- •1. ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ
- •1.1. Этапы конструирования
- •1.2. Компоновочные схемы двигателей [4, 5]
- •1.3. Выбор основных конструктивных параметров [4, 5, 6]
- •2. КОРПУСНЫЕ ДЕТАЛИ
- •2.1. Фундаментные рамы, стойки и станины
- •2.2. Блоки, картеры, головки цилиндров
- •2.2.1. Двигатели с жидкостным охлаждением
- •2.2.2.Особенности двигателей с воздушным охлаждением
- •2.2.2.1. Компоновочные схемы двигателей
- •2.2.2.2. Особенности компоновки двигателей
- •2.2.2.3. Регулирование охлаждения
- •2.2.2.4. Конструкции корпусных деталей двигателей
- •Вопросы для самоконтроля
- •3. ПОРШНЕВАЯ ГРУППА
- •3.1. Конструктивный обзор
- •3.2. Поршень
- •3.3. Поршневой палец
- •3.4. Поршневые кольца
- •3.4.1. Компрессионные кольца
- •3.4.2. Маслосъёмные кольца
- •Вопросы для самоконтроля
- •4. ШАТУНЫ, ШТОКИ И КРЕЙЦКОПФЫ
- •4.1. Конструктивный обзор
- •4.2. Поршневая головка
- •4.4. Стержень шатуна
- •4.6. Шатунные болты
- •4.7. Особенности конструкции шатунной группы крейцкопфных двигателей
- •Вопросы для самоконтроля
- •5. КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ
- •6. МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ (МГР)
- •6.1. Компоновка клапанных механизмов
- •6.2. Привод клапанов
- •6.4. Детали механизма газораспределения
- •6.4.1. Клапаны и замки крепления тарелок пружин
- •6.4.3. Толкатели, штанги, коромысла
- •Вопросы для самоконтроля
- •7. МАТЕРИАЛЫ
- •Вопросы для самоконтроля
- •Библиографический список
Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования «Сибирскаягосударственнаяавтомобильно-дорожнаяакадемия(СибАДИ)»
Кафедра«Тепловыедвигателииавтотракторноеэлектрооборудование»
|
|
|
|
И |
|
|
|
Д |
|
|
|
А |
|
|
|
б |
|
|
|
и |
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
Омск
УДК 621.43 (075.8)
ББК 31.365я73
К19
Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию» данная продукция маркировке не подлежит.
Рецензенты:
канд. техн. наук, доц. И.М. Князев (СибАДИ); канд. техн. наук, доц. И.В. Хамов (СибАДИ);
канд. техн. наук, доц. В.В. Троценко (ОмГАУ им. П.А. Столыпина)
Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве учебного пособия.
Каня, Валерий Анатольевич.
К19 Обзор конструкций деталей кривошипно-шатунного и газораспределитель-ного механизмов двигателей внутреннего сгорания [Электронный ресурс] :курс лекций /В.А.
Каня. – Электрон. данСибАДИ. − Омск : СибАДИ, 2016. – URL: http://bek.sibadi.org/cgi-bin/ irbis64r_plus/cgiirbis 64 ft.exe. - Режим доступа: для авторизованных пользователей.
ISBN 978-5-93204-938-9.
Рассмотрены вопросы, связанные с разнообразием конструктивного исполнения как кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов в ц елом, так и их деталей. Курс начинается с краткого изложения этапов проектирования, компоновочных схем двигателей и выбора основных конструктивных параметров. Далее излагается собственно обзор конструкций кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов поршневых двигателей внутреннего сгорания.
Имеет интерактивное оглавлен е в виде закладок.
Предназначен для обучающ хся направления «Энергомашиностроение», а также может использоваться для направлен я «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» при зучен д сциплины «Автомобильные двигатели».
Текстовое (символьное) издание (10,0 МБ)
Системные требования : Intel, 3,4 GHz ; 150 МБ ; Windows XP/Vista/7 ; DVD-ROM ; 1 ГБ свободного места на жестком диске ;
программа для чтения pdf-файлов Adobe Acrobat Reader ; Google Chrome
Редактор Т.И. Калинина
Техническая подготовка − Т.И. Кукина Издание первое. Дата подписания к использованию 07.07.2016
Издательско-полиграфический центр СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПЦ СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1
© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2016
ВВЕДЕНИЕ
Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) применяются во многих отраслях хозяйственной деятельности в качестве стационарных и транспортных источников энергии. В этом же качестве ДВС используют в сельском, дорожном, строительном, лесном хозяйстве для механизации трудоёмких работ, а также в Вооружённых силах РФ.
Развитие электроники, появление новых конструкционных материалов и современные требования к экологии предъявляют высокие требования к конструкции вновь создаваемых и модернизируемых двигателей, к уровню их технико-экономических показателей.
В связи с вышесказанным современный специалист должен знать конструкцию узлов, механизмов, систем и двигателей в целом, способы проектирования и иметь навыки конструирования основных деталей, узлов и систем ДВС,
Цель работы – помочь студентам узнать особенности конструк-
ции поршневых ДВС. |
И |
|
|
1. ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ |
|
|
Д |
1.1. Этапы конструирования |
|
Проектирование поршневогоАдвигателя внутреннего сгорания |
|
начинается с разработки техн ческого задания (ТЗ), выполняемого по |
|
требованиям заказч ка. Этибтребования должны учитывать назначе- |
|
ние двигателя и услов я его эксплуатации. |
|
и |
|
Перед непосредственным проектированием конструктор прово- |
дит научно-исследовательскиеС работы (НИР): изучает новейшие достижения в конструкциях двигателя, материалах, применяемых при изготовлении, статистические данные по двигателям с наилучшими показателями, для реализации требований к будущему двигателю, заложенных в техническом задании. ГОСТ 2.102-68 определяет название этой стадии как техническое предложение. Результатом выполнения этой работы является ТЗ, которое должно включать в себя как минимум:
1)назначение объекта;
2)условия эксплуатации, включающие область применения;
3
3) основные (выходные) параметры изделия, характеризующие его свойства, по которым потребитель выбирает данный вид изделия из предлагаемых на рынке сбыта.
Затем приступают к предварительным тепловым и динамическим расчётам, после проведения которых начинают разработку эскизного проекта и параллельно проводят ориентировочные прочностные расчёты деталей и механизмов двигателя. Эта стадия проектирования называется «эскизный проект».
Эскизный проект двигателя выполняется в виде поперечного и продольного разрезов. На этой стадии отсутствуют подробные конструктивные решения. Она необходима для оценки принятой конструкции как двигателя в целом, так и отдельных его узлов, механизмов и
систем. |
И |
По мере разработки конструкторских документов описание изделия становится всё более подробным и к моменту создания технического проекта оно должно быть Ддостаточным для изготовления опытного образца. Обязательные виды конструкторской документации, входящей в технический проект, представлены в ЕСКД [1 – 3]. Конструкторская документацияАвключает текстовую и графическую части, каждая из которых в свою очередь состоит из проектной и рабочей, проектной, рабочейбдокументаций.
Результатом проектирования является сборочный чертёж всего двигателя и отдельныхиузлов с нео ходимыми габаритными, присоединительными размерами, ра очие чертежи всех деталей, с нанесёнными на них Сдопусками, посадками и т.д., пояснительная записка, техническое описан е здел я, инструкция по эксплуатации и обслуживанию и пр., электрические, гидравлические, пневматические, кинематические схемы, ведомости эскизного и технического проектов, покупных изделий, эксплуатационных и ремонтных документов и т.п.
Появление электронно-вычислительных машин (ЭВМ) позволило внедрить давно созданный математический аппарат: метод конечных элементов (МКЭ), метод граничных элементов (МГЭ), метод конечных разностей (МКР). Появилась возможность производить ёмкие, сложные расчёты, например, стационарных температурных полей составных деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ), численный анализ тепловой и механической напряжённости деталей и узлов машин,
втом числе двигателей и т.д.
Спомощью современных компьютерных программ, таких как
КОМПАС, SolidWorks, t’Flexs, SolidEdge и др., можно создавать
4
трёхмерные модели изделия, в том числе технологической оснастки, после чего рабочие чертежи отдельных деталей и сборочные чертежи узлов выполняются без особых усилий. Кроме того, с помощью некоторых из этих программ можно определить газо- и гидродинамику, рассчитать температурные поля и напряжения деталей.
Таким образом, появление ЭВМ позволило создать системы автоматизированного проектирования (САПР), что облегчило процесс конструирования, сократило его сроки и затраты.
САПР включают следующие программно-методические комплексы:
а) расчётно-оптимизационные, то есть системы расчётов и инженерного анализа, называемые CAE (Computer Aided Engineering). К
ним можно отнести и системы расчёта прочности с применением |
|
|
И |
МКЭ, системы имитационного проектирования производственных |
|
процессов и др.; |
Д |
б) графические, ориентированные на построение пространственных объектов и их взаимного расположения, то есть собственно на конструирование, которые называют системами конструкторского проектирования CAD (Computer Aided Design);
в) технологические, направленные на проектирование техноло- |
|
|
б |
гических процессов CAM (Computer Aided Manufacturing); |
|
г) информационные; |
|
и |
|
д) комплексные, включающиеАсовокупность вышеперечислен- |
|
ных систем CAE/ CAD/ CAM т.д. |
|
С |
|
1.2. Компоновочные схемы двигателей [4, 5]
Под компоновочной схемой поршневого двигателя понимается, прежде всего, число цилиндров и их взаимное расположение относительно друг друга.
От компоновочной схемы поршневого двигателя зависят его размеры и масса. Компоновочная схема двигателя определяется и требованиями к двигателю в зависимости от его назначения.
Как правило, поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) имеют механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала. Однако имеются и безвальные двигатели, например, дизель-молоты, двигатель трамбовка.
Наибольшее распространение получил кривошипно-шатунный механизм (КШМ) для передачи усилий поршня к валу отбора мощно-
5
сти. Компоновочная схема у этих ДВС определяется взаиморасположением осей цилиндров и коленчатого вала или валов в многовальных схемах.
Одновальные ДВС
− рядный двигатель, число цилиндров в ряду до 11,
применяется во всех типах двигателей. |
И |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
А |
|
|
|
− V-образное расположение, число цилиндров |
||||
|
|
б |
|
|
|
до 10, применяется во всех типах двигателей, кроме судовых мало- |
|||||
оборотных (МОД). |
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
С |
− |
оппозитное расположение, число ци- |
|||
|
|
линдров до 6, применяется на быстроходных транспортных двигателях.
− W-образное расположение, число цилиндров до 6, применяется на быстроходных транспортных двигателях.
6
− X-образное расположение, число цилиндров до 4, применяется на быстроходных четырёхтактных двигателях специального назначения.
− звездообразное расположение (семилучевая |
||||
|
|
|
|
И |
звезда) , число цилиндров до 8, применяется на быстроходных четы- |
||||
рёхтактных двигателях специального назначения. |
||||
|
|
|
Д |
|
|
|
А |
|
|
|
б |
|
|
|
− звездоо разное расположение (девятилучевая |
||||
и |
|
|
|
|
звезда), число цилиндров до 2, применяется на авиационных четырёх- |
||||
тактных двигателях с воздушным охлаждением. |
||||
С |
|
|
|
|
Двухвальные ДВС |
|
|
|
|
− двухрядное параллельно расположение цилиндров, число цилиндров до 6, применяется на тепловозах.
− двухрядное, H-образное расположение, число цилиндров до 6, применяется на двигателях специального назначения.
7
− расположение с противоположно движущимися поршнями (ПДП), число цилиндров до 10, применяется на тепловозах, судах, специальных двигателях, двухтактных.
− расположение с противоположно движущимися
поршнями (ПДП), число цилиндров до 10, применяется на быстро- |
|||||
|
|
|
|
|
И |
ходных двухтактных специальных двигателях. |
|||||
|
Многовальные ДВС |
|
|
Д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
− расположение ∆-дельтиг, число цилиндров до |
||||
6, применяется на быстроходных двухтактных специальных двигате- |
|||||
лях. |
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− расположение двухрядное с ПДП, число цилиндров до 8, применяется на судовых двухтактных двигателях.
При расположении ∆-дельтиг может применяться любое число коленчатых валов, расположенных в вершинах соответствующих многоугольников. Однако такие схемы не получили практического применения. Все вышеприведённые схемы являются основными, но не исчерпывают композиции расположения, число цилиндров и коленчатых валов. Эти схемы относятся к двигателям простого дейст-
8