Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм включает в себя шатуны и ко­ленчатый вал и предназначен для преобразования возвратно-посту­пательного движения поршня во вращательное движение коленчатого

вала.

Шатуны служат для передачи усилия газов от поршня на колен­чатый вал.

В звездообразных двигателях применяют два типа шатунов: глав­ные и прицепные. Каждый однорядный звездообразный двигатель имеет один главный 1(рис. 89) и несколько прицепных шатунов 3.

Конструктивно в шатуне различают три основные части: верхнюю (поршневую) головку 2, стержень 4, нижнюю или кривошипную голов­ку 5.

В звездообразных двигателях обе головки шатуна неразъемные. Для уменьшения трения в верхнюю головку шатуна запрессовывают втулку. Стержень шатуна выполняют двутаврового сечения. Полки стержня расположены в плоскости вращения коленчатого вала и пере­ходят непосредственно в щеки кривошипной головки (у главного ша­туна).

рис. 90. Схема работы расточке ее нижней шатуна:

а — при цилиндрической расточке ее внутренней поверхности; б—при гипер­болической

Кривошипная головка выполняется массивной и обладает большой жесткостью. Нижняя головка главного шатуна имеет две щеки, между которыми располагаются нижние головки прицепных шатунов. Соеди­нение прицепных шатунов с главным осуществляется при помощи паль­цев, которые запрессовываются в отверстия щек и специальными плас­тинами контрятся от проворачивания.

На главных шатунах антифрикционный слой заливается не во внутрь нижней головки, а на специальную втулку, которая одновре­менно используется для подвода масла под давлением к пальцам при­цепных шатунов (рис. 90). Нижняя головка прицепного шатуна мало отличается по своей конструкции от верхней.

Условия работы шату­на и силы, действующие на него. Шатун связывает вра­щающийся коленчатый вал и пор­шень, движущийся возвратно-поступательно. При этом шатун воспри­нимает и передает на коленчатый вал силы давления газов и инерционные силы (см. рис. 86).

Основной нагрузкой шатуна явля­ется усилие от наибольшего давления газов в цилиндре. В этом случае ша­тун работает на сжатие и эти усилия вызывают в нем продольный изгиб.

От сил инерции шатун работает на растяжение (когда они направ­лены к коленчатому валу). Наибольшее растягивающее усилие от сил инерции шатун испытывает при положении поршня в в. м. т. в такте впуска.

Кроме того, шатун работает на изгиб от силы инерции собственной массы. Эта сила возникает вследствие сложного переменно-колебатель­ного движения шатуна и приложена в его ц. т., вызывая изгиб шатуна в плоскости вращения коленчатого вала попеременно то в одну, то в другую сторону.

Одновременное действие изгибающих и растягивающих (сжимаю­щих) усилий, величина и направление которых изменяются с большой скоростью, создает очень тяжелые условия для работы шатуна. По­этому шатуны изготовляют из высококачественной стали и выполняют прочными и жесткими.

В процессе окончательной обработки внутренняя поверхность втулки растачивается по специальному гиперболическому профилю (см. рис. 86). При цилиндрической расточке втулки прогиб шатунной шейки под действием нагрузок изменяет площадь соприкосновения ее с втулкой. Это приводит к перегрузке концевых участков втулки, быстрому износу, выкрашиванию слоя бронзы и выходу втулки из строя. В результате гиперболической расточки рабочая поверхность втул­ки увеличивается, удельное давление уменьшается и втулка работает более надежно и долговечно. Для лучшей приработки втулки к шейке на ее поверхность наносят свинцово-оловянное покрытие.

Коленчатый вал передает мощность, развиваемую двигателем, на воздушный винт. Кроме того, от коленчатого вала отбирается мощность для привода нагнетателя и агрегатов двигателя, а совместно с шатуном коленчатый вал обеспечивает перемещение поршня во время нерабочих ходов.

В звездообразных двигателях коленчатый вал обычно выполняется разъемным, что обеспечивает возможность установки неразъемных главных шатунов.

Рис. 91. Схема коленчатого вала звездообразного двигателя

Коленчатый вал состоит из коренных шеек 2 (рис. 91), которыми он опирается на опорные или коренные подшипники, шатунных шеек 4, соединяющихся с нижними головками шатуна, щек 3, связывающих шатуны и коренные шейки вала, носка вала 1, на котором уста­навливается шестерня привода вала винта.

Соединение частей коленчатого вала обеспечивается силами тре­ния между шатунными шейками и разрезными проушинами, которые затягиваются стяжными болтами на щеках. Увеличение сил трения в сочленениях достигается травлением сопрягаемых поверхностей азот­ной кислотой, обезжириванием и сильной затяжкой болтов (до 49 Т, что в 4—4, 5 раза больше силы, создающей крутящий момент).

Условия работы коленчатого вала и силы, действующие на него. Во время работы двигателя на ша­тунную шейку передаются по шатуну силы газов и инерции. В момент вспышки сила инерции возвратно-поступательно движущихся масс направлена противоположно силе газов, что несколько разгружает шатун и коленчатый вал.

С увеличением числа оборотов коленчатого вала при наибольшем давлении наддува силы инерции возрастают пропорционально квад­рату числа оборотов, а силы газов практически остаются неизменными. Следовательно, увеличение числа оборотов коленчатого вала приводит к снижению суммарных сил. Кроме того, при увеличении числа оборо­тов двигатель работает более равномерно. Ввиду этого установлено правило управления двигателем: при увеличении мощности необхо­димо увеличить число оборотов, а затем давление наддува и, наобо­рот, понижая мощность двигателя, следует раньше снизить наддув.

Величина крутящего момента М_кр, передаваемого коленчатым ва­лом, зависит от величины силы Т (см. рис. 86), являющейся суммар­ной составляющей сил Р_г и Р₇-_п всех цилиндров.

Под действием сопротивления воздуха вращению воздушного вин­та коленчатый вал скручивается переменным по величине крутящим моментом. Периодические изменения крутящего момента вызывают упругие крутильные колебания коленчатого вала. Дополнительные напряжения от деформаций скручивания, возникающие в результате крутильных колебаний, в отдельных случаях достигают большой вели­чины и могут привести к разрушению вала. Для гашения опасных ре­зонансных крутильных колебаний вала применяют демпферы.

Центробежные силы инерции щек, шатунной шейки, противовесов, и составляющая сила К. (сила Z), направленная вдоль щек, изгибают, растягивают или сжимают вал.