При контрольованому згорянні палива в ДВС автомобіля поршням надається зворотний поступальний рух. Для перетворення його в момент, що крутить, служить вузол КШМ - кривошипно-шатунний механізм, шарнірно закріплений до поршнів і коленвалу. Основних несправностей небагато, але для усунення потрібне повне розбирання двигуна.

Конструкція КШМ

На відміну від інших агрегатів автомобіля конструкція механізму кривошипно-шатунного умовно включає частину поршневої групи і колінчастий вал. Складається КШМ з рухомих деталей та нерухомих елементів. Один або кілька ступенів свободи мають:

• шатун та поршень;
• кільця компресійні, стопорні та маслознімні;
• палець поршневий та кільце стопорне;
• вкладиші, болт кріпильний та кришка шатуна;
• маховик та колінвал;
• противагу та шийки шатунні, корінні;
• вкладиші.

До нерухомих елементів відносяться головка та блок циліндрів.

Залежно від конструкції ДВСі кількості циліндрів кінематика кривошипно-шатунного механізму дещо видозмінюється:

• у рядному двигуні площина колінвала та циліндрів повністю збігається;
• у VR-подібному двигуні відбувається зміщення на кут 15 градусів;
• у W-подібному приводі величина усунення досягає 72 градусів.

Інакше кажучи, в рядному двигуні робочий цикл здійснюється по черзі чотирма циліндрами, що дозволяє поступово розподілити навантаження на коленвал. Для досягнення компактних розмірів ДВЗ модифікаціїз великою кількістю циліндрів розміщуються V-образно. Що також дозволяє пом'якшити навантаження на колінвал за рахунок гасіння частини енергії.

Креслення КШМ у розрізі

Щоб характеристика кривошипно-шатунного механізму була стабільною в момент перевантажень (висока температура, великий тиск і обороти, труднощі з подачею мастила), замість кулькових/роликових підшипників застосовуються елементи ковзання з шатунними та корінними вкладишами. Нерівномірність кутових швидкостей валу окремих циклах згладжується масивним маховиком з допомогою інертності цієї деталі.

Принцип дії та призначення

На відміну від електродвигуна принцип дії КШМ у двигунах внутрішнього згоряннязначно складніше:

• поршні по черзі виштовхуються з циліндрів при запаленні паливної суміші;
• всередині них шарнірно закріплені шатунні деталі складної конфігурації;
• колінчастий вал має посадкову поверхню П-подібного типу для нижньої головки шатуна, що забезпечує зміщення від осі обертання вала;
• за рахунок фіксованої відстані між поршнем і колінвалом шатун описує амплітуду у вигляді вісімки, за рахунок чого і перетворюється поступальний рух з циліндрів у момент, що крутить, на валу.

Основне призначення витратних елементів КШМ (вкладиші, втулки, кільця) полягає у збільшенні експлуатаційного ресурсу цього вузла. Оскільки число циліндрів досягає 16 штук у сучасних авто, пристрій та робота механізму КШ має бути ідеально збалансованою.

Поломки та проблеми кривошипно-шатунного механізму

Практично всі деталі КШМ є парами тертя, що підтверджує схема кінематики приводу автомобіля. Якщо діагностика даного механізму приводу внутрішнього згоряння виявила несправності, необхідний капітальний ремонт двигуна, оскільки проводиться повне розбирання.

Технічні особливості несправностей КШМ полягають у зносі деталей тертя. Основними поломками є:

• залеглі кільця на поршнях - через високу вироблення металу з'являється люфт, виникає перекіс і поршень заклинюється всередині циліндра;
• зношування пальців поршневих – замість фіксованого розміру між коленвалом/поршнем відстань виходить плаваючим, змінюються характеристики крутного моменту;
• вироблення поршневої групи - сточується дзеркало циліндра або поверхня поршня, змінюються характеристики ДВЗ;
• знос підшипників - шатунні або корінні вкладиші зникли, виникають ударні навантаження на вал.

Основними причинами несправностей стають тривалі навантаження, відсутність ТО, низька якість мастила або вироблення ресурсу приводу.

Залягання кілець поршневих

Зазначені несправності кривошипно-шатунного механізму діагностуються за ознаками:

• перебої у роботі мотора;
• постійне зменшення в картері рівня мастила;
• відпрацьовані гази приймають синій відтінок.

Поломка не може усуватися в домашніх умовах, оскільки необхідна висока кваліфікація майстра та повне розбирання двигуна.

Зношування поршнів і пальців

Ці конкретні несправності кривошипно-шатунного механізму виявляються за такими ознаками:

• пальці - незалежно від режиму роботи мотора у верхній частині блоку циліндрів чути дзвінкий стукіт, що пропадає при викручуванні свічки, що збільшується при наборі обертів валом;
• поршні - вихлоп синього кольору, аналогічний попередньому випадку стукіт, але тільки на неодружених оборотах, після прогріву зазвичай зникає.

Після діагностики цієї несправності обов'язково потрібно капремонт ДВС.

Знос підшипника шатунного та корінного

Неминуче знадобиться ремонт кривошипно-шатунного механізму при виробленні ресурсу підшипників, про який свідчать наступні фактори:

• підшипник шатуна - сигнальна лампа сповіщає про недостатній тиск мастила, стукіт глухий, що плаває, йде з середньої частини блоку циліндрів;
• підшипник корінний - сигнальна лампа горить, що свідчить про низький тиск масла, в нижній частині блоку циліндрів виникає глухий стукіт.

За аналогією із попередніми варіантами без капремонту обійтися не вийде.

Способи діагностики КШМ

Вищезазначені методики виявлення причин є високоточними. Служать приводом для поїздки на СТО, де може бути проведено кваліфіковане діагностування кривошипно комбінованого механізму майстрами, які мають необхідний досвід та практику робіт. Вони мають креслення кінематики з точними розмірами, допусками та посадками. Мають необхідне для цього обладнання.

Попередня на визначення стуків

Оскільки ремонт кривошипно-шатунного механізму відноситься до дорогих операцій капремонту двигуна, на початковому етапі майстер СТО позиціонує стукіт і шуми всередині блоку циліндрів. Для цього використовується стетоскоп (зазвичай модифікація КІ-1154 виробника Екранас). Технологія досліджень виглядає так:

• робоча поверхня стетоскопа тулиться до стінок БЦ на різних рівнях (у робочій зоні підшипників шатунних та кривошипних);
• двигун прогрівається до температури ОЖ 75 – 80 градусів;
• обороти збільшуються спочатку плавно, потім режим робіт змінюється різко;
• стукіт прослуховуються тільки при виникненні зазору більше 0,1 - 0,2 мм.

Характер стуку помітний виключно професіоналу:

• поршні об циліндр видають звуки, що клацають, на холодному двигуні;
• дзвінкий звук метал про метал при різкому збільшенні оборотів видає поршневий палець, рідше при неправильно виставленому (випередження) вугіллі запалювання;
• корінні підшипники звучать у низькій тональності;
• звук підшипників шатунних трохи різкіший.

Увага: Ця методика діагностики так само не є остаточною. Дозволяє майстру виявити наявність наявних дефектів з гарантією, що розбирати ДВС все ж таки необхідно для заміни витратних елементів.

Вимір сумарних зазорів у сполученнях

Зазвичай технічне обслуговування кривошипно-шатунного механізму здійснюється за допомогою установки КІ-11140 для визначення зазору в КШМ.

При цьому не потрібно знімати піддон картера та запускати двигун. Вимірюються зазори в головках шатуна:

• поршень діагностованого циліндра позиціонується у верхній "мертвій точці";
• колінвал стопориться, пристрій фіксується дома форсунки;
• шток упирається з натягом у дно поршня, затискається гвинтом;
• установка компресора приєднується до штуцера, створюється вакуум -0,06 МПа та тиск такої ж величини;
• після 2 – 3 циклів подачі зазначеного тиску та вакууму стабілізуються показання індикатора;
• потім індикатор налаштовується на позначку "0" у надпоршневому просторі при тиску;
• після чого до нього подається негативний тиск.

Сумарні зазори вимірюють щонайменше тричі, виводять середнє значення, порівнюють із допустимою нормою експлуатації з таблиць.

Визначення обсягу газу, що проривається в картер

Не придатна до експлуатації існуюча збірка кривошипно шатунного механізму авто, якщо перевірка газів, що прориваються, виявила більшу його кількість в картері. Вимірювання проводяться приладом КІ-4887-І наступним способом:

• газовитратомір підключається в порожнину картера і до глушника або вакуумної установки;
• двигун включається до режиму «під навантаженням»;
• гази, що прориваються, змінюють показання приладу на величину їх обсягу, що проходить в одиницю часу.

При значному зносі ДВЗ витрата може перевищувати 120 л/хв, потрібні додаткові регулювання витратоміра. Після від'єднання системи вентиляції картера всі додаткові отвори необхідно закрити заглушками/пробками.

Вимірювання тиску олії

Експлуатована збірка кривошипно-шатунного механізму вважається придатною до використання, якщо перевірка тиску олії задовольняє норму. Вимірювання проводяться приладом КІ-5472, що складається з рукава та манометра:

• штатний манометр скручується з маслофільтру;
• на його місце кріпиться прилад;
• двигун прогрівається до 70 – 80 градусів;
• фіксується значення магістрального тиску при оборотах холостого ходу

Гранично простий загальний пристрій системи мастила та приладу КІ дозволяє зменшити час діагностики.

Для ДВС карбюраторного типу вважається нормальною компресія не більше 0,7 МПа. Тому в деяких випадках діагностування СТО вимірює компресію прогрітого двигуна. При цьому різниця показань циліндрів не може перевищувати 0,1 МПа.

Технологія ремонту

Основне призначення капремонту КШМ – відновлення ресурсу поршневої групи та колінчастого валу. І тому реставруються посадкові місця, замінюються пальці, вкладиші.

Поршні та пальці

Поршень, що умовно входить у кривошипно шатунний механізм двигуна авто, виготовляється з алюмінієвих сплавів. Палець створений із легованої сталі, зношується менше.

У поршнів відновлюється дзеркало, геометрія канавок для кілець та бобишок, усередині яких знаходиться палець. Розміри поршневого пальця підбираються за температури повітря в майстерні 20 градусів залежно від розмірної групи поршня.

Ремонт шатунів

В основному виготовляють шатуни зі сталі 40Г, 40Х або ст45, характерними дефектами вважаються:

• вироблення металу посадкових місць;
• знос отворів;
• зміна геометрії (скручування та вигин).

Вибраковують кінематичний елемент механізму при аварійному згинанні, поломці та розкритті тріщин. В інших випадках вигини та скручування усувають при нагріванні до 500 градусів для зняття внутрішніх напруг. Посадкові поверхні фрезеруються, потім шліфуються наступного ремразмера.

Після цього, робота кривошипно шатунного механізму знову задовольняє вимогам регламенту ГОСТ. Заборонено видаляти шар металу більше 0,2 – 0,4 мм для дизелів, карбюраторних ДВЗ відповідно. Інакше порушується кінематична схема вузла.

Реставрація колінвалу

Основними нюансами ремонту колінчастого валу є:

• деталь виготовляється з магнієвого чавуну високоміцного, сталей ДР-У, 50Т, 40Х або ст45;
• основними дефектами стають вигин та вироблення сталі посадкових місць;
• рідше зношуються шпонкові канавки, ушкоджуються різьблення, розкриваються тріщини;
• ремонтопридатним вважається складання кривошипно-шатунного механізму з виробленням посадкових поверхонь та пошкодженими різьбленнями;
• тріщини більше 3 мм призводять до відбракування коленвала.

Після промивання масляних каналів та зовнішніх поверхонь виріб досліджується дефектоскопом. Вироблення відновлюють наплавленням Св-18ХГСА дроту із проточкою під ремонтні параметри. Шпонкові канавки фрезерують із заданою чистотою обробки. При цьому повинна дотримуватися схема установки шестерень.

Після шліфування колінвал балансують на динамічній установці БМ-У4 або КІ-4274.

Таким чином, кривошипно шатунний механізм КШМпростіше та дешевше підтримувати у працездатному стані. Для цього необхідно своєчасно проходити ТО і звертатися до сервісу до фахівців при найменшому сторонньому звуку в блоці циліндрів. У цьому випадку навіть капремонт обійдеться дешевше.

Якщо у вас виникли питання – залишайте їх у коментарях під статтею. Ми чи наші відвідувачі з радістю відповімо на них

Якщо є щось, що асоціюється з будь-яким автомобілем, це механізм двигуна. Як не дивно, принцип його дії мало змінився з того часу, як 120 років тому Карл Бенц запатентував свій перший автомобіль. Система ускладнювалася, обростала складною електронікою, удосконалювалася, але кривошипно-шатунний механізм (КШМ) залишився найвідомішим "портретом" будь-якого мотора.

Що таке КШМ і для чого він потрібний?

Двигун у процесі роботи повинен давати якийсь постійний рух, і найзручніше, щоб це було рівномірне обертання. Однак силова частина (циліндро-поршнева група, ЦПГ) виробляє поступальний рух. Отже, треба зробити те щоб один тип руху перетворився на інший, причому з найменшими втратами. Ось для цього і було створено кривошипно-шатунний механізм.
По суті, КШМ – це пристрій для отримання та перетворення енергії та передачі її далі іншим вузлам, які вже цю енергію використовують.

Строго кажучи, КШМ автомобіля складається з самого кривошипу, шатунів та поршнів. Однак говорити про частину, не розповівши про цілісну конструкцію, було б докорінно неправильно. Тому схема та призначення КШП та суміжних елементів розглядатиметься в комплексі.

Пристрій КШМ: (1 - корінний підшипник на корінній шийці; 2 - шатунний підшипник на шатунній шийці; 3 - шатун; 4 - поршневий палець; 5 - поршневі кільця; 6 - поршень; 7 - циліндр; 8 - маховик; 10 - колінчастий вал.)

1. Блок циліндрів- Це початок руху в моторі. Його складові – поршні, циліндри та гільзи циліндрів, у яких ці поршні рухаються;
2. Шатуни– це сполучні елементи між поршнями та колінвалом. По суті, шатун є міцною металевою перемичкою, яка однією стороною кріпиться до поршня за допомогою шатунного пальця, а іншою фіксується на шийці коленвала. Завдяки пальцевому з'єднанню поршень може рухатися щодо циліндра в одній площині. Так само шатун охоплює посадкове місце коленвала - шатунну шийку, і це кріплення дозволяє йому рухатися в тій же площині, що і з'єднання з поршнем;
3. Колінвал- Колінчастий вал обертання, вісь якого проходить через носок валу, корінні (опорні) шийки і фланець маховика. А ось шатунні шийки виходять за вісь валу, і завдяки цьому при його обертанні описують коло;
4. Маховик– обов'язковий елемент механізму, що накопичує інерцію обертання, завдяки якій двигун працює рівніше і не зупиняється у “мертвій точці”.

Ці та інші елементи КШМ можна умовно розділити на рухливі, виконують безпосередню роботу, і нерухомі допоміжні елементи.

Рухома (робоча) група КШМ

Як відомо з назви, до рухомий групі ставляться елементи, активно задіяні у роботі двигуна.

1. Поршень. При роботі двигуна поршень переміщається в гільзі циліндра під дією сили, що виштовхує при згорянні палива - з одного боку, і поворотом колінвала - з іншого. Для ущільнення зазору між ним та циліндром на бічній поверхні поршня знаходяться поршневі кільця (компресійні та маслознімні), які герметизують проміжок і перешкоджають втраті потужності під час згоряння палива.

   
   Пристрій поршневої групи: (1 - масляно-охолоджувальний канал; 2 - камера згоряння в днище поршня; 3 - днище поршня; 4 - канавка першого компресійного кільця; 5 - перше (верхнє) компресійне кільце; 6 - друге (нижнє) компресійне; 7 - маслознімне кільце, 8 - масляна форсунка, 9 - отвір в головці шатуна для підведення масла до поршневого пальця; 10 - шатун; пояс.)

2. Шатун. Це сполучний елемент між поршнем та коленвалом. Верхня головка шатуна кріпиться до поршня за допомогою пальця. Нижня головка має знімну частину, так що шатун можна надіти на шию колінвала. Для зменшення тертя між шийкою колінвала та головкою шатуна ставляться шатунні вкладиші – підшипники ковзання у вигляді двох пластин, вигнутих півколом.

   
   Влаштування шатуна

3. Колінвал. Це центральна частина двигуна, без якої складно уявити його принцип роботи. Основною його частиною є вісь обертання, яка одночасно служить опорою колінвалу в блоці циліндрів. Виступаючі за вісь обертання елементи призначені приєднання до шатунам: коли шатун рухається вниз, колінвал дозволяє йому описати нижньою частиною коло одночасно з рухом поршня. Так само, як і у випадку з шатунами, опорні шийки колінвалу лежать на підшипниках ковзання – вкладишах.

   
   Пристрій колінвалу

4. Маховик. Він кріпиться до фланця на торцевій частині коленвала. Маховик обертається разом із валом двигуна і частково демпфує неминучі в будь-якому ДВЗ ривкові навантаження. Але основне завдання маховика – розкручувати колінвал (а з ним і циліндро-поршневу групу), щоб поршні не завмерли у “мертвій точці”. Таким чином, частина потужності двигуна витрачається на підтримку обертання маховика.

Пристрій маховика

Нерухома група КШМ

Нерухомою групою можна назвати зовнішню частину двигуна, в якій знаходиться КШП.

1. Блок циліндрів. По суті, це корпус, у якому розташовуються безпосередньо циліндри, канали системи охолодження, посадкові місця розподільного валу, колінвалу і т.д. Він може виконуватися з чавуну або алюмінієвого сплаву, і сьогодні виробники все частіше використовують алюміній, щоб полегшити конструкцію. Для цієї мети замість суцільного лиття використовуються ребра жорсткості, які полегшують конструкцію без втрати міцності. На бокових сторонах блоку циліндрів розташовуються місця для допоміжних механізмів двигуна.

   
   Блок циліндрів

2. Головка блоку циліндрів(ГБЦ). Встановлюється на блок циліндрів та закриває його зверху. У ГБЦ передбачені отвори для клапанів, впускного та випускного колекторів, кріплення розподільного валу (одного або більше), кріплення для інших елементів двигуна. До ГБЦ, знизу, кріпиться прокладка(1) - пластина, яка герметизує стик між блоком циліндрів та ГБЦ. У ній передбачені отвори для циліндрів та кріпильних болтів. А зверху - клапанна кришка(5) — нею закривається ГБЦ зверху, коли двигун зібраний і готовий до запуску. Прокладка клапанної кришки. Це тонка пластина, яка укладається по периметру ГБЦ та герметизує стик.

Пристрій ГБЦ: (1 - прокладка ГБЦ; 2 - ГБЦ; 3 - сальник; 4 - прокладка кришки ГБЦ; 5 - кришка клапанна; 6 - притискна пластина; 7 - пробка маслозаливної горловини; 8 - прокладка пробки; 9 - напрямна втулка клапана; 10 - установча втулка;11 - болт кріплення головки блоку.)

Принцип роботи КШМ

Робота механізму двигуна заснована на енергії розширення при згорянні паливно-повітряної суміші. Саме ці “микрові вибухи” є рушійною силою, яку кривошипно-шатунний механізм переводить у зручну форму. На відео нижче, докладно описаний принцип роботи КШМ в 3Д анімайії.

Принцип роботи КШМ:

1. У циліндрах двигуна згоряє розпорошене та змішане з повітрям паливо. Така дисперсія передбачає не повільне горіння, а миттєве, завдяки чому повітря у циліндрі різко розширюється.
2. Поршень, який на момент початку горіння палива знаходиться у верхній точці, різко опускається вниз. Це прямолінійний рух поршня у циліндрі.
3. Шатун з'єднаний з поршнем та колінвалом так, що може рухатися (відхилятися) в одній площині. Поршень штовхає шатун, який одягнений на шию колінвала. Завдяки рухливому з'єднанню імпульс від поршня через шатун передається на колінвал по дотичній, тобто вал робить поворот.
4. Оскільки всі поршні по черзі штовхають колінвал за тим же принципом, їхній зворотно-поступальний рух переходить у обертання коленвала.
5. Маховик додає імпульсу обертання, коли поршень знаходиться в «мертвих» точках.

Цікаво, що для старту двигуна потрібно спочатку розкрутити маховик. Для цієї мети потрібен стартер, який зчіплюється із зубчастим вінцем маховика і розкручує його, доки мотор не заведеться. Закон збереження енергії у дії.

Інші елементи двигуна: клапани, розподільники, штовхачі, система охолодження, система мастила, ГРМ та інші – необхідні деталі та вузли для забезпечення роботи КШМ.

Основні несправності

Враховуючи навантаження, як механічні, так і хімічні, і температурні, кривошипно-шатунний механізм схильний до різних проблем. Уникнути неприємностей із КШП (а отже, і з двигуном) допомагає грамотне обслуговування, але все одно від поломок ніхто не застрахований.

Стук у двигуні.

Один із найстрашніших звуків, коли в моторі раптом з'являється дивний стукіт та інші сторонні шуми. Це завжди ознака проблем: якщо щось почало стукати, то з ним проблема. Оскільки у двигуні елементи підігнані з мікронною точністю, стукіт свідчить про знос. Прийде розбирати двигун, дивитися, що стукало, і змінювати зношену деталь.

Основною причиною зношування найчастіше стає неякісне ТО двигуна. Моторне масло має свій ресурс, і його регулярна заміна архіважлива. Те саме стосується і фільтрів. Тверді частинки, навіть дрібні, поступово зношують тонко пригнані деталі, утворюють задираки та вироблення.

Стук може говорити і про знос підшипників (вкладишів). Вони також страждають від нестачі мастила, оскільки саме на вкладиші припадає величезне навантаження.

Зниження потужності.
Втрата потужності двигуна може говорити про залягання поршневих кілець. У цьому випадку кільця не виконують своєї функції, в камері згоряння залишається моторне масло, а продукти згоряння прориваються у двигун. Прорив газів говорить і про порожню розтрату енергії, і це відчуває автовласник як зниження динамічних характеристик. Тривала робота в такій ситуації може лише погіршити стан двигуна і довести стандартну проблему до капремонту двигуна.

Перевірити стан мотора можна самостійно, вимірявши компресію у циліндрах. Якщо вона нижче нормативної для даної модифікації двигуна, значить, має бути ремонт двигуна.

Підвищена витрата олії.
Якщо двигун почав "жерти" масло, це явна ознака залягання поршневих кілець або інших проблем із циліндро-поршневою групою. Олія згоряє разом з паливом, вихлопної трубийде чорний дим, температура в камері згоряння перевищує розрахункову, і це не додає двигуну здоров'я. У деяких випадках може допомогти очищення без демонтажу двигуна, але в більшості випадків має бути розбирання та дефектування двигуна.

Нагар.
Відкладення на поршнях, клапанах та свічках запалювання говорять про те, що з двигуном є проблема. Якщо паливо не згоряє повністю, потрібно шукати причину несправності та усувати її. Інакше мотору загрожує перегрів через погіршення теплопровідності поверхонь із шаром нагару.

Білий дим із вихлопної труби.
З'являється, коли до камери згоряння потрапляє антифриз. Причиною найчастіше буває зношування прокладки ГБЦ або мікротріщини в сорочці охолодження двигуна, і для усунення проблеми необхідна її заміна.

Зволікати в цій ситуації небажано: маленька протікання може обернутися гідроударом. Камера згоряння наповнюється рідиною, поршень рухається вгору, але рідина, на відміну повітря, не стискається, і виходить ефект удару об тверду поверхню. Наслідки такої катастрофи можуть бути будь-які, аж до "кулака дружби" та продажу машини на запчастини.

Висновок

Незважаючи на високі навантаження, критичні умови роботи і навіть недбалість власників, кривошипно-шатунний механізм відрізняється завидною живучістю. Вивести його з ладу можна неправильним обслуговуванням, позаштатними навантаженнями, поломкою суміжних елементів. Так, двигун майже завжди можна відремонтувати, але ця послуга обійдеться в рази дорожче, ніж просто грамотне регулярне ТО. Недарма ж є двигуни "мільйонники", які здатні служити десятиліттями, не завдаючи проблем власнику машини.

шатунний технічний ремонт

Призначення КШМ. Кривошипно-шатунний механізм перетворює прямолінійний зворотно-поступальний рух поршнів, що сприймають тиск газів, в обертальний рух колінчастого валу.

Типи та види КШМ

• а) Незміщений (центральний) КШМ, у якого вісь циліндра перетинається з віссю колінчастого валу.
• б) Зміщений КШМ, у якого вісь циліндра зміщена щодо осі колінчастого валу на величину а;
• в) V-подібний кшм (у тому числі з причіпним шатуном), у якого два шатуни, що працюють на лівий та правий циліндри, розміщені на одному кривошипі колінчастого валу.

Склад КШМ. Деталі кривошипно-шатунного механізму можна поділити на дві групи: рухомі та нерухомі. До перших відноситься поршень з кільцями та поршневим пальцем, шатун, колінчастий вал і маховик, до других - блок циліндрів, головка блоку, кришка блоку розподільних зубчастих коліс та піддон (картер). В обидві групи входять також і кріпильні деталі.

Конструктивне виконання деталей. Головка блоку циліндрів призначена для закриття циліндра, в ній розміщуються впускні та випускні канали та клапани, а також форсунка або свічка. За типами головки блоку циліндрів поділяються на індивідуальні (а), групові (б) та загальні (в).

Головка блоку циліндрів, як правило, виготовляється з алюмінієвих сплавів методами точного лиття з подальшою механічною обробкою та має дуже складну форму. Головку кріплять до блоку циліндрів болтами або шпильками, затягування яких проводиться у певній послідовності та з певним моментом затяжки, рекомендованим заводом-виробником.

Циліндр - одна з основних деталей машин і механізмів: порожня деталь з внутрішньою циліндричною поверхнею, в якій рухається поршень. Циліндри також як і головка блоку циліндрів бувають: індивідуальні, групові та загальні.

Існує два типи гільз:

"Сухі" це гільзи, які не мають безпосереднього контакту з охолоджувальною рідиною.

"Мокрі" це гільзи, зовнішня поверхня яких омивається охолоджувальною рідиною.

Мокрі гільзи забезпечують хороше тепловідведення, і можуть бути легко замінені під час ремонту. Вони найчастіше використовуються в дизельних двигунахз діаметром циліндра більше 120 мм, але іноді застосовується у двигунах з меншим діаметром циліндра. Сухі гільзи простіше у виготовленні. Двигуни, забезпечені сухими гільзами, мають гарну ремонтопридатність. У разі зношування гільзу можна легко замінити без розточування циліндрів. Сухі гільзи також можна використовувати при ремонті двигуна, в якому раніше не застосовувалися гільзи.

У більшості сучасних двигунів легкових автомобілівциліндри виконуються безпосередньо шляхом розточування в блоці циліндрів. У випадку, коли блок алюмінієвий, на стінки циліндрів наносять спеціальні покриття, а до деталей, що сполучаються (поршням і кільцям) пред'являються особливі вимоги.

Внутрішня поверхня гільзи піддається спеціальній обробці – хонінгування, хромування, азотування. Гільзи відливають із чавуну високої міцності або спеціальних сталей. Сорочки та корпус блоку циліндрів виготовляють зазвичай з того самого матеріалу, що і станина двигуна.

Поршень - деталь, призначена для циклічного сприйняття тиску газів, що розширюються, і перетворення його в поступальний механічний рух, що сприймається далі кривошипно-шатунним механізмом. Служить також для виконання допоміжних тактів з очищення та наповнення циліндра. Як правило, оснащений поршневими кільцями для покращення герметичності системи циліндр – поршень. Поршні бувають складовими та нескладними.

Поршень поділяється на дві частини: голівку та спрямовуючу частину (спідниця). У головку входять днище, камера згоряння та канавки для кілець. У спідниці є дві баби для отвору під палець. Кільця бувають двох видів: компресійні, що служать для виключення витоку газу з надпоршневого простору та маслознімні, призначені для видалення олії зі стінок циліндрів.

Поршневий палець, що служить для шарнірного з'єднання поршня з шатуном, виготовляється порожнистим із сталі з поверхневим загартуванням струмами високої частоти. Від поздовжнього переміщення, що могло б викликати задираки на стінках циліндрів, палець утримується в бобишках поршня за допомогою двох стопорних кілець, що вставляються в кільцеві виточки. Пальці бувають закріпленими та незакріпленими.

Шатун призначений для з'єднання поршня з колінчастим валом через палець. Здійснює складне коливальний рух. Складається з трьох частин: верхня головка шатуна, стрижень, нижня головка з кришкою для кріплення на колінчастий вал.

Колінчастий вал призначений для передачі моменту, що крутить, споживачеві і одночасного забезпечення зворотно-поступального руху поршня за рахунок повороту кривошипа. Колінчастий вал має носок і хвостовик, на якому встановлено маховик.

Маховик – це масивний металевий диск, який кріпиться на колінчастому валу двигуна. Під час робочого ходу поршень через шатун і кривошип розкручує колінчастий вал двигуна, який і передає запас інерції маховику. Маховик передає крутний момент через зчеплення на коробку передач.

Запасена в масі маховика інерція дозволяє йому, у зворотному порядку, через колінчастий вал, шатун і поршень здійснювати підготовчі такти робочого циклу двигуна. Тобто, поршень рухається вгору (при такті випуску та стиснення) і вниз (при такті впуску), саме за рахунок енергії, що віддається маховиком. Якщо ж двигун має кілька циліндрів, що працюють у певному порядку, то підготовчі такти в одних циліндрах відбуваються за рахунок енергії, що розвивається в інших, та й маховик звичайно теж допомагає.

Крипошип (рис. 32) - ланка кривошипного механізму, яка може здійснювати повний оберт навколо нерухомої осі. Кривошип (I) має циліндричний виступ - шип 1 , вісь якого зміщена щодо осі обертання кривошипа на відстань r, яке може бути постійним або регульованим. Більш складною ланкою кривошипного механізму, що обертається, є колінчастий вал. Ексцентрик (III) – диск, насаджений на вал з ексцентриситетом, тобто зі зміщенням осі диска щодо осі валу. Ексцентрик можна розглядати як конструктивний різновид кривошипу з малим радіусом.

Мал. 32

Кривошипний механізм- механізм, що перетворює один вид руху на інший. Наприклад, рівномірно обертальне - в поступальне, качательное, нерівномірне обертальне і т. д. ланка, що обертається кривошипного механізму, виконане у вигляді кривошипа або колінчастого валу, пов'язане зі стійкою та іншою ланкою обертальними кінематичними парами (шарнірами). Прийнято розрізняти подібні механізми на кривошипно-шатунні, кривошипно-коромислові, кривошипно-кулісні та ін. залежно від характеру руху та найменування тієї ланки, у парі з якою працює кривошип.

Використовуються кривошипні механізми в поршневих двигунах, насосах, компресорах, пресах, приводі руху металорізальних верстатах та інших машинах.

Кривошипно-шатунний механізм- один із найпоширеніших механізмів перетворення руху. Його застосовують як для перетворення обертального руху на зворотно-поступальне (наприклад, поршневі насоси), так і для перетворення зворотно-поступального на обертальне (наприклад, двигуни внутрішнього згоряння).

Шатун- Деталь кривошипно-шатунного (повзунного) механізму, що передає рух поршня або повзуна на кривошип колінчастого валу. Частина шатуна, що служить для приєднання до колінчастого валу, називається кривошипною головкою, а протилежна частина - поршневою (або повзунною) головкою.

Механізм складається із стійки 1 (рис. 33), кривошипа 2, шатуна 3 і повзуна 4. Кривошип здійснює безперервне обертання, повзун - зворотно-поступальний рух, а шатун - складний, плоско-паралельний рух. , Повний хід повзуна виходить рівним подвоєної довжини кривошипу. Розглядаючи переміщення повзуна з одного положення в інше, неважко побачити, що при повороті кривошипа на рівні кути повзун проходить різну відстань: при русі від крайнього становищадо середнього ділянки шляху повзуна збільшуються, а під час руху від середнього становища до крайнього - зменшуються. Це свідчить про те, що при рівномірному русі кривошипу повзун рухається нерівномірно. Так швидкість руху повзуна змінюється від нуля на початку його руху та досягає найбільшої величини, коли кривошип і шатун утворюють між собою прямий кут, потім знову зменшується до нуля при іншому крайньому положенні.

Мал. 33

Нерівномірність ходу повзуна викликає появу сил інерції, які негативно впливають на весь механізм. У цьому головний недолік кривошипно-повзунного механізму.

У деяких кривошипно-шатунних механізмах виникає необхідність забезпечення прямолінійності руху поршневого штока 4 (рис. 34). Для цього між кривошипом 1, шатуном 2 і повзуном 5 використовують так званий крейцкопф 3, що сприймає на себе рухи шатуна (4 - шток проміжний).

Мал. 34

ВСТУП

У цій роботі детально описано призначення, пристрій і принцип дії кривошипно-шатунного механізму. Перелічені різні несправності та методи їх діагностування. Для більш тривалої експлуатації, представлений список робіт, що виконуються при технічне обслуговування.

Мета даної курсової роботи- Вивчення кривошипно-шатунного механізму.

Завдання даної курсової:

1) Вивчити призначення, будову та принцип дії кривошипно-шатунного механізму.

2) Розглянути можливі несправності, пошкодження та методи їх діагностування.

3) Вивчити які роботи проводяться при технічному обслуговуванні та ремонті кривошипно-шатунного механізму.

Предмет дослідження – кривошипно-шатунний механізм автомобілів ВАЗ.

Методи дослідження – теоретичний аналіз технічної літератури.

ПРИЗНАЧЕННЯ, ПРИСТРІЙ, ПРИНЦИП ДІЇ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНІЗМУ

Призначення та влаштування кривошипно-шатунного механізму

Кривошипно-шатунний механізм перетворює прямолінійний зворотно-поступальний рух поршнів, що сприймають тиск газів, в обертальний рух колінчастого валу.

Кривошипно-шатунний механізм складається з наступних деталей: поршнів з кільцями та пальцями, шатунів, колінчастого валу та маховика. Поршні розміщені в циліндрах, встановлених у блок-картері, закритим зверху головкою циліндрів.

Поршнева група та шатун. Поршень з кільцями ущільнювачів, пальцем і деталями кріплення складає поршневу групу. Поршень з кільцями ущільнювачів забезпечує герметичність змінного об'єму, в якому протікає робочий процес двигуна, а також сприймає тиск газів і передає зусилля, що виникає через палець і шатун колінчастому валу. За допомогою поршня також здійснюється заповнення циліндра горючою сумішшю або повітрям, стиснення її та видалення з циліндра газів, що відпрацювали. Крім того, у двотактних двигунів поршень відкриває вікна впускного, випускного та перепускного каналів. Поршень працює в умовах великих тисків, високих температур і швидкостей, що швидко змінюються.

Поршень складається з верхньої ущільнюючої частини (головки) та нижньої напрямної частини (спідниці). Для кращого відведення теплоти та збільшення міцності поршня днище з внутрішньої сторони має ребра жорсткості. Зовні днище може бути плоским, увігнутим, опуклим, фасонним.

Бічна поверхня поршня має складну конусовидно-еліптичну форму, а діаметр його менше діаметра циліндра, причому у головки поршня діаметр менше, ніж у спідниці, а велика вісь еліпса перпендикулярна до осі поршневого кільця. Все це дозволяє при нагріванні та розширенні поршня забезпечувати між стінками циліндра та поршнем зазор, який дає можливість поршню при нагріванні вільно розширюватись та переміщатися в циліндрі.

Спідниця забезпечує напрямок руху поршня в циліндрі і передає на його стінки бічні зусилля. У верхній частині спідниця має припливи-бобишки, в яких виконані отвори для поршневого пальця, що з'єднує поршень з шатуном. Вісь пальця перетинається з віссю поршня, але іноді вона зміщується від осі поршня. Це дозволяє зменшити навантаження на поршень у момент переходу ним верхньої мертвої точки (далі ВМТ). Для поліпшення приробітку поршнів до циліндрів, зменшення зносу та запобігання їх від задир спідницю поршня покривають тонким шаром олова. Сам поршень відливається із спеціального алюмінієвого сплаву.

Поршневі кільця поділяють на компресійні та маслознімні. Вони призначені для виключення прориву газів між стінками циліндра та поршня, попадання олії з картера в камеру згоряння, де, згоряючи, олія утворює нагар. Кільця беруть участь у відводі тепла від поршня до циліндра. У вільному стані зовнішній діаметр кільця більше діаметрациліндра, тому після його встановлення кільце щільно прилягає до стінок циліндра.

Для встановлення в канавки поршня кільця виконують розрізними із зазором 0,2 - 0,5 мм. Розрізи поршневих кілець називаю замками, які формою бувають переважно прямими, іноді косими чи ступінчастими. У процесі роботи та зношування у поршневих кілець знижується пружність, і як наслідок, погіршується герметичність циліндра. Поршневі кільця виготовляють з легованого чавуну виливком з наступною механічною обробкою, а також зі сталі. Висота кілець менша за висоту канавки в поршні на 0,03 - 0,08 мм.

Матеріал для виготовлення поршневих кілець повинен мати гарну пружність і достатню міцність в умовах високих температур, мати високу зносостійкість, але не більше зносостійкості дзеркала циліндра. Опорну поверхню одного або двох верхніх компресійних поршневих кілець для зменшення зносу кільця і ​​циліндра покривають шаром хрому товщиною до 0,16 - 0,20 мм з пористою поверхнею, що добре утримує мастило. Для поліпшення приробітку робочі поверхні нижніх кілець нерідко покривають шаром олова або іншого матеріалу, що легко стирається.

Поршневий палець служить для шарнірного з'єднання поршня з шатуном і виготовляється порожнистим із високоякісної зносостійкої сталі. Внутрішня поверхня циліндрична або конічно-циліндрична.

Кінці пальця розміщують в отворах бобишок поршня, а середина проходить через отвір у голівці шатуна. Якщо пальці вільно повертаються і в бобишках, і в голівці шатуна, вони називаються плаваючими. Таке з'єднання має найбільше поширення, оскільки при переміщенні поршня з шатуном вся поверхня плаваючого пальця є робочою, що зменшує зношування і можливість заїдання.

У деяких двигунах палець може нерухомо закріплюватись і головці шатуна і довжина його менша за діаметр поршня. Для обмеження осьових переміщень пальця та виключення пошкоджень стінок циліндра палець закріплюють стопорними кільцями, які встановлюються в канавки бобишок торцевими заглушками, вставляються в бобишки і стопорним кільцем, розміщеним у проточках пальця та верхньої головки шатуна.

Мастило поршневого пальця здійснюють через свердління в стрижні або прорізи у верхній головці шатуна і масляні канали в бобишках поршня.

Шатун служить для з'єднання поршня з колінчастим валом. Працюючи двигуна шатун при робочому ході передає зусилля від поршня до колінчастого валу, а інших тактах забезпечує переміщення поршня в циліндрі. За допомогою кривошипно-шатунного механізму зворотно-поступальний рух поршня перетворюється на обертальний рух колінчастого валу.

Шатун складається з верхньої і нижньої головки і стрижня, що з'єднує їх: верхня головка нероз'ємна і служить для установки поршневого пальця, шарнірно з'єднує поршень з шатуном. Для зменшення тертя та зносу в неї запресовують одну або дві бронзові втулки; нижня головка у багатьох двигунів виконується складовою із прямим (90°) або косим (30 - 60°) щодо осі стрижня шатуна роз'ємом. Площина рознімання може бути гладкою або мати шліцевий замок. Косий роз'єм полегшує пропуск поршня з шатуном через циліндр, а також з'єднання шатуна з кривошипом колінчастого валу.

Знімна частина нижньої головки шатуна – кришка. Вона кріпиться до стрижня двома болтами, які мають гайки або ввертаються в тіло шатуна і надійно стопоряться після затягування.

У нижній головці шатуна встановлені сталеві тонкостінні вкладиші (верхній та нижній), з тонким шаром 0,1 – 0,9 мм анфрикційного сплаву. Вкладиші виконують функцію підшипника ковзання і утримуються в шатуні і кришці щільною посадкою і наявністю у них вусиків, що входять у відповідні виточки в шатуні і кришці.

Стрижень шатуна має зазвичай двотавровий перетин, що розширюється до нижньої голівки, обтічна форма і плавні переходи до голівок. У деяких шатунів у стрижні виконують канал для підведення під тиском олії до поршневого пальця.

При роботі двигуна на шатун діють сили тиску газів та сили інерції, які стискають, розтягують та згинають шатун у поздовжньому та поперечному напрямках. Тому його форма, конструкція та матеріал повинні забезпечувати міцність, жорсткість та легкість. Шатуни виготовляють із високоякісних вуглецевих та легованих сталей штампуванням нагрітих заготовок з подальшою механічною та термічною обробкою.

Для забезпечення гарної врівноваженості двигуна різниця в масі окремих шатунів та комплектів шатунно-поршневої групи має бути мінімальною. Для правильного складання поршня з шатуном та встановлення їх у двигун на нижній головці шатуна та її кришці вибивають порядковий номер циліндра, для якого призначений шатун, а також інші мітки.

Колінчастий вал та маховик. Колінчастий вал складається з корінних і шатунних шийок, з'єднаних щоками, фланця для кріплення маховика та шкарпетки.

Корінні шийки служать для встановлення колінчастого валу в підшипниках, розміщених у картері двигуна. За допомогою шатунних шийок вал сполучається з нижніми головками шатунів. Шатунні та корінні шийки з'єднують за допомогою щік. Для розвантаження корінних підшипників від інерційних сил деталей, що рухаються шатунно-поршневої групи на щоках валу встановлені противаги, в зборі з якими вал балансується. Противаги можуть виготовлятися разом із щоками або у вигляді окремих, надійно закріплених деталей. Шатунна шийка разом із прилеглими до неї щоками утворює коліно валу або кривошип.

Для уникнення руйнування колінчастих валів у місцях переходу щік до корінних та шатунних шийок виконують заокруглення – жолобники. У корінних і шатунних шийках і щоках просвердлені канали для подачі під тиском масла до шатунних підшипників.

На передній частині колінчастого валу кріпляться: шестерня приводу розподільного валу, шків приводних ременів, масловідбивач, сальник та храповик для провертання валу рукояткою. До хвостовика колінчастого валу болтами кріпиться маховик. На хвостовику валу є маслознімне різьблення і масловідбивний буртик, а в торці є гніздо для встановлення переднього підшипника валу муфти зчеплення.

Носик та хвостовик валу ущільнюються гумовими самопідтискними манжетами. Колінчастий вал обертається в корінних підшипниках, що мають вкладиші зі сталеалюмінієвої стрічки.

Виготовляють колінчасті вали з вуглецевих та легованих сталей штампуванням або литтям з подальшою механічною та термічною обробкою. Для підвищення зносостійкості корінних і шатунних шийок їх піддають загартування, а потім шліфують і полірують.

Форма колінчастого валу залежить від числа та розташування циліндрів, тактності та порядку роботи двигуна. Вона повинна забезпечувати рівномірне чергування робочих ходів у циліндрах по куту повороту колінчастого валу, прийняту послідовність роботи циліндрів та врівноваженість двигуна.

Число шатунних шийок на колінчастому валу двигуна з однорядним розташуванням циліндрів дорівнює числу циліндрів. У двигунів з V-подібним розташуванням циліндрів число шатунних шийок дорівнює половині числа циліндрів: у цих двигунів на кожній шийці поруч встановлені головки двох шатунів. Число корінних шийок колінчастого валу у v-подібних двигунів зазвичай на одну більше, ніж у шатунних.

Вкладиші корінних підшипників встановлюють у ліжку блок-картера та кришки корінних підшипників, а фіксацію здійснюють таким же способом, як і шатунних.

Маховик забезпечує рівномірність обертання колінчастого валу, пуск двигуна та рушання з місця. При пуску двигуна маховик, отримавши енергію після робочого ходу в одному з циліндрів, забезпечує за рахунок інерції обертання колінчастого валу, при цьому в інших циліндрах створюються умови для протікання робочих ходів, внаслідок чого двигун починає працювати.

Маховик відливають із чавуну у вигляді диска. Для збільшення моменту інерції маховика основну масу його металу мають у своєму розпорядженні по обіду, тобто. на максимальній відстані від осі обертання маховика. На обід маховика напресовують сталевий зубчастий вінець, з яким при пуску двигуна входить в зачеплення шестірня пускового пристрою, і наносять мітки для визначення положення поршня в першому циліндрі та встановлення моменту запалення або подачі палива.

У зборі з колінчастим валом маховик балансується. Це виконують для того, щоб при їх обертанні не виникало вібрації та биття від відцентрових сил, і не відбувалося посилене зношування корінних підшипників двигуна. На задньому торці маховика монтують зчеплення.

При роботі двигуна на колінчастий вал діють осьові зусилля від роботи косозубих шестерень приводу газорозподілу, включення муфти зчеплення та нагрівання валу. Щоб обмежити осьові переміщення колінчастого валу, один із корінних підшипників (задній, передній або середній) виконують завзятим. Для цього вкладиші таких підшипників забезпечуються відбортуванням, завзятими кільцями або півкільцями.

Принцип дії кривошипно-шатунного механізму

При аналізі дії кривошипно-шатунного механізму необхідно відзначити пряму та зворотну схему руху.

Пряма схема: Поршень під впливом тиску газів здійснює поступальний рух у бік колінчастого валу. За допомогою кінематичних пар «поршень-шатун» і «шатун-вал» поступальний рух поршня перетворюється на обертальний рух колінчастого валу.

Колінчастий вал складається з:

* шатунні шийки

* корінні шийки

* противагу

Зворотна схема: Колінчастий вал під дією прикладеного зовнішнього крутного моменту здійснює обертальний рух, який через кінематичний ланцюг «вал-шатун-поршень» перетворюється на поступальний рух поршня.

У цьому розділі нами розглянуто будову та принцип дії кривошипно-шатунного механізму. Ми визначили складові деталі кривошипно-шатунного механізму та технічні складові.