Кривошипно-шатунный механизм и его сборка.

Назначение и конструкция кривошипно-шатунного механиз­ма.

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобра­зования вращательного движения в возвратно-поступательное, и наоборот. Кривошипно-шатунные механизмы первого типа при­меняют значительно реже, в основном в компрессорах и поршне­вых насосах. Кривошипно-шатунные механизмы второго типа на­ходят широкое применение в двигателях внутреннего сгорания, паровых машинах и других типах машин-двигателей. К основным деталям, обеспечивающим работу кривошипно-шатунного меха­низма, относятся маховик, коленчатый вал (кривошип), шатун, поршневой палец, поршень, цилиндр, подшипники (коренные и шатунные).

Маховик служит для уменьшения неравномерности вращения коленчатого вала и вывода поршней из мертвых точек (крайних верхнего и нижнего положений). Обладая большой массой и инер­цией, маховик облегчает пуск двигателя и обеспечивает плавный переход от одной частоты вращения к другой.

Шатун механизма обеспечивает соединение коленчатого вала (кривошипа или кривошипного диска) с поршневой группой.

Поршневая группа воспринимает осевые усилия от коленчато­го вала и шатуна, осуществляя сжатие и подачу воздуха, газов и жидкостей под давлением (компрессоры и насосы), или передает осевые усилия шатуну и коленчатому валу при сгорании рабочей смеси в цилиндре двигателя (двигатели внутреннего сгорания).

Для обеспечения оптимальных условий работы кривошипно-­шатунный механизм должен отвечать следующим техническим требованиям.

1. Зеркало цилиндра после обработки должно иметь высокую точность, правильную геометрическую форму и шероховатость поверхности Ra не более 1,2 мкм.
2. Зазоры в сопряжениях должны находиться в пределах, преду­смотренных техническими условиями на собираемый механизм.
3. Отверстия во вкладышах шатунов и коренных подшипников, коренные и шатунные шейки коленчатого вала должны иметь пра­вильную геометрическую форму и малую шероховатость поверх­ности в пределах, указанных в технических условиях.
4. В многоцилиндровых механизмах допускается различие в массе поршней не более ±0,5%.
5. Поршневые кольца должны прилегать к поверхности цилин­дра без зазора, а их упругость — соответствовать техническим нормам, установленным на собираемый механизм.

Кривошипно-шатунный механизм состоит из двух сборочных единиц: шатунной и поршневой групп, соединенных между собой и с коленчатым валом (кривошипом).

Технологический процесс сборки кривошипно-шатунного ме­ханизма состоит из четырех самостоятельных операций;

1. Установка коленчатого вала.
2. Сборка шатунной группы.
3. Сборка поршневой группы.
4. Общая сборка механизма.

Установка коленчатого вала.

Прежде чем приступить к уста­новке коленчатого вала, необходимо пришабрить посадочные ме­ста под вкладыши коренных шеек в корпусе и картере и устано­вить вкладыши. Затем на вкладыши картера устанавливают колен­чатый вал и на него устанавливают корпус, предварительно поместив прокладки между картером и корпусом. Корпус соединя­ют с картером болтами и затягивают их. После соединения корпу­са и картера болтами коленчатый вал проворачивают, а затем сни­мают корпус и коленчатый вал. Оценивают состояние вкладышей картера и корпуса и, в случае необходимости, пришабривают вы­ступающие места.

Установку и снятие корпуса и коленчатого вала производят до тех пор, пока не будет достигнута требуемая точность прилегания коленчатого вала к вкладышам подшипника, которая определяется по плавности и легкости вращения коленчатого вала в коренных подшипниках.

Конструкция и сборка шатунной группы.

Сборку шатунной группы (рис. 1) начинают с запрессовки втулки 2 в верхнюю головку 3 шатуна, обеспечивая при этом совпадение смазочной ка­навки 1, выполненной во втулке и предназначенной для подачи смазки к поршневому пальцу, со смазочным отверстием 5 шатуна. Совпадение смазочной канавки и отверстия обеспечивается при запрессовке втулки заподлицо с торцами верхней головки шатуна.

После запрессовки втулки в верхнюю головку шатуна и восста­новления геометрических размеров и формы ее отверстия пере­ходят к сборке нижней головки шатуна, представляющей собой разъемный подшипник скольжения.

Контроль качества сборки шатунной группы.

После сборки нижней головки шатуна необходимо проверить соответствие ее геометрических размеров и формы требованиям технических условий на сборку. Контроль этих параметров наиболее целесо­образно проводить при помощи микрометрического нутромера, который позволяет определить не только точность размеров, но и отклонения формы отверстия нижней головки шатуна от кругло­сти и цилиндричности. Далее переходят к проверке шатуна на прямолинейность, двойной изгиб и параллельность осей отвер­стий его нижней и верхней головок.

Контроль прямолинейности осуществляется при помощи приспособления (рис. 2, а), на пальцах 4 и 7 которого устанавли­вают шатун 6, закрепляя его винтом 8. Затем на палец 4, на кото­ром размещается верхняя головка 5 шатуна 6, устанавливают при­зму 3 так, чтобы запрессованные в ней штифты касались контрольной плиты 2. Если все три штифта касаются плиты, то шатун прямолинеен. Наличие зазора между плитой и хотя бы одним из штифтов свидетельствует об отклонении шатуна от прямолиней­ности. Величину отклонения шатуна от прямолинейности опреде­ляют, используя щуп 1.

Контроль шатуна на двойной изгиб выполняют, используя приспособление (рис. 2, б), на пальце 11 которого закрепляют ниж­нюю головку шатуна, выдвинув предварительно ограничитель 12 до упора в торец нижней головки шатуна, и измеряют при помо­щи глубиномера 10 расстояние от торцевой поверхности верхней головки шатуна до контрольной плиты 9. Затем шатун поворачи­вают на 180° и вновь проводят измерения. По разности показаний, полученных в процессе измерений, определяют соответствие ша­туна техническим условиям.

Контроль параллельности осей отверстий верхней и ниж­ней головок шатуна осуществляется при помощи приспособ­ления (рис. 2, в), на пальцах 13 и 15 которого устанавливают шатун 14. Затем на палец 15 устанавливают призму 16 так, чтобы за­прессованные в нее штифты касались контрольной плиты 17. Если между плитой и хотя бы одним из штифтов имеется зазор, то это свидетельствует об отклонении осей отверстий нижней и верхней головок шатуна от параллельности.

Определение наличия трещин осуществляется рентгеновским или ультразвуковым методами. В некоторых случаях наличие тре­щин может быть определено простукиванием шатуна (при нали­чии трещин возникает глухой дребезжащий звук).

Конструкция и сборка поршневой группы.

Поршневая группа (рис. 3) состоит из цилиндра (на рисунке не показан), поршня 4, поршневых колец (на рисунке не показаны), поршневого пальца 3, обеспечивающего соединение поршня с верхней головкой 2 ша­туна 5, и деталей уплотнения. Фиксация поршневого пальца от осевого смещения осуществляется стопорными кольцами 1. Изго­тавливают поршни из чугуна или алюминиевых сплавов.

На образующих поверхностях поршня выполняют 3 — 7 кана­вок в зависимости от конструкции механизма. В верхних канавках поршня размещают уплотнительные, а в нижних — маслосъемные кольца, изготовленные из мелкозернистого чугуна. Плотное при­легание колец к стенкам цилиндров обеспечивается их упругими свойствами.

Поршневые кольца обеспечивают защиту камеры сгорания (компрессионной камеры) от попадания масла из картера и пре­пятствуют проходу газов между поршнем и стенками цилиндра.

Предъявляемые к поршневой группе требования могут быть выполнены только в том случае, если правильно выбраны зазоры между поршневыми кольцами и стенками канавок под них. Значе­ния этих зазоров зависят от конструкции двигателя и условий его эксплуатации и указываются в технических условиях на сборку или в справочниках.

Цилиндры и поршни подбирают друг к другу. Способ подбора зависит от типа производства. В условиях единичного производства осуществляется индивидуальная пригонка поршня к цилин­дру. В серийном производстве используется метод групповой (ча­стичной) взаимозаменяемости, сортируя поршни на группы по массе, которая в большинстве случаев указывается на днище с помощью клеймения, и размерам цилиндра.

Сборка поршня и шатуна в единый механизм.

Соединение поршня с шатуном осуществляется при помощи поршневого паль­ца тремя способами:

• палец закрепляют неподвижно в бобышках поршня, а шатун при этом может совершать колебательное движе­ние относительно пальца (рис. 4, а);
• палец закрепляется неподвижно в верхней головке ша­туна и может при этом свободно поворачиваться в бо­бышках поршня (рис. 4, б);
• палец может свободно поворачиваться относительно по­садочного места в верхней головке шатуна и бобышках поршня — так называемый плавающий палец (рис. 4, в, г).

Выбор того или иного способа соединения зависит исключи­тельно от конструкции механизма и его назначения. Тем не менее, мировой опыт показывает, что наиболее предпочтительным явля­ется использование в сборочной единице плавающего пальца.

При установке поршневого пальца в соединении поршень — шатун необходимо обеспечить невозможность осевого смещения поршневого пальца. Предупреждение осевого смещения может быть осуществлено различными способами, но наиболее широко применяют пружинные (стопорные) кольца, которые устанавлива­ют в специальные канавки, выполненные в бобышках поршня. Та­кие кольца изготавливают либо из стальной проволоки квадратно­го или круглого сечения, либо штампуют из листовой стали. В любом случае стопорные кольца должны быть подвергнуты термической обработке — закалке.

Контроль качества сборки шатуна с поршнем.

Обязательным условием, выполнение которого необходимо при сборке кривошипно-шатунного механизма, является обеспечение параллельно­сти осей поршневого пальца и нижней головки шатуна. Контроль этого параметра после соединения поршня с шатуном выполняет­ся при помощи специальных приспособлений.

В условиях единичного и мелкосерийного производства такой контроль может быть осуществлен при помощи приспособления, показанного на рис. 5. Нижнюю головку шатуна 2 устанавлива­ют на разжимную оправку так, чтобы образующая поршня каса­лась контрольной плиты 1, и проверяют отсутствие зазора между юбкой поршня и контрольной плитой. Затем сборочную единицу поворачивают на 180° вокруг вертикальной оси и вновь проверя­ют зазор между юбкой поршня и контрольной плитой. Отсутствие зазора в обоих случаях свидетельствует о параллельности осей нижней головки шатуна и поршневого пальца, т.е. о качественной сборке узла.

В условиях крупносерийного и массового производства для этих же целей применяют более совершенное приспособление (рис. 6). Нижнюю головку шатуна устанавливают на распорную втулку 5, привод которой осуществляется от пневматического ци­линдра 6. Поршень устанавливают в подвижной 2 и неподвижной 4 призмах (подвижная призма прижимается к поверхности поршня пружиной 3) и одновременно подают сжатый воздух, обеспечивая закрепление сборочной единицы на распорной втулке. Положе­ние подвижной призмы фиксируется индикатором 1 по показани­ям отсчетного устройства. Затем сборочную единицу снимают с приспособления, поворачивают на 180° и вновь закрепляют в при­способлении, фиксируя положение стрелки отсчетного устройства индикатора. По разности показаний отсчетного устройства при двух закреплениях сборочной единицы определяют отклонение осей нижней головки шатуна и поршневого пальца от параллель­ности. Полученные данные сравнивают с требованиями техниче­ских условий на сборку.

Соединение шатунно-поршневой группы с коленчатым валом.

После сборки шатунно-поршневой группы и ее контроля устанав­ливают поршневые кольца в канавки поршня, а поршень в ци­линдр, после чего нижнюю головку шатуна соединяют с шатунной шейкой коленчатого вала (кривошипа).

При установке поршневых колец большое значение имеет ве­личина зазора в стыке колец, которая должна находиться в преде­лах 0,3…0,8 мм. При большей величине зазора может произойти прорыв газов. Слишком малая величина зазора может привести к появлению задиров на стенках цилиндра.

Поршневые кольца поступают на сборку окончательно обрабо­танными. Но все-таки перед установкой колец на поршень реко­мендуется проверить их упругость, плотность прилегания к зерка­лу цилиндра и величину зазора между торцами колец. Надевают кольца на поршень, используя специальные приспособления, например щипцы, изображенные на рис. 7. После установки ко­лец на поршень их необходимо расположить таким образом, что­бы стыки (замки) колец были сдвинуты один относительно другого на угол, кратный числу колец (например, при наличии трех колец замки должны располагаться под углом 120°), и проверить величи­ну зазоров между кольцами и стенками канавок поршня.

Когда поршневые кольца надеты на поршень, их диаметр пре­вышает диаметр поршня. Поэтому чтобы опустить поршень в ци­линдр, необходимо использовать специальное приспособление, имеющее коническое отверстие, меньший диаметр которого ра­вен диаметру цилиндра, а больший — несколько превышает диа­метр колец, надетых на поршень. Такое приспособление устанав­ливают на торце цилиндра, а поршневые кольца, сжимаясь при опускании, легко в него входят.

При установке шатунно-поршневой группы и ее соединении с коленчатым валом необходимо обеспечить перпендикулярность осей коленчатого вала и цилиндра. Контроль перпендикулярности осей осуществляется по схеме, приведенной на рис. 8. Вдоль геометрической оси цилиндра натягивают струну 2, а на шатун­ной шейке коленчатого вала 1 устанавливают рейсмас 3 так, чтобы его острие касалось этой струны. Коленчатый вал поворачивают на 180° и проверяют касание острия рейсмаса натянутой вдоль оси цилиндра струны (в случае касания взаимная перпендикулярность осей коленчатого вала и цилиндра считается установленной).

После контроля взаимного расположения осей коленчатого вала и цилиндра соединяют нижнюю головку шатуна, представ­ляющую собой разъемный подшипник скольжения, с шатунной шейкой коленчатого вала.