Вахламов В.К., Шатров М.Г., Юрчевский А.А. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 12

ШАТУННАЯ ГРУППА

В состав шатунной группы входят шатун, шатунные вкладыши,

шатунные болты (шпильки), элементы фиксации болтов

(рис.

12.1).

Шатун состоит из поршневой (верхней) головки с бронзовой

втулкой (при плавающем пальце), стержня и кривошипной го-

ловки со съемной крышкой.

Рис.

12.1.

Конструкция одинарного шатуна:

—

верхняя

головка; 2 — бронзовая втулка; 3 — стержень; 4 — шатунный болт;

5 — нижняя головка; 6 — съемная крышка; 7 — усики; 8 — верхний вкладыш,

нижний вкладыш

180

Условия работы

шатуной

группы характеризуются

интенсивны-

ми знакопеременными нагрузками от газовых и инерционных сил

и повышенными температурами рабочей среды.

Исходя из

условиц

работы к конструкции деталей шатунной

группы

предъявляются

следующие требования: высокая

жесткость,

обеспечивающая надежную работу тонкостенных вкладышей и

шатунных болтов; минимальные габаритные размеры и масса;

высокая усталостная прочность; возможность

прохождения

головки

через цилиндр при мрнтаже (непременное условие для двигате-

лей с блок-картерами).

Шатуны двигателей с искровым зажиганием изготовляют из

стали 45, 45Г2, 40Г, 40Х, 40ХН, 40Р, а для дизелей используют

высркопрочные

легированные стали

18Х2Н4МА,

18Х2Н4ВА,

40Х2Н2МА,

40ХНЗА,

40Х2МА. Шатуны

изготовляют

ковкой в

штампах, а затем подвергают механической и термической об-

работке. Для повышения усталостной прочности шатун подвер-

гают дробеструйной

рбработке,

а иногда полировке. В двигателях

с искровым зажиганием в качестве материала шатуна возможно

применение ковкого перлитного

чугуна

или высокопрочного с

шаровидным графитом. Шатуны могут отливаться с использо-

ванием высокопрочных титановых сплавов или композитных мате-

риалов.

В автотракторных двигателях наибольшее распространение по-

лучили одинарные шатуны. В

V-образных

двигателях кривошип-

ные головки шатунов двух противолежащих цилиндров распола-

гают последовательно на одной

шатунной

шейке. Это приводит к

смещению осей левых и правых цилиндров вдоль оси двигателя.

Поршневая головка шатуна (рис. 12.2) имеет геометрическую

форму и размеры, определяемые типом ее соединения с поршне-

вым пальцем (плавающим или защемленным).

Плавающий палец устанавливают в верхнюю головку шатуна,

имеющую тонкостенную бронзовую втулку

толщиной

0,8...

2,5 мм.

Защемленный палец в неразрезной поршневой головке фиксируют с

помощью гарантированного температурного натяга

(20...

40 мкм) при

сборке.

верхней части поршневой

голорки

обычно имеется прилив /

(рис. 12.2, а) для

подгрнки

шатуна по массе и расположению центра

масс.

Так как сила давления газов

может значительно превышать

силы инерции

при равенстве верхней и нижней площадей опор-

ных:

поверхностей головки

толщину

маслянрго

слоя

между

паль-

цем

и нижней

поверхностью

втулки будет меньше, чем в верхней.

Для выравнивания этой толщины площадь верхней опорной по-

верхности уменьшают за счет фрезерования углубления в ее сред-

ней части (рис. 12.2, в) или применения наклонных торцовых

поверхностей головки (рис. 12.2, г).

181

Рис. 12.2. Поршневые головки шатунов двигателей с искровым зажига-

нием

(а...в),

дизелей (г.. е) и методы их

упрочнения

(ж...л):

J — прилив, 2 —

распылитель

Для

накопления и подвода масла к поршневому пальцу в верх-

ней (менее нагруженной) части поршневой головки выполняют

отверстия

различной

формы (рис. 12.2, б, в) В форсированных

дизепях

смазывание поршневого пальца

осуществляют

маслом,

поступающим под давлением через канал в стержне шатуна

(рис, 12.2, д, е). При этом возможно применение струйного ох-

лаждения днища поршня через распылитель 2 на поршневой го-

ловке.

Наиболее опасным сечением

п^ршневрй

головки является ме-

сто ее перехода в стержень (точка А на рис.

12.1),

которое

опреде-

ляется углом заделки шатуна

<р

Для

упрочцения

поршневой

головки:

увеличивают радиус р

(рис.

12.2, ж) перехода от стержня ша-

туна к головке;

ось отверртия под палец

располагают

эксцентрично

относи-

тельно оси головки (рис.

122,

ж)\

создают арочную форму в верхней части

стержня

шатуна

(рис, 12.2, ж) для снижения

концентрации

напряжений в зоне

под поршневой головкой;

создают прилив металла в зоне перехода (рис.

12.2,

з);

выполняют третью полку вдоль продольной оси стержня

(рис, 12.2,

и);

првышаюг

толщину стержня до

диаметра

поршневой головки

(рис 12.2,/с);

прлки шатуна располагают в плоскости

его

качания

для

устра-

ненр|я

консольности

поршневой головки

по,

продольной оси пальца

(рис, 12.2,

л).

182

Стержень шатуна имеет обычно

двутавровое

сечение, симмет-

ричное относительно продольной оси кривошипной головки, что

обеспечивает его высокую жесткость при небольшой массе. При

подводе масла от

кривошипной

головки к поршневой в стержне

формируют

специальный канал.

Кривошипную головку шатуна выполняют разъемной. Наиболее

распространены шатуны с прямым

разъемом,

плоскость

которого

перпендикулярна оси стержня шатуна

При

большом

диаметрр

шатунной шейки, характерном для фор-

сированных двигателей, разъем

вьщолняют

косым под углом

ср

= 30,

45 или 60° к продольной оси стержня шатуна (рис. 12.3). В этом случае

сила инерции

Р„,

растягивающая шатунные болты,

уменьшается,

однако возникает боковая сила

Р^.

Для предотвращения

смещения

крышки,

которое может

возникнуть

no,q

действием этой силы, при-

меняют треугольные шлицы (рис. 12.3, а), буртики (рис. 12.3, б)

или фиксирующие штифты (рис. 12.3, в). Использование шлицов

снижает жесткость, усложняет технологию и удорожает изготовле-

ние. Чаще всего крышку крепят к шатуну болтами,

ввернутыми

верхнюю часть головки.

В последнее время

разъем

между крышкой и верхней

частью

головку

обеспечивается технологически методом разлома.

Для уменьшения концентрации напряжений в кривошипной

головке переходы к опорным плоскостям головок шпилек,

бол-

тов, гаек выполняют большим радиусом

(рис 12 1, б) или с

поднутрением по

радиусу

г\

(рис. 12.1, в).

Снижения габаритов и массы кривошипной головки достига-

ют

расположением

шатунных болтов

^шпилек)

как можно ближе

Рис. 12.3. Кривошипная головка

шатуна

с косым разъемом и

фиксацией)

тре-

угольными шлицами (а),

Оуртиками

(б) и фиксирующими штифтами (в)

183

к оси шейки. В отдельных случаях в

теле

вкладыша

предусматрива-

ют выработку для

прохождения

шатунного болта.

Шатунные подшипники скольжения работают в условиях высо-

ких знакопеременных механических нагрузок и повышенных тем-

ператур.

Они представляют собой разъемные тонкостенные вкла-

дыши,

установленные

кривошипную головку шатуна. Для пред-

отвращения

проворачивания и

осеврго

перемещения вкладышей у

одной из кромок вкладыша

отгибают

фиксирующий выступ

(усик),

который входит в пазовую канавку кривошипной головки шатуна.

Шатунные

вкладыщи

конструктивно

выполняются подобно

вкладышам коренных подшипников и с теми же материалами ан-

тифрикционного слоя.

Для ускорения

прорабатываемое™

вкладышей поверхность

антифрикционного слоя

покрывают

тонкой пленкой толщиной

0,015.,.0,04

мм сплава свинца с олором или свинца с кадмием.

Осевой зазор,

которому

соответствует

возможное перемещение

шатуна вдоль

щатунной

шейки, не должен превышать

0,2...

0,3 мм.

Шатунные болты

на!ружаются

силами предварительной затяжки

и силами

инерции.

Для

повышения усталостной прочности болта

при его

повторно-переменном

изгибе, возникающем из-за дефор-

мации головки в зоне стыка, применяют конструктивные реше-

ния: повышают жесткость кривошипной головки; выполняют плав-

ные переходы от тонкой части болта к

голрвке,

центрирующим

пояскам и к резьбе; уменьшают опорные поверхности головок

болтов; применяют

самоустанавливдющие

рферические

поверх-

ности контакта головки болта и

шатуна;

выполняют резьбу с мел-

ким шагом; увеличивают радиус закругления по

впадине

резьбы.

Напряжения в болте, возникающие при затяжке, разгружают-

ся обратным поворотом гайки на

небольшой

угол.

При прямом разъеме шатуна

болгы

обычно выполняют функ-

цию фиксации

положения

крышки

ртносительно

шатуна с помо-

щью специального

центрирующего

пояска

(с,м.

рис.

12.1).

Болты (шпильки) изготовляют из хромистых и хромоникель-

молибденовых сталей

JOX,

35X,

40^,

45Х, 40ХНМА штамповкой

последующе^

накаткой резьбы и

термической

обработкой за-

калкой и высоким отпуском.

Для предотвращения проворачивания болтов их головки изго-

товляют с

вертикальном

срезом, а

в,

теле шатуна фрезеруют вер-

тикальный уступ.

Ино1да

в головке

фолта

выполняют фиксирую-

щие выступы. Гайки шатунных болтов (шпилек)

обычно

само-

контрящиеся (обжатые по граням).

Для обеспечения

работоспособности

болтов

необходимо:

создавать требуемую силу предварительной

затяжки

болтов,

которая обеспечит

нераскрыгие

стыка;

не допускать монтажную перетяжку болтов, что мржет вызвать

текучесть материала и

дальнейшее

ослабление затяжки;

184

иметь достаточную жесткость кривошипной головки и парал-

лельность опорных поверхностей болта и гайки в целях недопу-

щения напряжений изгиба болта (шпильки).

Контрольные вопросы

1. Опишите условия работы и требования, предъявляемые к шатун-

ной группе.

2. Из каких компонентов состоит шатун?

3. Для

чего

предназначен

шатун?

4. Для

чего

необходим косой разъем шатуна?

5. Опишите особенности конструкции подшипников шатуна.

Глава 13

ГРУППА КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА

13.1. Общие положения

В группу коленчатого вала входят коленчатый вал, противове-

сы, маховик, элементы привода газораспределительного и других

вспомогательных

механизмов,

узел осевой фиксации и детали

маслоуплотняющих

устройств.

На коленчатый вал действуют переменные по величине и на-

правлению газовые и инерционные силы и их моменты. Он под-

вергается деформациям изгиба и кручения. Его шейки работают

при больших относительных скоростях и значительных механи-

ческих и тепловых нагрузках.

Характерными дефектами коленчатого вала являются: усталост-

ные поломки,

износы

шеек, разрушение подшипников. С учетом

указанных условий работы коленчатый вал должен отвечать сле-

дующим требованиям: форма коленчатого вала должна обеспечи-

вать равномерное чередование рабочих ходов и

уравновешенность

двигателя; максимальная жесткость при минимальной массе; вы-

сокая усталостная прочность; хорошая износостойкость шеек вала.

13.2. Состав и структура коленчатого вала

Коленчатый вал состоит из кривошипов, ориентированных от-

носительно друг друга в пространстве, носка 5 (рис.

13.1)

и хво-

стовика 1.

Кривошип формируется из двух коренных шеек

шатунной

шейки 2 и

элементоэ

соединяющих их, называемых щеками 3.

Приоритет требований при выборе пространственной схемы

расположения кривошипов коленчатого вала, от которого в реша-

ющей степени зависят уравновешенность двигателя, равномерность

его хода, параметры крутильных колебаний, следующий: равно-

мерное

чередование

рабочих ходов и рациональный порядок рабо-

ты двигателя; внешняя уравновешенность двигателя по силам

ин^ер-

ции и моментам от них; внутренняя уравновешенность двигателя.

Коленчатые валы могут быть монолитными или

составнымц.

Коленчатые валы современных двигателей в основном изго-

товляют полноопорными, когда

число

коренных шеек на едини-

цу больше числа кривошипов. Этим обеспечивается большая жест-

кость вала.

В ряде

Y-образньд

двигателей для обеспечения равномерного

чередования рабочих ходов шатунные шейки одноименных

ци-

1S6

Рис.

13.1.

Коленчатый

»ал:

а — стальной; 6 — чугунный;

— хвостовик; 2 — шатунная шейка; 3 — щека;

4 —

коренная

шейка; 5 — носок

линдров

левого и правого рядов делают со сдвигом друг относи-

тельно друга на угол 5.

Коренные шейки нагружаются в основном крутящим моментом.

На шатунные шейки действуют одновременно переменные крутя-

щие и изгибающие моменты, экстремальные значения которых

не совпадают по времени.

Применение в коленчатых валах современных двигателей ко-

ренных и шатунных шеек больших диаметров приводят к тому,

что их сечения перекрывают друг друга в плане. Это

повышает

изгибную

жесткость коленчатого вала.

Для уменьшения массы вала и подачи масла к подшипникам внут-

ри шеек и щек вала выполняют систему каналов, полостей и отвер-

стий. Наиболее удаленные от оси вала полости могут быть использо-

ваны в качестве

уловителей

механических частиц. В основном в со-

временных двигателях используются подшипники

скольжения,

а в тя-

желых двигателях могут применяться и подшипники качения.

Подвод

масла к коренным подшипникам осуществляется от

главной масляной магистрали в их малонагруженную зону, а к

шатунным подшипникам — по просверленным отверстиям в ще-

ках и по радиальным отверстиям в шатунной шейке.

187

Щеки вала имеют эллиптическую, прямоугольную или круг-

лую форму. Ее выбирают исходя из максимально рационального

использования металла без снижения прочности вала.

Щеки подвергаются изгибу в двух плоскостях, растяжению и

сжатию, а также кручению. Они являются наиболее сложно

на-

труженными элементами коленчатого вала, а наибольшие

кон-

центрации напряжений отмечаются в галтелях. Для снижения

кон-

центрации

изгибных

напряжений места перехода от щек к

шей-

кам

выполняют

в виде

галтелей

по двум или трем радиусам или с

поднутрением в щеку, что обеспечивает максимально возможную

длину опорной длины шейки.

На продолжении щек коленчатого вала могут

располагаться

противовесы, которые изготовляют заоднр с коленчатым валом

или крепят к нему на продолжении щек в виде автономных эле-

ментов. Их

количество,

размеры и размещение должно при мини-

мальной металлоемкости обеспечивать внешнюю и минимизиро-

вать внутреннюю неуравновешенность двигателя.

В процессе работы коленчатый вал подвергается воздействию

значительных осевых усилий,

возникающих

из-за изменения ори-

ентации транспортного средства и двигателя

относительнр

гори-

зонта в результате ускорения и замедления

транспортногр

сред-

ства, работы на валу

косозубых

шестерен и при выключении сцеп-

ления. Осевая фиксация вала по одной шейке

относительно

картера

обеспечиваетря

упорными кольцами, буртами

вкладьщхей

или упор-

ным подшипником (рис. 13.2) при осевых зазорах

0,05...0,15

мм

Упорные кольца изготовляют из бронзы, стали или

металлокера-

Рис. 13.2. Осевая фиксация коленчатого вала:

вкладышам^

с буртиками; б — упорными кольцами; в — упорным шарико-

подшипником

188

мики и фиксируют от проворачивания штифтами. Для снижения

потерь на трение стальные кольца и упорные бурты вкладышей

заливают антифрикционным сплавом.

На носке коленчатого вала устанавливают шкивы или шестер-

ни для привода механизма газораспределения, насосов, вентиля-

тора, демпфера крутильных колебаний и др.

На хвостовике коленчатого вала устанавливают маховик с зуб-

чатым венцом для пуска двигателя. Чем больше момент инерции

маховика, тем выше равномерность хода двигателя,

однако

пере-

ход с одного скоростного режима на другой в силу его инерцион-

ности будет более медленный. В ряде конструкций на хвостовике

может быть организован привод механизма газораспределения.

Для предупреждения

вцхода

масла из внутреннего объема кар-

т^ра

на носке и

хвостовике

коленчатого вала устанавливают мас-

лоудерживающие

сальники.

Коленчатые валы в сборе со всеми элементами группы подвер-

гают

статической и динамической балансировке по

техническим

условиям, установленным заводом-изготовителем.

Коленчатые валы штампуют из стали или отливают из специ-

альных

чутунов.

Для штампованных валов применяют

ртали

45,

45Х, 40ХФА, 42ХМФА,

18Х2Н4ВА

(рис. 13.1, а).

Коленчатые валы двигателей с искровым зажиганием

ртливаю?

из высокопрочного чугуна (рис.

13.1,

б). Они имеют

меньшую

сто-

имость, небольшие

припурки

на механическую обработку, в них

можно придать более рациональную форму внутренним полостям

щеек

щек и обеспечить повышение усталостной прочности. Однако

предел выносливости чугуна на изгиб существенно

ниже,

чем

ста-

л,и,

поэтому такие валы редко применяются в дизелях.

13.3. Прочность коленчатого вала и методы ее повышения

Дефекты

коленчатого

1|ала

определяют его прочность, надеж-

ность работы КШМ и всего двигателя.

Несоосность коренных опор блока и биение коренных

uieeK

валд,

возникают в результате

технологических

отклонений или нерав-

номерности износа в процессе эксплуатации, а также

и^-за

дина-

мических деформаций опор картера и шеек. Эти дефекты могут

проявиться в

виде

эксцентриситета осей и разности их углов.

На прочность коленчатого вала влияет несоосность коренных

рпор.

Несоосность коренных опор блока в пределах технических условий

может уменьшить запас

прочности

вала на 10

а при эксцентриси-

тете

0,1

...0,15

мм

-запас

прочности резко уменьшается (на

30...50

%).

Неравномерный

износ пары шейка

вала—-подшипник

или нерав-

номерности износа

подшипников

на

0,05...0,06

мм могут вызвать

поломку коленчатого вала.

189

Разрушение и проворачивание подшипников возникает в резуль-

тате технологических дефектов, а также при повышенных меха-

нических и тепловых нагрузках из-за нарушения условий эксплу-

атации двигателя.

Усталостные

поломки

коленчатого вала в местах перехода щек в

шейку при повышенной концентрации напряжений возможны из-

за технологических дефектов и высоких механических нагрузок.

Прочность коленчатого вала зависит от размеров и формы от-

дельных элементов вала, наличия концентраторов напряжения

на переходах в галтелях и кромках масляных каналов, характери-

стик прочности материала, конструктивных и технологических

методов упрочнения, использованных при изготовлении вала, на-

личия и

ориентации

внутренних упорядоченных структур, распо-

ложения волокон, зависящих от способа изготовления коленча-

того

вала

Конструктивными мероприятиями по упрочнению вала

явдяют-

ся;

обеспечение

перекрытия

коренных и шатунных шеек; увели-

чение радиуса галтели или выполнение многорадиусной галтели

при неизменной опорной длине подшипника; увеличение трлщи-

нь^

и ширины щеки вала; формирование бочкообразной формы

подсетей

в шейках;

расположение

маслоподводящего

канала в ша-

тунной шейке под углом 90°.

Технологические мероприятия по упрочнению вала

следующие:

закалка

щеек

и галтелей вала ТВЧ при

быстровращающемся

вале

с охлаждением под слрем жидкости с последующим низкотемпе-

ратурным отпуском; пластическая

деформация

галтелей

обкаткой

роликами при

использовании

среднеуглеродистых

сталей и при

закалке ТВЧ; азотирование шеек и галтелей вала.

Азотирование повышает усталостную прочность вала в 1,5...

раза,

а износостойкость шеек увеличивается более чем

на,

Однако при этом растет трудоемкость изготовления, повышается

вероятность коробления валов, а при ремонте ограничиваются

возможности

их шлифования.

13.4. Основные сведения о крутильных

колебаниях

В процессе работы двигателя на отдельные кривошипы

колен-

чатого вала действуют периодически изменяющиеся крутящие

моменты, сдвинутые но фазе в соответствии с порядком работы

цидиндров.

Это приводит к возникновению в конструкции вала

переменных деформаций кручения, а они вызывают в нем упру-

ги*?

восстанавливающие моменты. Так как соотношения между

возбуждающими и восстанавливающими моментами циклически

меняются, то кривошипы вала и связанные с ними элементы со-

вершают в плоскости

вращения

периодические угловые знакопе-

ременные

смещения, которые

называются

крутильными

колеба-

190

ниями.

При интенсивных колебаниях из-за деформации элементов

вала нарушается уравновешенность двигателя, что приводит к

повышению вибраций и шума двигателя, возникают дополнитель-

ные напряжения в элементах коленчатого вала.

Интенсивность вынужденных крутильных колебаниях зависит

от колебательных характеристик коленчатого вала и характера

изменения по времени возбуждающих крутящих моментов. Наи-

большие

амплитуды закрутки отдельных участков

вгита

возникают

при

резонансе,

когда частота

одно^

из

гармоник возбуждающих

моментов совпадает с какой-либо из частот

собственных

колеба-

ний системы.

Снижения напряжений в элементах коленчатого вала от кру-

тильных

колебаний

достигают

изменением конструкции вала:

при заданном расположении кривошипов коленчатого вала

четырехтактных двигателей выбирают наиболее приемлемый ва-

риант порядка работы цилиндров;

при заданном расположении кривошипов вала

уменьшают

инер-

ционные массы кривошипов, а также повышают крутильную же-

сткость вала для увеличения

частоты

собственных колебаний сис-

темы и вывода ее за пределы рабочего диапазона;

устанавливают специальные

гасцтели

крутильных

колебаний',

без

поглощения колебательной

энергир

системы

—-

маятниковые (ди-

намические) антивибраторы; с частичным поглощением и по-

следующим рассеиванием энергии колебаний в окружающую среду

в виде

теплоты

— демпферы.

Принцип работы

антивибраторов

заключается в изменении

резонансно^

системы коленчатого вала. Они эффективны

только-

в узком

диацазоне

частот на одном режиме работы двигателя. Ан-

тивибраторы в основном используются в двигателях, работающих

стационарно на одном скоростном режиме.

Работа демпферов основана на принципе поглощения

энерги^

крутильных колебаний двигагеля и последующего ее рассеивания

в окружающую среду в виде теплоты. Поглощение энергии

коле-

баний осуществляется за счет использования разных видов тре-

ния: сухого, жидкостного щи внутреннего (молекулярного) в

упругом (резиновом) элементе. Эти гасители колебаний

умень-

шают амплитуды колебаний при любой частоте вращения вала

двигателя, включая и резонансную частоту. Поэтому они

наибо-

лее

распросгранены

в автотракторных двигателях и устанавлива-

ются на носке коленчатого вала, где имеются наибольшие

ампли-

туды

колебаний.

Контрольны^

вопросы

1. Для

чего

служит

коленчатьш

ва^?

2. Из каких

компонентов

состоит коленчатый вал?

191

3. Опишите условия работы и требования,

предъявляемые

к группе

коленчатого вала.

4. Для чего необходим

маховик?

5. Опишите методы осевой фиксации коленчатого вала.

6. Опишите методы повышения прочности коленчатого

врга.

7. Сопоставьте литые и кованые коленчатые валы.

8. Сформулируйте

причины

возникновения крутильных

колебаний

методы их снижения.

Глава 14

МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

14.1. Схемы механизмов газораспределения

Назначение механизма газораспределения (МГР) состоит в

обеспечении периодической смены рабочего тела в цилиндре ДВС

при реализации действительного цикла. Смена рабочего тела пред-

полагает наполнение цилиндра свежим зарядом и

его

очистку от

отработавших газов. При этом необходимо обеспечить максималь-

но возможную мощность и наилучшую

экономичное!

ь двигателя

при приемлемых параметрах токсичности на каждом режиме его

работы. Данная задача решается при условии выполнения следую-

щих ограничений: минимально возможные габариты и масса де-

талей, а также необходимая их жесткость; минимальные затраты

энергии на привод; высокая надежность и долговечность; просто-

та конструкции и приемлемая стоимость; минимально возмож-

ные потери на трение и износ контактирующих

поверхностей

подвижных элементов.

Основные конструктивные решения и схемы МГР. Впускные и

выпускные тракты МГР имеют окна, которые могут открываться

и закрываться подвижным элементом тремя способами: клапа-

ном, перемещающимся в отверстии; диском или цилиндром, со-

держащим отверстие, которое совпадает с отверстиями в камере

(отверстие может совершать вращательное или

шюскрпараллель-

ное движение); поршнем, перекрывающим окна в цилиндре дви-

гателя (в ряде двухтактных двигателей).

Механизмы газораспределения, использующие первый способ,

называют клапанными, а последние два — золотниковыми. Клапан-

ные МГР широко применяются в современных

четырехтактных

автотракторных двигателях в силу простоты

конструкции,

малой

стоимости изготовления и ремонта, хорошего уплотнения каме-

ры сгорания и надежности в работе. Верхнее

расположение

клапана

в головке цилиндров является основным вариантом,

реализуемым

в современных МГР.

Коленчатый вал через привод вращает распределительный вал,

который с помощью привода клапанного узла задает управляю-

щее воздействие и закон подъема клапану. Схема

МЦ*

зависну

от

взаимосвязанных факторов: выбранного способа организации ра-

бочего процесса, что предопределяет форму и расположение ка-

меры сгорания (в дизелях камеры сгорания обычно располагают-

ся в поршне, а в двигателях с искровым зажиганием — в головке

блока цилиндров); принятого количества клапанов на один

ци-

Ва

193

а,

<=t

с;

о |

* I

О О

ев

Q-,

линдр (2, 3 и более); места расположения (нижнее или верхнее)

И количества (1 или 2) распределительных валов.

Двухклапанный

механизм (один впускной и один выпускной

Клапаны на цилиндр) является наиболее простым. Относительно

Продольной оси двигателя клапаны могут располагаться продоль-

но и поперечно (косо).

Продольное расположение клапанов (рис.

14.1,

а) наиболее про-

стое и применяется в двигателях с искровым зажиганием для кли-

новидных и плоскоовальных камер сгорания, а в дизелях — для

удобства размещения и обслуживания форсунок.

Привод клапанов осуществляется от одного распредели-

тельного вала: при его верхнем расположении — непосредственно

Толкателями, а при нижнем — коромыслами или рычагами.

Расположение одноименных клапанов смежных цилиндров

может быть попарное либо поочередное. При попарном располо-

жении впускные каналы соседних цилиндров могут иметь общий

патрубок или разделенные патрубки для каждого клапана. Для

каждого выпускного клапана выполняют индивидуальный канал

во избежание перегрева патрубков. При объединении одноимен-

ных каналов соседних цилиндров возрастает неравномерность рас-

пределения температур по длине головки, что приводит к ее ко-

роблению.

Впускной и выпускной коллекторы в линейных кар-

бюраторных двигателях размещают, как правило, с одной стороны

для подогрева смеси и улучшения испарения топлива. В

У-образных

двигателях впускные и выпускные трубопроводы размещают с

разных сторон головки блока в целях упрощения его компоновки

И улучшения формы впускных и выпускных каналов.

Расположение клапанов относительно оси цилиндра может быть

параллельным в дизелях и при плоскоовальных камерах сгорания

у двигателей с искровым зажиганием, а также под наклоном для

клиновых камер сгорания двигателей с искровым зажиганием. По-

следнее позволяет улучшить впускную систему и расположение

свечей зажигания.

Поперечное или косое расположение клапанов в цилиндре исполь-

зуют в полусферических и шатровых камерах сгорания двигателей

с искровым зажиганием при установке свечи в центре камеры

сгорания. Такая компоновка клапанов обеспечивает наиболее плав-

ную форму каналов и большие проходные сечения, что снижает

гидравлические потери и увеличивает наполнение. Возможность

наклона или смещения клапанов относительно оси цилиндра по-

зволяет улучшить впускную систему, камеру сгорания, располо-

жение форсунок или свечей зажигания.

При этом клапаны размещают под углом к оси цилиндра, ко-

торый называется углом развала С ростом угла развала появляется

возможность увеличения диаметров клапанов.

194

195

Привод клапанов осуществляется от одного распредели-

тельного вала через коромысла или от двух валов через толкатели

и реже — через коромысла или рычаги.

При поперечном расположении клапанов впускные и выпуск-

ные каналы направлены в разные стороны, а при косом — в одну

или в разные стороны. Расположение каналов в разные стороны по-

зволяет максимально приблизить друг к другу тарелки клапанов, и,

как следствие,

несколько

увеличить их диаметр. Однако возможнос-

ти улучшения наполнения цилиндров в

двухютапанном

механизме

за счет увеличения диаметров головок клапанов ограничены.

Многоклапанные МГР (3, 4, 5 клапанов на цилиндр) (рис.

14.1,

б, в) позволяют получить более высокий коэффициент наполне-

ния за счет увеличения общего проходного сечения трактов. При

этом

уменьшаются

габариты и масса подвижных элементов МГР

и, следовательно, силы инерции. Однако при этом повышаются

стоимость изготовления, сложность конструкции и снижается на-

дежность функционирования МГР.

По месту расположения распределительного вала различают МГР

с нижним или средним (рис. 14.2, а) и верхним (рис. 14.2,

б...е)

расположением.

Нижние распределительные валы располагают в картере двига-

теля, а в

V-образных

конструкциях — в развале блока цилиндров.

Достоинствами данного расположения являются простота конст-

рукции и компактность привода. К недостаткам схемы относятся

сравнительно большая масса движущихся элементов МГР и мень-

шая жесткость привода клапанного узла из-за длинной податли-

вой штанги, что может привести к возникновению колебаний и

изменениям требуемого закона подъема клапана. Поэтому такая

схема используется в двигателях с относительно невысокой но-

минальной частотой вращения.

Привод распределительного вала от коленчатого

вала обычно осуществляется с помощью зубчатой пары. Для сни-

жения шума при работе зубья шестерен выполняют косыми. С этой

же целью шестерню распределительного вала нередко изготовля-

ют из текстолита.

Привод клапана от кулачка распределительного вала осу-

ществляется через толкатель, штангу и коромысло.

Верхние распределительные валы устанавливают в головке блока

цилиндров. Это обусловливает большое межосевое расстояние меж-

ду коленчатым и распределительным валами. Причем из-за боль-

шого диаметра шестерни на распределительном валу габариты дви-

гателя, особенно четырехтактного (в головке), возрастают. Для

привода клапанов могут использоваться один (рис. 14.2,

б...г)

или

два (рис. 14.2, д, е) распределительных вала.

Привод распределительного вала от коленчатого

вала организуется цепью или зубчатым ремнем. В мощных дизелях

196

Рис. 14.2. Расположение и число распределительных валов:

а — нижнее; б г — верхнее одного распределительного вала; д и е — двух рас-

пределительных валов, 1 — распределительный вал; 2 — толкатель; 3 — штанга;

4 — коромысло; 5 — клапанный механизм; 6 — траверса

привод возможен с помощью цилиндрических шестерен, а также

системы промежуточных валов с коническими или винтовыми

шестернями.

Привод распределительного вала

зубчатым

ремнем (рис.

14.3, а) обеспечивает достаточную долговечность, устойчивость

регулировок, приемлемую стоимость, низкий уровень шума и не

требует смазки. Ремень изготовляют из синтетических материалов,

армированных стекловолокном или проволочным кордом. От схо-

да с цилиндрических зубчатых шкивов и натяжного ролика его

перемещение ограничено буртиками.

Цепная передача распределительного вала (рис.

14.3,

б)

обеспечивает простоту конструкции, снижение массы привода,

сравнительно малую

шумность

работы. В приводе используют зуб-

чатые или

втулочно-роликовые

двухрядные цепи, которые дешевле

и получили большее распространение. К недостаткам цепного при-

вода относятся вибрация цепи при резко меняющихся нагрузках,

а также ее износ и вытяжка в процессе эксплуатации. Для устра-

нения вибрации применяют успокоители 9 колебаний и натяж-

ные устройства б и 7.

197

Привод распределительных валов цилиндрическими ше-

стернями (рис. 14.3, в) осуществляется большим количеством

шестерен, а это увеличивает массу двигателя.

Привод распределительных валов с

промежуточными

валами

(рис. 14.3, г) надежен в работе, но сложен и требует

точной регулировки зацепления шестерен.

Привод клапанов осуществляется одним или двумя распредели-

тельными валами.

4 8

Рис. 14.3. Привод к верхним распределительным валам ремнем (а), це-

пью (б), с помощью шестерен (в) и системы промежуточных валов

с коническими или винтовыми шестернями (г):

1 — коленчатый вал, 2 — жидкостный насос; 3 — натяжной ролик; 4 — распре-

делительные валы, 5 — приводной ремень; 6 —

натяжитель

цепи; 7 — башмак

натяжителя

цепи, 8 — цепь; 9 — успокоитель цепи; 10 — масляный насос;

—

промежуточные валы Детали поз 1, 2,

10 и 11 (шкивы, звездочки, шестерни)

для краткости условно названы наименованиями соответствующих валов

198

Рис. 14.4. Привод клапанного механизма:

а — непосредственный,

6...

г — через рычаги;

д...з

— с помощью коромысла; 1 —

стакан; 2 и б — стойки; 3 и 4 — регулировочные болты; 5 — шарик; 7

канал

При одном распределительном вале и двух кла-

панах на цилиндр с продольным расположением предпочтителен

непосредственный привод их кулачками вала через направляю-

щий стакан 1 (рис. 14.4, а), перемещающийся в стойке 2 или че-

рез одноплечие рычаги (рис. 14.4,

б...г),

а при поперечном и ко-

сом расположении клапанов — через коромысла (см. рис. 14.2,

<?).

Для ГРМ с двумя

распределительными

валами ха-

рактерен непосредственный привод клапанов кулачками вала (см.

рис. 14.2,

д,

ё).

При этой схеме удобно располагать в центре камеры

сгорания свечу или форсунку. Аналогично для многоклапанных

199