Як працуе кривошипно-шатунны механізм рухавіка

Крывашыпна-шатунны механізм рухавіка пераўтворыць зваротна-паступальны рух поршняў (за кошт энергіі згарання паліўнай сумесі) у кручэнне каленчатага вала і наадварот. Гэта тэхнічна складаны механізм, які складае аснову рухавіка ўнутранага згарання. У артыкуле мы падрабязна разгледзім прыладу і асаблівасці працы КШМ.

Гісторыя стварэння

Першыя сведчанні выкарыстання кривошипа былі знойдзены ў 3-м стагоддзі нашай эры, у Рымскай імперыі і Візантыі ў 6-м стагоддзі нашай эры. Выдатным прыкладам з'яўляецца піларама з Іераполіса, у якой выкарыстоўваецца каленчаты вал. Металічны крывашып быў знойдзены ў рымскім горадзе Аўгуста-Раўрыка на тэрыторыі сучаснай Швейцарыі. Ва ўсякім разе, нейкі Джэймс Пакард запатэнтаваў вынаходства ў 1780 годзе, хоць сведчанні яго вынаходкі былі знойдзены яшчэ ў старажытнасці.

Складовыя часткі КШМ

Кампаненты КШМ умоўна дзеляцца на рухомыя і нерухомыя часткі. Да рухомых частак адносяцца:

• поршні і поршневыя кольцы;
• шатуны;
• поршневыя пальцы;
• каленчаты вал;
• махавік.

Нерухомыя часткі КШМ служаць базай, элементамі мацавання і накіроўвалымі. Да іх адносяцца:

• блок цыліндраў;
• галоўка блокаў цыліндраў;
• картэрна;
• паддон картэра;
• крапежныя дэталі і падшыпнікі.

Нерухомыя часткі КШМ

Картэр і алейны паддон

Картэр - гэта ніжняя частка рухавіка, у якой знаходзяцца падшыпнікі і алейныя каналы каленчатага вала. У картэры шатуны рухаюцца, а каленчаты вал круціцца. Алейны паддон - гэта рэзервуар для маторнага алею.

Аснова картэра падчас эксплуатацый падвяргаецца сталым цеплавым і сілавым нагрузкам. Таму да гэтай дэталі прад'яўляюцца адмысловыя патрабаванні па трываласці і калянасці. Для яго выраба выкарыстоўваюцца алюмініевыя ці чыгунныя сплавы.

Картэр мацуецца да блока цыліндраў. Разам яны ўтвораць каркас рухавіка, асноўную частку яго корпуса. Самі цыліндры знаходзяцца ў блоку. Зверху ўсталявана галоўка блока ДВС. Вакол цыліндраў маюцца паражніны для вадкаснага астуджэння.

Размяшчэнне і колькасць цыліндраў

У наш час найболей распаўсюджаны наступныя тыпы:

• рядное чатырох-або шасці цыліндравае становішча;
• шасціцыліндравае V-вобразнае становішча пад вуглом 90 °;
• VR-вобразнае становішча пад меншым вуглом;
• оппозитное становішча (поршні рухаюцца насустрач адзін аднаму з розных бакоў);
• W-вобразнае становішча з 12 цыліндрамі.

Пры простым рядном размяшчэнні цыліндры і поршні размешчаны ў шэраг, перпендыкулярнай каленчатым вале. Гэтая схема самая простая і надзейная.

Галоўка блока цыліндраў

Галоўка мацуецца да блока шпількамі або нітамі. Яна накрывае цыліндры з поршнямі зверху, утворачы герметычную паражніну - камеру згарання. Паміж блокам і галоўкай ёсць пракладка. У галоўцы блока цыліндраў таксама знаходзіцца затамкавы механізм і свечкі запальвання.

цыліндры

Поршні рухаюцца непасрэдна ў цыліндрах рухавіка. Іх памер залежыць ад ходу поршня і яго даўжыні. Цыліндры працуюць пры пераменным ціску і высокіх тэмпературах. Падчас эксплуатацый сценкі падвяргаюцца сталаму трэнню і тэмпературам да 2500 ° C. Да матэрыялаў і апрацоўцы цыліндраў таксама прад'яўляюцца адмысловыя патрабаванні. Іх робяць з чыгуну, сталі ці алюмініевых сплаваў. Паверхня дэталяў павінна быць не толькі трывалай, але і зручнай у апрацоўцы.

Вонкавая працоўная паверхня называецца люстэркам. Яна храмаваная і адпаліраваная да люстраной паверхні для мінімізацыі трэння ва ўмовах абмежаванага змазвання. Цыліндры адліваюцца сумесна з блокам ці выконваецца ў выглядзе здымных гільзаў.

Рухомыя часткі КШМ

поршань

Рух поршня ў цыліндры адбываецца за рахунак згарання топливовоздушной сумесі. Ствараецца ціск, які дзейнічае на дно поршня. Яно можа адрознівацца па форме ў розных тыпах рухавікоў. У бензінавых рухавіках дно першапачаткова было плоскім, затым сталі ўжываць увагнутыя канструкцыі з проточкамі пад клапаны. У дызельных рухавіках у камеры згарання папярэдне сціскаецца паветра, а не паліва. Таму дно поршня таксама мае ўвагнутую форму, якая з'яўляецца часткай камеры згарання.

Форма дна мае вялікае значэнне для стварэння правільнай паходні гарэння топливовоздушной сумесі.

Астатняя частка поршня называецца спадніцай. Гэта свайго роду накіравальная, якая рухаецца ўсярэдзіне цыліндру. Ніжняя частка поршня ці спадніцы выканана такім чынам, каб не датыкацца з шатуном падчас яго руху.

На бакавой паверхні поршняў маюцца праточкі або канаўкі для поршневых кольцаў. Зверху ёсць два ці тры компрессіонные кольцы. Яны неабходны для стварэння кампрэсіі, гэта значыць перашкаджаюць пранікненню газу паміж сценкамі цыліндру і поршнем. Кольцы прыціскаюцца да люстэрка, памяншаючы зазор. Унізе ёсць паза для маслосъемного кольцы. Яно прызначана для выдалення лішняга алей са сценак цыліндру, каб яно не патрапіла ў камеру згарання.

Поршневыя кольцы, асабліва компрессіонные, працуюць пры сталых нагрузках і высокіх тэмпературах. Для іх вытворчасці выкарыстоўваюцца высокатрывалыя матэрыялы, такія як легаваны чыгун, пакрыты сітаватым хромам.

Поршневай палец і шатун

Шатун мацуецца да поршня з дапамогай поршневага пальца. Ён уяўляе сабой суцэльную або полую цыліндрычную дэталь. Палец усталёўваецца ў адтуліну ў поршні і ў верхняй галоўцы шатуна.

Існуе два тыпу мацавання:

• з фіксаванай пасадкай;
• з якая плавае пасадкай.

Самым папулярным з'яўляецца так званы «плывучы палец». Для яго мацавання выкарыстоўваюцца стопорные кольцы. Фіксаваны усталёўваецца з нацягам. Звычайна выкарыстоўваецца цеплавая пасадка.

Шатун, у сваю чаргу, злучае каленчаты вал з поршнем і вырабляе вярчальныя рухі. У гэтым выпадку зваротна-паступальныя рухі шатуна апісваюць лік восем. Ён складаецца з некалькіх элементаў:

• стрыжня або асновы;
• поршневай галоўкі (верхняй);
• кривошипной галоўкі (ніжняй).

Бронзавая ўтулка запрасоўваецца ў поршневую галоўку для памяншэння трэння і змазкі датыкальных дэталяў. Крывашыпная галоўка з'яўляецца разборнай для забеспячэння зборкі механізму. Дэталі ідэальна падагнаныя сябар да сябра і фіксуюцца нітамі і контргайкамі. Для памяншэння трэння усталёўваюцца шатунныя падшыпнікі. Яны выкананы ў выглядзе двух сталёвых укладышаў з замкамі. Масла падаецца праз алейныя канаўкі. Падшыпнікі сапраўды адаптаваны да памеру злучэння.

Насуперак распаўсюджанаму меркаванню, укладышы ўтрымліваюцца ад правароту не за рахунак замкаў, а з-за сілы трэння паміж іх вонкавай паверхняй і галоўкай шатуна. Такім чынам, знешнюю частку падшыпніка слізгацення нельга змазваць падчас зборкі.

каленчаты вал

Каленчаты вал - складаная частка, як з пункту гледжання прылады, так і вытворчасці. Ён прымае на сябе крутоўны момант, ціск і іншыя нагрузкі і таму выраблены з высокатрывалай сталі ці чыгуну. Каленчаты вал перадае кручэнне ад поршняў да трансмісіі і іншым кампанентам аўтамабіля (напрыклад, вядучаму шківу).

Каленчаты вал складаецца з некалькіх асноўных кампанентаў:

• карэнныя шыйкі;
• шатунныя шыйкі;
• процівагі;
• шчокі;
• хваставік;
• фланец махавіка.

Канструкцыя каленчатага вала шмат у чым залежыць ад колькасці цыліндраў у рухавіку. У простым чатырохцыліндравым рядном рухавіку на каленчатым вале маецца чатыры шатунных шыйкі, на якіх устаноўлены шатуны з поршнямі. Пяць карэнных шыек размешчаны ўздоўж цэнтральнай восі вала. Яны ўсталёўваюцца ў апоры блока цыліндраў ці картэра на падшыпнікі слізгацення (укладышы). Карэнныя шыйкі зверху зачыняюцца вечкамі на нітах. Злучэнне ўтварае П-вобразную форму.

Спецыяльна апрацаваная кропка апоры для ўстаноўкі карэннай шыйкі з укладышам называецца ложкам.

Карэнныя і шатунныя шыйкі злучаныя так званымі шчокамі. Процівагі гасяць залішнія вібрацыі і забяспечваюць плыўнае рух каленчатага вала.

Шыйкі каленчатага вала тэрмічнаму апрацаваны і адпаліраваны для забеспячэння высокай трываласці і дакладнай пасадкі. Каленчаты вал таксама вельмі дакладна збалансаваны і адцэнтраваны, каб раўнамерна размяркоўваць усе сілы, якія дзейнічаюць на яго. У цэнтральнай вобласці карэннай шыйкі па баках ад апоры, усталёўваюцца зацятыя паўкола. Яны неабходны для кампенсацыі восевых перасоўванняў.

Шасцярні прывада ГРМ і прывадны шкіў дапаможных агрэгатаў рухавіка прымацаваныя да хваставік каленчатага вала.

Махавік

На задняй частцы вала маецца фланец, да якога мацуецца махавік. Гэта чыгунная дэталь, якая ўяўляе сабой масіўную кружэлку. Дзякуючы сваёй масе махавік стварае інэрцыю, неабходную для працы КШМ, а таксама забяспечвае раўнамерную перадачу крутоўнага моманту на трансмісію. На вобадзе махавік маецца зубчастае кольца (вянок) для злучэння са стартарам. Гэта махавік круціць каленчаты вал і прыводзіць у рух поршні пры запуску рухавіка.

Крывашыпна-шатунны механізм, канструкцыя і форма каленчатага вала застаюцца нязменнымі на працягу многіх гадоў. Як правіла, уносяцца толькі малаважныя структурныя змены для памяншэння вагі, інэрцыі і трэнні.