стенки цилиндра, что многократно увеличивает трение в цилиндро-поршневой группе(что тоже чревато увеличением потерь мощности) и существенно ускоряет износ.
Т.е. часть сил давления газов замыкается в двигателе накоротко уже на этом этапе.
Чем короче шатун — тем сильнее он отклоняется от вертикали при вращении кривошипа и тем больше "ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ" потери сил в сочленении ПОРШЕНЬ-ШАТУН:
Потому, как ни странно прозвучит — но именно длина шатуна обуславливает МАКСИМАЛЬНУЮ эффективность КШМ в целом! Подавляющее большинство двигателей имеет шатуны длиной 3-3.5R — соответственно за счёт сочленения ПОРШЕНЬ-ШАТУН двигатель с такой геометрией никак не может передать на кривошип больше условных 95% сил, воздействующих на поршень.
Даже 5% потерь уже готового к употреблению момента — это очень дофига. Это просто неприлично много. В потугах хоть как-то отыграть эти потери применяют смещение оси движения поршня("дезаксиал"\"дезаксаж") — либо сдвигают точку крепления шатуна к поршню, либо сдвигают сами цилиндры в блоке так, чтобы шатун в зоне максимального давления газов был перпендикулярен(ну или хотя бы БОЛЕЕ перпендикулярен) днищу поршня и направлен строго вдоль вектора силы передаваемого через шатун давления:
Как видите — смещение уменьшает угол между шатуном и вектором силы давления газов в самом ответственном положении коленвала. За счёт этого средний момент, предаваемый шатуном на кривошип получается увеличить на 1-2 процента.
Это как бы немного, но не будем забывать, что это чуть ли не ПОЛОВИНА ПОТЕРЬ в сочленении ПОРШЕНЬ-ШАТУН. Соответственно при смещении оси движения поршня значительно снижается давление поршня на стенки цилиндра, уменьшается скорость поршня на рабочем такте, это в свою очередь приводит к уменьшению потерь на трение в цилиндре и к уменьшению износа ЦПГ. Уменьшается шум и нагрузки при перекладке поршня…
Но это всё ПРОИЗВОДНЫЕ от потерь в сочленении ПОРШЕНЬ-ШАТУН при отклонении шатуна от оси движения поршня. Я не буду влезать в дезаксиал глубоко — к сожалению он не решает всех проблем, а некоторые проблемы существенно усугубляет, увы.
Есть ещё одна проблема, которую вообще практически не озвучивают — это ДИНАМИЧЕСКИЕ потери. Дело в том, что шатун при работе двигателя движется по довольно замысловатой траектории. Длинный шатун(5R) перемещает поршень по очень близкой к синусоиде траектории. Так выглядит график ПЕРЕМЕЩЕНИЯ поршня на одинаковом коленвалу при разных шатунах(синяя кривая — при относительно длинном(5R) шатуне, красная при относительно коротком(3R) шатуне):
Как видите — отличия в кинематике поршня минимальны и непонятно о чём беспокоиться.
Но давайте посмотрим на график отклонения шатуна от оси движения поршня:
Как видите — максимальный угол отклонения шатуна отличается почти в два раза.
При длинном шатуне мы максимально теряем около 2% передаваемого момента(КТС=0.98), а при коротком — почти 6%(КТС=0.94). Т.е. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ потери передаваемого момента в сочленении поршень-шатун из-за более сильного отклонения короткого шатуна выше в ТРИ РАЗА!
На самом деле можно взять шатуны и ещё длиннее длинного(тогда потери уменьшаются всё медленнее) и ещё короче короткого(тогда потери нарастают лавинообразно) — но в реальном двигателестроении даже рассмотренные крайности применяются редко, а лезть в галимую теорию я смысла не вижу — меня интересуют чисто практические вещи.
Понятно, что на кону всего-то-навсего 4% от крутящего момента двигателя, но это очень не мало и это всё ещё СТАТИКА, о которой я писал выше.
Давайте смотреть ДИНАМИКУ.
График СКОРОСТИ поршней и шатунов уже начинает вызывать тревогу:
Дело в том, что скорость поршней в цилиндрах сильно влияет на сопротивление и износ.
А оба этих параметра — обратная сторона потерь энергии на трение.
Как видно на графике — скорость движения поршневой группы минимальна вблизи верхней мёртвой точки и вблизи нижней мёртвой точки, а максимальна — посередине хода поршня. Т.е. поршневая группа при каждом обороте коленчатого вала два раза разгоняется максимально и два раза тормозится до нулевой скорости.
Понятно, что каждый разгон и торможение требуют затрат энергии.
При возрастании скорости в два раза — ускорения(а значит и затраты энергии на разгон-торможение) возрастают в четыре раза. А как мы видим на графике — максимальная скорость поршневой группы при коротком шатуне на 3% выше.
Давайте посмотрим на ускорения поршневой при разных шатунах:
Ускорение в ВМТ отличается на 11% и затраты энергии на возвратно-поступательно движение поршневой группы увеличатся пропорционально!
Вблизи НМТ картина ещё более интересная — там ускорение поршневой группы с коротким шатуном имеет сложный характер. На первый взгляд максимальное ускорение ниже, но дело в том, что там выше скорость изменения ускорения — РЫВОК. А рывок — это ещё более энергозатратная(и разрушительная!) штука, чем ускорение.
Кому интересны подробности — читайте например тут.
Вот кривая РЫВКА этих же поршней и шатунов:
Как видно из графика максимальные скорости изменения ускорения при идеально РАВНОМЕРНОМ вращении коленвала находятся в районе 60 градусов ДО ВМТ и в районе 60 градусов ПОСЛЕ ВМТ. При коротком шатуне есть два явно выраженных всплеска в районе 25 градусов ДО НМТ(разгонный рывок) и в районе 25 градусов ПОСЛЕ НМТ(рывок торможения).
В четырёхцилиндровом РЯДНОМ двигателе рывки всех 4 цилиндров накладываются друг на друга — ведь они происходят одновременно в двух цилиндрах — при движении поршня вверх, и одновременно в двух других цилиндрах — при движении поршня вниз. Ещё и воспламенение в одном из цилиндров в районе ВМТ накладывается синфазно каждый такт…
Именно поэтому вибрации четырёхцилиндрового двигателя максимальны по амплитуде и потому именно он считается самым неуравновешенным.
Дезаксиал серьёзно ухудшает эту картину.
Но без него современный КОРОТКОШАТУННЫЙ двигатель немыслим.
В итоге вибрации двигателей получаются настолько высокими, что производителям пришлось изобретать и внедрять балансирные валы:
Эти неуравновешенные валы вращаются с вдвое более высокими оборотами, чем коленчатый вал — таким образом они тоже создают вибрации, но эти вибрации рассчитывают так, чтобы они действовали в противофазе к вибрациям коряво спроектированного КШМ и таким образом гасили их. Вот так производители "успешно" борются с проблемами, которые сами же и породили.
Правая рука не ведает, что вытворяет левая?
В результате внешних проявлений почти нет — трясётся короткошатунный двигатель не сильнее нормального длинношатунного, но внутри такого двигателя бушуют страсти — повышенные ударные нагрузки на коленвал и поршневую, значительные дополнительные вес и инерционные нагрузки, высокие ударные нагрузки на кучу дополнительных узлов — всё это приводит к ускоренному износу и повышенному расходу топлива…
Маниакальная страсть производителей ширпотребовских двигателей снять максимальную мощность с объёма завела индустрию в патовую ситуацию.
Мощность — это обороты.
Производители в погоне за оборотами(читай — за литровой мощностью) пошли по самому лёгкому пути — максимально снизили вес и РАЗМЕРЫ цилиндро-поршневой группы. Ну и получили что получили.
Паспортной МАКСИМАЛЬНОЙ мощности до сих пор приносят в жертву и момент, и экономичность, и ресурс.
При увеличении оборотов в 10 раз — скорости поршневой группы увеличиваются в 10 раз, ускорения увеличиваются в 100 раз, а рывок — в 1000 раз. Соответственно лавинообразно увеличиваются ДИНАМИЧЕСКИЕ потери момента, которые просто обязаны пагубно отражаться на итоговом КПД двигателя в реальной работе. Особенно на высоких оборотах. Но считать их я не буду — это уже высшая математика, а мне бы с арифметикой двигателя разобраться для начала…
На картинках даже в современных учебниках по ДВС нарисованы двигатели в тех пропорциях, какими их представляли себе инженеры начала прошлого века — они-то понимали толк в том, что делали. Но в жизни мы подобные пропорции найдём разве что в судовых и локомотивных двигателях.
Ну и разумеется — в двигателях Формулы-1, которым приходится крутиться с оборотами под 22000, из-за чего в них все эти современные извращения просто недопустимы…
Легковое же двигателестроение уже давно заблудилось в трёх соснах — современные двигатели ВСЕ короткошатунные и короткоходые — и бензинки и дизеля.
Это потороха двигателя старой школы:
Это потороха двигателя разработки 80-ых:
Ну а это уже потороха двигателя новой волны:
Потому поршня современных двигателей выглядят как-то так:
Поршня дизелей пока несколько крупнее из-за привычки размещать камеру сгорания в поршне:
Но как только камеру сгорания опять(история всегда развивается по спирали?) втиснут в головку блока(как это было на вихрекамерниках) — так и поршневая дизелей опять станет похожа на поршневую бензинок…
Не спрашивайте меня — почему промышленность не избавляется от шатуна. Я не знаю. Бесшатунные двигатели придуманы и успешно апробированы ещё в начале двадцатого века. Преимущества их явные и неоспоримые.
Вот, например, принцип действия двигателя Тоскина:
Вот принцип действия двигателя Баландина:
Вот сайт "разработчиков" — kbrusmotor.ru
Они "изобретают" двигатель, ПЕРВЫЙ прототип которого был ПОСТРОЕН в 1935 году… 🙁
Обратите внимание на раздел преимуществ двигателя Баландина — весь этот внушительный список определяется ТОЛЬКО отсутствием ШАТУНА.
А вот и сам двигатель в действии:
Эта абсолютно сбалансированная малютка весом 45кг выдаёт 200 лошадей практически на любом топливе(включая мазут и голую нефть) безо всяких хитрых механизмов и электронных систем.
Удельный расход топлива у двигателя Баландина в среднем на 10% ниже, чем у шатунных аналогов.
При этом НИЧЕГО подобного НИГДЕ не выпускается. Нахрен никому не надо.
Тем не менее энтузиасты не переводятся и стремление избавиться от сочленения ПОРШЕНЬ-ШАТУН привело к "созданию" множества подобных устройств:
Это только те конструкции, что мне попались в ютюбе за полчаса ковыряний. Наверняка полно и более интересных вариантов, но это нужно лопатить гору патентов…
Как видите — у всех конструкций на видео есть некое подобие кривошипного механизма, основная проблема которого таже самая, что и у шатуна — только гораздо более выраженная. И если в сочленении ПОРШЕНЬ-ШАТУН отклонение от вектора передаваемого усилия редко когда превышает 20 градусов(с соответствующей потерей 6-7% энергии), то в сочленении ШАТУН-КРИВОШИП это отклонение достигает 90 градусов — соответственно теряется(замыкается накоротко внутри двигателя) гораздо большее количество вырабатываемой энергии. Эта энергия тупо греет и разрушает двигатель.
Но кривошип — это гораздо более обширная тема и потому про него мы поговорим в следующей статье.
КП: Кинематика кривошипно-шатунного механизма
Данный проект посвящен Кинематическому анализу движения кривошипно-шатунного механизма в двигателе внутреннего сгорания. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение (например, во вращательное движение коленчатого вала в двигателях внутреннего сгорания), и наоборот.
Постановка задачи [ править ]
- Установление законов движения поршня и шатуна
- Составить уравнения перемещения, ускорения и скорости поршня и шатуна
Постановка задачи [ править ]
Дан центральный кривошипно-шатунный механизм, у которого ось цилиндра пересекается с осью коленчатого вала.
Примем следующие обозначения:
φ — угол поворота кривошипа в рассматриваемый момент времени
При φ =0 поршень занимает крайнее положение А1 – ВМТ
При φ =180° поршень занимает положение A2 – НМТ
β – угол отклонения оси шатуна
ω= πn/30 – угловая скорость вращения кривошипа
r = OB – радиус кривошипа
L = AB — длина шатуна
λ = r/L – безразмерный параметр КШМ
S = 2r = A1A2 — полный ход поршня
Решение [ править ]
Перемещение поршня:
При повороте кривошипа на угол φ перемещение поршня от его начального положения в ВМТ определяется отрезком АА1 и равно: Sп = AA1 = A1O− AO = A1O − (OC + CA) .
[math] S= R+L-(rcos\varphi+Lcos\beta )=r\left [ 1+L/R-(cos\varphi+L/Rcos\beta ) \right ]=r\left [( 1-cos\varphi ) +1/\lambda (1-cos\beta )\right ] [/math]
[math] sin\beta =r/L*sin\varphi=\lambda sin\varphi [/math]
Следовательно, [math] cos\beta =\sqrt
т.к. [math] cos\beta =1-1/2*\lambda ^2sin^2\varphi, [/math]
[math] S=r\left [ (1-cos\varphi )+\lambda /2*sin^2 \varphi ] [/math]
но т.к. [math] sin^2\varphi =\frac<1-cos2\varphi > <2>[/math] , то
[math] S=r\left [ (1-cos\varphi )+\lambda /4*(1-cos2\varphi ) \right ] [/math] — это выражение описывает перемещение поршня в зависимости от угла поворота кривошипа и геометрических размеров КШМ
Скорость поршня:
Выражение для определения скорости перемещения поршня как функцию угла поворота кривошипа можно получить путем дифференцирования по времени левой и правой части уравнения движения кривошипно-шатунного механизма.
[math] \frac <\mathrm
где [math] \frac <\mathrm
Следовательно имеем:
[math] \nu =r\omega(sin\varphi+ \frac<\lambda ><2>sin2\varphi) [/math]
Ускорение поршня:
Выражение для определения ускорения поршня можно найти путем дифференцирования по времени выражения для скорости поршня:
[math] j=\frac <\mathrm
откуда [math] J=r\omega^2cos\varphi+\lambda r \omega^2cos2\varphi=r \omega^2(cos\varphi+\lambda cos2\varphi) [/math]
Кинематика шатуна:
При вращении кривошипа шатун совершает сложное плоскопараллельное движение, которое можно рассматривать как сумму поступательного движения вместе с поршнем (с точкой А на рис. 9), кинематика которого рассмотрена, и углового движения относительно оси поршневого пальца, т. е. точки А.
Угловое перемещение шатуна шатуна относительно оси цилиндра определяется из уравнения:
[math] sin\beta =r/L*sin\varphi=\lambda sin\varphi [/math] (*):
[math]\beta =arcsin(\lambda sin\varphi)[/math]
Из последнего уравнения видно, что наибольшее отклонение шатуна при [math] \varphi=\pi /2 [/math] и [math] \varphi=3\pi/2 [/math] ,что соответствует [math] \beta_
Продифференцировав выражение (*) как уравнение с разделенными переменными, имеем
Угловая скорость шатуна ωш определяется путем дифференцирования по времени функции углового перемещения:
[math] \omega=\frac <\mathrm
Продифференцировав выражение (*) как уравнение с разделенными переменными, имеем [math] cos\beta d\beta=\lambda cos\varphi d \varphi [/math] ,
откуда [math] \frac
[math] \omega = \omega \lambda\frac
Угловое ускорение шатуна определяется путем дифференцирования по времени функции угловой скорости его:
[math] \varepsilon =\frac <\mathrm
Траектория движения КШМ
Шатун поршня: назначение, конструкция, основные неисправности
Шатун передает энергию от поршня к коленчатому валу. При этом он совершает два вида движения: круговое и возвратно-поступательное. Первое происходит в месте соединения его нижней головки с коленвалом, второе – в зоне соединения верхней головки с поршнем. Вследствие такой конструкции шатун постоянно испытывает высокие нагрузки во время работы.
Шатун поршня состоит из следующих элементов.
Поршневая головка
Верхняя (поршневая) головка представляет собой цельную неразборную конструкцию, которая соединяется с поршнем при помощи пальца: плавающего или фиксированного.
В верхней головке плавающего пальца обычно расположены бронзовые или биметаллические втулки. Если их нет, палец свободно двигается в отверстии головки шатуна. Для того, чтобы данный механизм функционировал нормально, ему требуется достаточное количество смазки.
Чтобы обеспечить необходимый уровень натяга, фиксированный палец вставляется в цилиндрическое отверстие меньшего диаметра.
Так как на верхнюю головку действуют очень высокие нагрузки, она имеет трапециевидную форму. Это позволяет увеличить опорную поверхность при работе поршня.
Кривошипная головка
Нижняя (кривошипная) головка соединяет коленчатый вал и шатун. Многие шатуны обладают разъемной кривошипной головкой, что зависит от метода сборки двигателя. Крышку головки с шатуном соединяют болты, штифты или бандажное крепление.
На каждый шатун можно установить только ту крышку, которой он оснащался с завода, так как она обладает определенным весом и размером. При ремонте данную деталь заменить нельзя.
По расположению стержня головка может быть прямой или косой. Последняя характерна для V-образных двигателей и используется для уменьшения размеров силового агрегата.
В нижней части шатунной головки располагаются подшипники скольжения, схожие с коренными вкладышами коленчатого вала. Их изготавливают из стальной ленты, которая изнутри обработана антифрикционным материалом с высокими износостойкими характеристиками. Особенностью этого слоя является то, что он работает только в присутствии моторного масла, а в режиме «сухого трения» очень быстро истирается.
Чаще всего его применяют на юбках поршней, дроссельных заслонках, вкладышах распредвала, подшипниках скольжения.
MODENGY Для деталей ДВС обладает следующими преимуществами:
-
Имеет широкий диапазон рабочих температур: от -70 до +260 °C
Повышает КПД двигателя
Снижает трение и износ
Защищает детали от задиров в режиме масляного голодания
Снижает расход топлива
Отверждается при комнатной температуре
Совместно с покрытием рекомендуется использовать Специальный очиститель‑активатор MODENGY. Он не только убирает разнородные загрязнения с поверхностей, но и образует пленку, улучшающую адгезию покрытия с основанием.
Силовой стержень
Силовой стержень многих шатунов имеет двутавровую форму и расширяется от верхней головки к нижней. В дизельных двигателях используются более прочные и массивные детали, чем в бензиновых. В спорткарах устанавливаются шатуны, изготовленные из алюминия. Благодаря такому решению снижается масса автомобиля.
Все шатуны должны иметь одинаковый вес, в противном случае усилятся вибрации при работе силового агрегата.
Из чего изготавливают шатуны?
Каждый производитель стремится уменьшить вес деталей КШМ и снизить производственные затраты. Но так как на шатуны в процессе работы двигателя воздействуют высокие нагрузки, уменьшать их массу нежелательно – это может пагубно отразиться на прочности изделий.
При массовом производстве шатуны для бензиновых двигателей изготавливают из специального чугуна методом литься. Это позволяет добиться практически идеального соотношения прочности и стоимости деталей.
В дизельных силовых агрегатах шатуны испытывают более высокие нагрузки, поэтому их производят из легированной стали методом горячей ковки или горячей штамповки. Получаемые детали прочнее, но при этом дороже литых.
В мощных автомобилях и спорткарах используются шатуны из титановых и алюминиевых сплавов. Они в два раза легче стальных и чугунных, что позволяет снизить вес двигателя и увеличить его оборотистость.
Большое значение играет конструкционный материал, из которого изготовлены болты крепления крышки шатунной головки. Их производят из высоколегированной стали, предел текучести которой в 2-3 раза больше, чем у обычной углеродистой.
Почему шатуны выходят из строя?
Основной причиной выхода шатунов из строя является износ деталей. Верхняя головка редко подвергается ремонту, а рабочий ресурс втулки нередко оказывается равен ресурсу самого двигателя.
Нарушение формы или разрушение шатуна может произойти вследствие гидроудара, попадания внутрь двигателя абразивных веществ и посторонних предметов, соударения головки блока и поршня.
Подшипники нижней головки могут выйти из строя вследствие недостаточного смазывания. Определить такую неисправность можно по замятию вкладышей, удлинению шатунных болтов, темно-синему окрасу шатунной головки и потемнению вкладышей.
К поломке шатуна приводит недостаточный уровень масла в двигателе, засорение масляного фильтра, загрязнение цилиндра абразивами и посторонними предметами.
Ремонт шатунов
Шатуны нуждаются в ремонте, если наблюдаются:
Износ зазора в верхней головке цилиндра
Износ поверхности и зазора в нижней части головки
Перед началом работ шатун тщательно осматривается, при помощи нутрометра измеряется диаметр детали, зазоры в верхней и нижней части.
Если все показатели в норме, менять шатун не потребуется. При деформации стержня отверстия головок перестают быть параллельными, что приводит к перекосу цилиндра. Об этом свидетельствуют повышенная шумность двигателя при работе на холостом ходу, следы износа на коленвале, головке шатуна, поршне и стенках цилиндра. Еще одним методом проверки шатуна на деформацию является его раскачка на специальной проверочной плите.
После проведения всех необходимых измерений приступают к ремонту.
Чтобы получить нужную геометрию зазора нижнего шатуна, необходимо убрать небольшое количество металла с поверхности крышки головки. После этого крышка ставится назад и фиксируется при помощи болтов.
Расточка отверстия головки по требуемому размеру производится на расточном или универсальном станке. После операции выполняется хонингование.
Если зазор под поршневой палец увеличен, бронзовая втулка под верхнюю головку меняется, и новая деталь принимает нужный размер. Очень важно, чтобы отверстия головки и втулки совместились. В этом случае масло не будет попадать на поршневой палец.
Шатунные вкладыши и юбки поршней рекомендуется дополнительно обработать антифрикционным покрытием.
Присоединяйтесь
Все материалы сайта https://atf.ru/ принадлежат
ООО «НОВЫЕ РЕШЕНИЯ» ИНН 5751054390
© 2004 – 2023 ООО «АТФ». Все авторские права защищены. ООО «АТФ» является зарегистрированной торговой маркой.
Какое движение совершает шатун?
Верхняя головка его, качаясь на поршневом пальце, участвует с поршнем в возвратно-поступательном движении, а нижняя вращается совместно с шатунной (кривошипной) шейкой коленчатого вала.
58.Назначение шатуна? Предназначен для передачи возвратно-поступательных движений от поршневой к колен валу, чтобы происходило преобразование во вращательные движения.
(Назначение шатуна заключается в передаче усилий от поршня к коленчатому валу.)
59.Назовите три подшипника дизеля? 1.Коренной-крепит к/в к фундаментной раме.(образован вкладышами)
2.Шатунный –крепит шатун к к/в (образован вкладышами)
3.Головной- верхней головке шатуна, в него вставляется поршневой палец (образован бронзовой втулкой)
60.Что называется кривошипом коленчатого вала? Две коренные шейки, две щеки и шатунная шейка
61. Из какого материала изготавливают коленчатые валы? Углеродистой и легированной стали
62.Каким образом уравновешивают коленчатый вал? 1 Расположение кривошипов вала под определённым углом
63.Назначение маховика? Уравновешивание коленчатого вала. Аккумуляция энергии и расходование её на преодоление сопротивления движительного комплекса.
64.Какое назначение имеет тронк поршня? Является направляющей при движении поршня в цилиндре
65. Какое назначение имеют автоматические регуляторы угловой скорости коленчатого вала? изменяют цикловую подачу топлива в цилиндры дизеля с падением или возрастанием внешней нагрузки
66.Какие системы пуска дизелей существуют? Система сжатого воздуха, электростартерный пуск
67. Каким образом повышают температуру в камере сгорания при пуске? прокачиванием через полости охлаждения горячей воды
68. Какими устройствами снабжают дизеля для уменьшения работы на сжатия во время пуска? декомпрессионными клапанами
69.Какого давление сжатого воздуха подаваемого в цилиндр дизеля? 3-5МПа
70.Какие механизмы входят в систему воздушного пуска? Главный пусковой клапан (ГПК), воздухораспределитель, пусковой клапан, воздушные баллоны.
71.Какое назначение имеют реверс –редукторы? Уменьшают скорость и изменяют направление гребного вала относительно коленчатого вала дизеля.
72.Из чего состоит реверс-редуктор? Из редукторной части — шестерёнчатые передачи для переднего и заднего хода; реверсивная- дисковая или конусная фрикционная муфта.
73.Материал из которого изготавливается выпускной коллектор? сталь чугун
74.Какие контрольно-измерительные приборы устанавливаются на выпускных коллекторах? Термометры
75.Какое назначение имеет глушитель? Он снижает звуковое давление (уровень шума) при выпуске газов и предотвращает вылет искр из дымовой трубы
76.Распишите схему газотубинного наддува? Цилиндр-Турбина-компрессор-холодильник –цилиндр
77.Зачем необходимо охлаждать надувочный воздух? больше поместится в цилиндр
78.Назначение газутурбинного наддува? Увеличение мощности дизеля за счёт увеличения свежего заряда (количества воздуха) в цилиндре дизеля.
79.Что называется степенью наддува? Отношение давления надувочного воздуха рн к давлению атмосферного воздуха ро
80.Под каким давлением при наддуве воздух попадает в цилиндры дизеля? 0,13-0,25МПа
81.Какое назначение имеет упорный подшипник? воспринимает осевой упор гребного винта т. е- силу, обеспечивающую движение судна
82.Как называется механизм, который состоит из редуктора и реверсивной муфты? Реверс – редуктор
83.Какое назначение имеет дейдвудное устройство? Опорой гребного вала служит дейдвудное устройство. Оно представляет собой дейдвудную трубу, закрепленную между переборкой и наружной обшивкой корпуса судна (ахтерштевнем)
84.Какой антифрикционный материал применяют в покрытии дейдвудных втулок? Бакаут (тропическое дерево), вулканизированная резина
85.Какой материал применяют в качестве набивки в дейдвудном устройстве? Резина, пенька
86.Чем смазывается дейдвудный подшипник? Для смазывания дейдвудной втулки вода подается из системы охлаждения.
87.Конструкция валопровода  |
88. Какие основные элементы входят в подшипник качения? (шарик или ролик, два кольца, сепаратор) 89.Какой из подшипников воспринимает осевые нагрузки?(шариковый радиально-упорный) 90.КПД подшипников качения? (0,99…0,995) 91.Какой смазочный материал применяют для подшипников качения при окружной скорости поверхности вала до 10 м/с? (солидолы, консталины – пластичные смазочные материалы) 92.Какой смазочный материал применяют для подшипников качения работающих при температурах свыше 300 град С? (коллоидальный графит-твердые смазочные материалы) 93. Перечислите основные детали системы газораспределения? впускные и выпускные клапаны, распред вал, коромысло, привод открытия и закрытия (штанга) 94.Сколько оборотов делает распред вал за один рабочий цикл? 1 об. 95.Для чего нужен тепловой зазор между штоком клапана и рычагом? Для компенсации удлинения штока клапана и штанги при их нагревании 96.Как регулируется тепловой этот зазор? регулируется винтом и фиксируется контргайкой. |