1. Призначення та загальна будова кривошипно-шатунного механізму

Кривошипно-шатунний механізм перетворює зворотно-поступальний рух поршнів в обертальний рух колінчастого вала. Складається кривошипно-шатунний механізм з двох груп деталей: нерухомих і рухомих.

До нерухомих деталей належать блок-картер 7 (рис. 3.1) з опорами колінчастого вала, циліндром 4, гільзою 10, піддон картера 9, головка циліндра 3, корінні підшипники, ущільнення, а до рухомих — поршень 3 (рнс. 3.2), поршневий палець 5, шатун 7, колінчастий вал і маховик. Нерухомі деталі є остовом двигуна, основою, де розташовуються рухомі деталі кривошипно-шатунного і газорозподільного механізмів та виконуються робочі цикли. Таким чином, деталі рухомої групи перетворюють прямолінійний зворотно-поступальний рух поршня в обертання колінчастого вала.

Циліндри 4 (рис. 3.1) в двигунах сільськогосподарських тракторів розміщуються в блоці вертикально в один ряд (або у два ряди під кутом 90°). Зверху циліндри закриваються однією або двома (У-подібні двигуни) загальними головками, крім двигунів Д-21А, Д-120 та Д-37Е, де на кожний циліндр є окрема головка З (рис. 3.1, а). Для надійнішого ущільнення об’ємів циліндрів у площині, розняття блока і головки кладуть азбометалеву прокладку.

На поршні 3 (рис. 3.2) встановлюють компресійні 1 та маслознімні кільця 2. За допомогою поршневого пальця 5 поршень шарнірно з’єднується з шатуном 7 (нижня частина якого рознімна), а шатун — з колінчастим валом. У місцях цих з’єднань розміщені підшипники-втулки 6 головки шатуна та шатунні рознімні підшипники  9  (вкладиші).  Рознімні корінні підшипники колінчастого вала  за допомогою кришок 20, 21, 22, 24, 25 (рис. 3.1) цих підшипників кріпляться до блока двигуна  7.  На хвостовику колінчастого вала кріпляться приводні деталі :  шків,  що передає обертання  на вентилятор, генератор і компресор; шестерні для приводу масляного насоса двигуна, паливного насоса високого тиску, газорозподільного вала, а на фланці - маховик.

У двигунах модифікації СМД-60 шестерні приводу газорозподільного вала і паливного насоса розміщено у задній частині колінчастого вала.

Замкнутий об’єм, в якому обертається колінчастий вал з робочим запасом масла системи мащення двигуна, називається картером. Він забезпечується нижньою частиною блока 7 (рис. 3.1.) і піддоном 9, який гвинтами кріпиться до блока знизу. В площині роз’єму блока і піддона встановлюється прокладка 8.

До остова двигуна прикріплюються майже всі деталі й вузли систем і механізмів двигуна.

На деталі кривошипно-шатунного механізму при роботі двигуна діють силові і теплові навантаження. Тому деталі кривошипно-шатунного механізму, які працюють в умовах великих знакозмінних навантажень, пружних коливань і високої температури, повинні мати достатню міцність, жорсткість і стійкість проти спрацювання.

Кривошипно-шатунний механізм повинен бути компактним і легким. Зменшення маси деталей, які рухаються відносно остова, при збереженні їх міцності і жорсткості зменшує сили інерції і відповідно навантаження та спрацьовування деталей.

Для зменшення витоку газів із циліндрів двигуна деталі, які утворюють робочі об’єми (циліндри, поршні з кільцями, головки з прокладками), повинні постійно підтримувати потрібну герметичність циліндрів.

Будова деталей кривошипно-шатунного механізму і компоновка його вузлів на двигуні повинні забезпечувати просте технічне обслуговування та ремонт.

Всі деталі сучасних ДВЗ розраховані і виготовлені з урахуванням цих умов, але тривала і безперебійна їх робота можлива лише при правильній і професійній експлуатації двигуна.

2. Деталі групи остова

Остов двигуна складається з блок-картера (рис. З.З.), картера розподільних шестерень (рис. 3.4.), картера маховика, головки циліндрів і піддона картера. V-подібних двигунах до деталей остова належить кришка повітряної порожнини.

Нерухомий остов двигуна з розміщеними всередині деталями захищає їх від пошкодження, корозії та забруднення. Деталі і вузли можуть також кріпитись на остові ззовні.

Для підвищення жорсткості деталі остова масивніші за інші деталі двигуна, тому вони складають основну частину загальної маси двигуна. Всі деталі остова надійно з’єднані між собою і для герметичності та пилонепроникності площини розняття ущільнені прокладками.

Блок-картер сучасних тракторних дизелів з рідинним охолодженням виготовлений у вигляді коробчастої відливки з чавуну, яка має один (лінійні двигуни), або два (V-подібні двигуни) блоки циліндрів. Горизонтальною перетинкою блок-картер поділено на дві частини: верхня — це блок циліндрів, або просто блок, нижня — картер.

Для встановлення циліндрів на верхній площині блока і в горизонтальній перетинці є спеціальні отвори. Простір між стінками гільз циліндрів і блока, заповнений охолоджувальною рідиною, називають сорочкою охолодження. На стінках отворів горизонтальної перетин- ки є виточки для гумових ущільнювальних кілець, які запобігають витіканню охолоджувальної рідини із сорочки охолодження блока. 

На стінці картера є фланець з отворами, до якого кріпиться масляний фільтр (центрифуга), у нижній частині розташований отвір для масломірної лінійки.

До нижньої площини картера болтами кріпиться масляний піддон, в якому влаштовано злив масла зі спускною пробкою. У деяких двигунів у пробці закріплено магніт для вловлювання металевих часточок, які потрапляють у масло. Між масляним піддоном і картером встановлено картонну або паронітову прокладку.

У двигунів з повітряним охолодженням в отвори на верхній площині картера встановлюють циліндри і разом з головками прикріплюють до картера шпильками.

До передньої площини блок-картера кріпиться картер розподільних шестерень 4, який центрується по точно обробленому пальцю проміжної шестерні і штіфту, запресованих з торця блок-картера. Таким чином, забезпечується зчеплення шестерень газорозподільного механізму.

В двигунах Д-65, СМД-18Н, СМД-31Т та інших картер розподільних шестерень закривається кришкою 3. Між блок-картером, картером і кришкою розподільних шестерень встановлюються прокладки.

Картер і кришка розподільних шестерень мають складну конфігурацію. В них просвердлено отвори для встановлення валів, під болти та шпильки для кріплення їх до блок-картера, а також кріплення до них інших вузлів. Для забезпечення жорсткості цих деталей на них в різних площинах зроблено перетинки з внутрішньої і зовнішньої сторін.

До кришки картера розподільних шестерень кріпиться опора 1, за допомогою якої двигун з’єднується з остовом трактора.

До задньої площини блок-картера кріпиться картер маховика. Це складна відливка циліндричної форми, яка з блок-картером з’єднується через фланець гвинтами. Внутрішня і зовнішня поверхні картера мають перетинки та ребра жорсткості. На зовнішній поверхні виконано кілька фланців для кріплення електростартера або пускового двигуна, задньої опори двигуна та інших вузлів і деталей. За допомогою болтів корпус маховика кріпиться до корпуса трансмісії через проміжний корпус (універсально-просапні трактори) або з'єднується з коробкою передач (трактор Т-150 К та інші) через проміжний корпус.

Остов двигуна кріпиться до остова трактора найчастіше в трьох точках: одна опора спереду і дві — ззаду. Передня опора у більшості двигунів шарнірна, обидві задні опори частіше встановлюють на картері маховика. В деяких випадках роль задніх опор виконують кронштейни, які приєднують до блока двигуна, або спеціальні виступи, відлиті разом з остовом двигуна. Для зменшення вібрації двигун кріпиться на рамі еластично. Пружними елементами в опорах, як правило, є гумові прокладки (подушки).

В розвалі між блоками циліндрів дизелів типу СМД-60 є порожнина для впуску повітря в циліндри, закрита алюмінієвою кришкою,яка кріпиться 16 болтами до блок-картера. Між кришкою і блок-картером встановлено картонну прокладку. Повітря підводиться до ресивера через патрубок, вилитий разом з кришкою, і до якого за допоогою гумового трубопроводу і хомутів приєднують повітропровідвід радіатора охолодження наддувочного повітря (СМД-66) або гумовий трубопровід від турбокомпресора (СМД-60). На кришці встановлено фланець з чотирма шпильками для турбокомпресора, а також фланець, через який за допомогою трубопроводу із турбокомпресора зливається масло в піддон двигуна.

Циліндр разом з головкою та поршнем утворюють об’єм, де відбуваються теплові процеси робочих циклів двигуна.

Циліндри 4 (рис. 3.1, а) дизелів з повітряним охолодженням індивідуального виготовлення кріпляться до блок-картера 7 шпильками 6, які загвинчені в картер. З іншого боку на шпильки встановлюється головка циліндра 3, яка притискається до циліндра за допомогою гайок. Між циліндром та картером передбачено прокладки 5.

Така конструкція циліндрів технологічна при виготовленні, проста при технічному обслуговуванні та ремонті, проте має недостатню жорсткість.

Циліндри відлито з легованого чавуну. На їх зовнішній поверхні є 18 тонких ребер охолодження з прорізами для шпильок. Товщина ребер різна: на виході повітря вона більша ніж на вході. Між верхньою площиною картера і циліндром встановлено мідну прокладку. Циліндри гільз не мають. Внутрішню поверхню циліндра (дзеркало) обробляють з великою точністю (її овальність і конусність не повинні перевищувати 0,02 мм) і загартовують струмом високої частоти).

Головки циліндрів з повітряним охолодженням відлито з алюмінієвого сплаву. Вони також мають ребра, які обдуваються повітрям для відведення теплоти від головок. У нижній частині головки є виточка, куди входить бурт циліндра. Торцева поверхня виточки ущільнює (без прокладки) стик між циліндром і головкою. Всередині головки розташований впускний і випускний канали з виходом на один бік головки. На виходах каналів встановлено фланці з різьбовими отворами для шпильок, до яких кріпиться впускний і випускний трубопроводи. Поперечний переріз впускного каналу більший, ніж випускний.

На нижній торцевій поверхні головок розміщені гнізда впускного і випускного клапанів та отвір для розпилювача форсунки. ІІа верх ній площині головок є гнізда для пружин клапанів, а також різьбові отвори для закріплення стояків валика клапанних коромисел.

Головка циліндрів закривається кришкою клапанів. Кришка клапанів спеціальними гайками кріпиться до стояків валика коромисел. Між кришкою і головкою встановлюється прокладка.

Блоки циліндрів двигунів з рідинним охолодженням мають вставлені змінні гільзи. При пошкодженні певної гільзи замінюють лише її, а не весь блок циліндрів. Крім того, змінні гільзи виготовляють з високоякісного хромонікелевого чавуну, а весь блок економічніше відливати з сірого чавуну. Для зменшення спрацювання дзеркала гільзи її внутрішню поверхню після розточки шліфують, полірують і загартовують з нагріванням струмом високої частоти на глибину 1,5...3,0 мм.

Гільзи поділяють на мокрі і сухі (рис. 3.5). Зовнішній бік мокрої гільзи охолоджується рідиною, а суху гільзу встановлюють у розто- чений циліндр блок-картера і охолоджувальна рідина омиває зовнішній бік циліндра. Для центрування гільзи відносно блока на зовнішній її поверхні є два посадочні пояски 2 і 4, а буртик 5 слугує опорою для гільз.

Мокру гільзу встановлюють у гнізді блока так, щоб забезпечити герметичність сорочки охолодження. Тому між верхньою частиною гільзи і головкою блока передбачено металоазбестову прокладку 11, між верхньою частиною гільзи і блоком — мідне кільце 10, між нижньою частиною гільзи і блоком — гумові кільця 9. Сухі гільзи запресовують в циліндр блок-картера. Торець гільзи дещо виступає над верхньою площиною блок-картера для надійного ущільнення прокладки 11.

За внутрішнім діаметром гільзи поділяють на групи: «Б» — велика; «С» — середня; «М» — мала. Літеру, якою позначається група, вибивають на торці верхнього бурта гільзи. При встановленні підбирають гільзи однієї групи. Це потрібно для забезпечення необхідного зазору між гільзами і поршнями, які також мають певні групи.

Головка блока циліндрів двигуна з рідинним охолодженням закриває ряд блока зверху і утворює камери, в яких відбувається робочий процес. У двигунах типу СМД-60, ЯМЗ-240Б ряд циліндрів блока закривається двома головками. Конструкція головки блока залежить від типу камери згоряння.

Головка циліндрів тракторного дизеля з рідинним охолодженням є виливкою складної форми, її прикріплюють до блока шпильками. Отвори під шпильки розташовані рівномірно по всій поверхні головки. Поверхня головки, яка взаємодіє з блоком, якісно обробляється для щільного прилягання до блока.

У головці розточено гнізда під впускні і випускні клапани, які з’єднуються з каналами для виведення відпрацьованих газів.

Форсунки встановлюють в отвори, які сполучаються з циліндрами.

Для з’єднання сорочки охолодження головки циліндра і блок-картера на нижній поверхні головки є отвори, які співпадають з відповідними отворами у блоці. Охолоджувальна рідина із сорочки охолодження головки через спеціальний патрубок надходить у верхній бак радіатора. У головці є отвори для форсунок, для розміщення штанг газорозподільного механізму, отвори для напрямних втулок клапанів, фланці для закріплення стояків валика коромисел. Клапанний механізм, встановлений на головці циліндрів, закривається кришкою, між ними передбачено прокладку.

Головку блока встановлюють на шпильки, загвинчені у блок-картер, і кріплять гайками. Гайки на шпильках кріплення головки потрібно затягувати рівномірно, поступово, у зазначеній на рис. 3.6 послідовності, в кілька прийомів (на одну-дві грані за один прийом). Спочатку з половинним зусиллям, як вказано в технічній характеристиці двигуна або трактора, потім — з повним зусиллям. Остаточно затягувати головку необхідно динамометричним ключем.

Між головкою циліндрів і блок-картером встановлюється ущільнювальна прокладка, яка перекриває вихід газам із циліндра, а охолодній рідині — із сорочки охолодження.

Ущільнювальну прокладку виготовляють з пружних, теплостійких матеріалів: азбесту, м’якої сталі, міді, алюмінію.

У дизелях і карбюраторних двигунах застосовують комбіновані азбостальні або мідноазбестові прокладки.

Найпоширеніші азбостальні прокладки складаються з каркасу тонкостінної м’якої сталі, по обидва боки якого встановлено листи пресованого азбесту. Вікна і отвори прокладки облаштовують також стальним листом. Щоб прокладка не прилипала до блоку абголовки, її поверхню вкривають тонким шаром.

3. Деталі групи поршня та шатуна

Поршень з компресійними та маслознімними кільцями, поршневим пальцем і деталями його кріплення складають поршневу групу (див. рис 3.2.). Поршнева група разом з циліндром і головкою блока циліндрів утворює змінний об’єм, в якому відбуваються робочі цикли.

Шатун шарнірно з’єднує поршень з колінчастим валом. При роботі двигуна шатун передає зусилля від поршня до колінчастого вала і, навпаки, від колінчастого вала до поршня, залежно від співвідношення сил, діючих в даний момент від поршня і колінчастого вала.

Поршень — відповідальна деталь двигуна, оскільки за його допомогою здійснюються всі процеси: всмоктування й стиск свіжого повітря або пальної суміші, сприймання тиску газів під час спалаху і згоряння пальної суміші та передача сили через поршневий палець і шатун на колінчастий вал.

Поршень працює у надзвичайно несприятливих умовах: велике ударне навантаження; висока змінна швидкість руху (5... 15 м/с), внаслідок чого виникають значні сили інерції: висока температура (1000...2500°С); утруднені умови мащення та охолодження.

Матеріал поршня повинен бути міцним, стійким проти спрацювання, повинен зберігати механічну міцність при високих температурах. Поршні сучасних тракторних дизелів виготовляють з високостійких алюмінієвих сплавів, які добре проводять тепло, легкі. Недоліком таких поршнів є те, що вони дуже розширюються при нагріванні і спрацьовуються. 

Поршень складається з днища А (рис. 3.7), ущільнювальної частини Б і направляючої — В. У днищі поршня розміщена частина камери згоряння (двигун з роздільною камерою згоряння), або вся камера (двигун з нероздільною камерою). Камери згоряння, розташовані в днищі поршня, бувають напівсферичні (сферичні), типу ЦНІДI та тороїдальні. На ущільнювальній і направляючій частинах поршня виконано канавки для поршневих кілець, на бокових стінках виготовлено бобишки з отворами і канавками для встановлення поршневого пальця і стопорних кілець для його фіксації.

При роботі двигуна днище поршня нагрівається до 200...400°С, а направляюча частина (юбка) до 100...150°С. Через різницю температур нагрівання поршня і циліндра (останній має примусове охолодження) зазор між ними змінюється — від максимального при пуску холодного двигуна до мінімального при роботі нагрітого з повним навантаженням.

Для нормальної роботи двигуна між поршнем і циліндром повинен бути мінімальний зазор 0,1...0,3 мм. Але при цьому повинен забезпечуватись вільний хід поршня у циліндрі і наявність масляної плівки між ними для зменшення тертя і кращого ущільнення.

Щоб усунути заклинювання поршня в циліндрі при роботі двигуна, поршень виконують конусним по висоті, еліптичного перерізу, з нерівномірним розподілом маси металу в стінках. Діаметр днища поршня при цьому менший діаметра юбки.

Юбки поршнів різних двигунів бувають циліндричними, конусними, овальними, конусоовальними. Форми юбки, відмінні від циліндричної, передбачають компенсацію її нерівномірного розширення при роботі двигуна.

Поршні комплектують за масою, зовнішнім діаметром юбки і діаметром отвору під поршневий палець. Позначення розмірної і масової групи наносять на днище поршня. Різниця маси поршнів в одному комплекті не повинна перевищувати 7 г (СМД-60) і 10 г (СМД-18П).

Поршневі кільця призначені для забезпечення щільного рухомого з’єднання між поршнем і гільзою цилідра та відведення частими теплоти від днища поршня до дзеркала гільзи циліндра.

Робота поршневих кілець здійснюється у важких умовах. Зокрема, верхнє кільце нагрівається до температури 250...350°С і на нього діє тиск трохи нижчий, ніж у камері згоряння. Крім того, воно працює майже без мащення.

За призначенням кільця поділяють на компресійні (ущільнювальні), які встановлюють по 3-4, і маслознімні — по 1 або 2.

Компресійні кільця запобігають надходженню газів із камери згоряння в картер, їх виготовляють із спеціальних легованих чавунів з хорошою пружністю та високою стійкістю проти спрацювання, шляхом індивідуальної відливки і з наступною механічною обробкою. Після відливки кільця розрізають, а торцеву поверхню шліфують. Розріз Г (рис. 3.7) в кільці називають замком.

Компресійні кільця встановлюють в канавках 4 поршня (рис. 3.7). Оскільки діаметр кільця більший за діаметр поршня, то частина кільця, що виступає із канавки, перекриває зазор між циліндром і гільзою, а наявність в кільці замка дозволяє йому пружинити. Замок стискує кільце перед встановленням поршня в гільзу циліндра. Щоб зменшити проривання газів через замки (величина яких на встановлених в гільзу кільцях 0,2...0,8 мм), кільця встановлюють так, щоб замки не перебували в одній площині, а залежно від числа кілець — під кутом 90... 120°. Для кращого притирання площина Д першого кільця вкривається шаром олова або пористого хрому, стійкого проти спрацювання і добре затримуючого масло (рис. 3.7).

Замки мають різну форму: пряму, косу або ступінчасту, серед яких найнадійніші в роботі — прямі замки.

Компресійне кільце працює надійно, якщо воно щільно прилягає до дзеркала циліндра. Для забезпечення щільного прилягання кільця виготовляють з різною формою поперечного перерізу.

Кільця прямокутного поперечного перерізу 3 прості у виготовленні. Таку форму має перше кільце, яке перебуває під найбільшим тиском газів і яке забезпечує достатню герметичність за рахунок більшої площі контакту поверхні кільця з дзеркалом гільзи. Для правильного встановлення такі кільця на торці мають мітку «Верх».

Конусне кільце 4 притискується до дзеркала гільзи вузенькою нижньою кромкою, за рахунок чого зростає його питомий тиск на гільзу. Кромка швидше припрацьовується і краще прилягає до дзеркала по всьому колу. При переміщенні поршня вниз гостра кромка кільця краще збирає надлишки масла з дзеркала, а при переміщенні вверх — покращує мащення дзеркала за рахунок масла, яке накопичується між кільцем і дзеркалом.

Виконання на внутрішньому діаметрі прямокутного кільця фаски або виточки дає йому можливість скручуватись і притискатися до дзеркала тільки нижньою частиною робочої поверхні. Таке кільце називається торсійним 5 і працює аналогічно конусному, але з меншим вертикальним переміщенням в канавці поршня. Торсійні кільця встановлюють виточками до днища поршня.

Трапецевидні кільця 6 розміщують в канавках поршня відповідної форми, їх дія аналогічна торсійним, але має кращий контакт з канавками поршня.

Кільце 7 з виточкою по зовнішньому діаметру в нижній частині краще знімає надлишки масла з дзеркала, що зменшує його витрати.

Маслознімні кільця встановлюють у канавках напрямної частини поршня. Вони знімають з дзеркала циліндра зайве масло і відводять його в картер через отвори Е в кільцях і масловідвідних каналах К в канавках поршня, а масло, яке залишається, рівномірно розподіляють по дзеркалу. Маслознімні кільця вілпізняються від комппесійних більшою висотою. Крім того, вони, як правило, мають на циліндричній робочій поверхні кільцеву проточку кільця коробчастого типу з круглими отворами або довгастими щілинами. Проточка зменшує о порну  поверхню кільця,  в  результаті чого зростає питомий  тиск кільця на стінку  циліндра  і  воно  краще збирає масло. При переміщенні поршня вниз основна частина масла знімається робочою поверхнею кільця 4 з дзеркала гальзи 3 і по масловідвідному каналу 1 поршня 2 надходить  в  картер  по  каналу 5.  Масло,  яке знімається з дзеркала компресійним кільцем, з додатковою силою притискує його до поверхні гільзи.

При переміщенні поршня вверх частина масла (з канавок компресійного кільця) надходить до камери згоряння, забезпечуючи мащення компресійних кілець, а частина — через канал 5 відводиться в картер. Масло, яке у вигляді масляного туману потрапляє в зазор між гільзою і поршнем, через канал 1 також

відводиться в картер.

Маслознімні кільця скребкового типу встановлюються по два в одній канавці виточками до юбки поршня, їхня робоча поверхня вкривається шаром хрому.

Кільця діють незалежно одне від одного, тому добре припрацьовуються до профілю стінки гільзи і забезпечують роботу двигуна з незначною витратою масла. Основна їх перевага—технологічність виготовлення.

Збірні маслознімні кільця краще знімають масло зі стінок циліндра. Вони складаються з двох стальних дискових кілець 8, між якими встановлюють розширювачі — осьовий 9 і радіальний 10. Радіальний розширювач виготовлений із стальної пластини, яка завдяки своїй пружності збільшує тиск кілець на дзеркало.

Поршневий палець призначений для шарнірного з’єднання поршня з шатуном. Оскільки на палець діє значне ударне навантаження, його виготовляють з міцного, твердого і в’язкого матеріалу — мало-вуглецевої сталі, а його робочу поверхню для забезпечення достатньої твердості цементують, загартовують, а потім шліфують і полірують.

Для зменшення маси пальців їх виготовляють порожнистими — у вигляді трубки з товстими стінками. Під час роботи на прогрітому двигуні (температура охолоджувальної рідини понад 85°С) палець може вільно прокручуватись відносно поршня і шатуна, тому його називають плаваючим. Щоб палець під час роботи двигуна не переміщувався в осьовому напрямку і не пошкоджував при цьому дзеркало гільзи циліндра, його закріплюють. Способи фіксації пальців наведено на рис. 3.10.

Внутрішня поверхня поршневого пальця циліндрична, або конічно-циліндрична для збільшення його жорсткості. Поршневі пальці двотактних двигунів мають перетинку внутрішнього отвору, щоб запобігти прориванню газів із кривошипної камери у випускний канал (ПД-10М), або сталеві заглушки у бобишках для запобігання проникненню масла в продувнівікна циліндра. У сучасних двигунах застосовується спосіб закріплення пальців стопорними кільцями.

В отвір втулки верхньої головки шатуна палець встановлюється із зазором, а в бобишки поршня — з натягом. Поршневий палець змащується через отвори в стержні шатуна, прорізи у верхній головці шатуна і масляні канали в бобишках поршня.

За величиною зовнішнього діаметра пальці поділяють на розмірні групи, які позначаються фарбою на внутрішній поверхні пальців. При складанні розмірні групи пальців і поршнів повинні співпадати. Відсутність маркування свідчить про єдину розмірну групу.

Шатун з’єднує поршень через поршневий палець з шатунною шийкою колінчастого вала. Внаслідок того, що на шатун діють значні зусилля, які розтягують або стискують його стержень, шатуни повинні бути міцними, жорсткими і легкими, їх виготовляють з високоякісної сталі, потім піддають термічній обробці.

Шатун складається з верхньої та нижньої головок і стержня.

Верхня головка нерознімна. Для зменшення тертя шатуна з поршневим пальцем у верхню головку запресовують підшипник, виготовлений у вигляді бронзової або стальної втулки 6 з шаром бронзи. Змащення поршневого пальця здійснюється завдяки отворам у верхній головці, які вловлюють краплини масла.

Стержень шатуна для більшої міцності двотавровий і переходить у нижню та верхню головки. Така конструкція забезпечує необхідну міцність і жорсткість при мінімальній масі.

Нижня головка рознімна, оскільки охоплює шатунну шийку колінчастого вала. Площина розняття нижньої головки перпендикулярна до осі симетрії шатуна (дизелі Д-21А, Д-120, Д-37Е, Д-144, Д-240) або розміщена під кутом 45° до вертикальної осі шатуна (дизелі Д-65, А-41, СМД-60).

Такий розріз дозволяє виймати поршень із шатуном через верхній отвір гільзи циліндра. Площина розняття зубчаста, у вигляді трикутних шліців, які фіксують кришку відносно головки і розвантажують шатунні болти.

Між нижньою головкою шатуна і колінчастим валом встановлюється підшипник. Нижні підшипники виготовлені у вигляді тонкостінних сталевих вкладишів, на які нанесено тонкий шар антифрикційного сплаву. Товщина вкладиша становить 2...3 мм. Їх штампують із сталевої стрічки, на внутрішню поверхню наносять сплави АСМ, АСМТ АО-20 та інші.

Масло до вкладишів надходить по каналах, виконаних в колінчастому валу, коли ті під час його обертання співпадають з отворами вкладишів. За допомогою каналу на внутрішній поверхні масло рівномірно розподіляється по поверхні вкладиша.

4. Деталі групи колінчастого вала

До деталей групи колінчастого вала належать: колінчастий вал, маховик, корінні підшипники, пристрої для фіксації колінчастого вала від осьових переміщень, масловідбивачі і сальники.

Колінчастий вал сприймає ударні навантаження, які передаються від поршнів через поршневий палець і шатун. Крім того, шатунні і корінні шийки вала спрацьовуються від тертя, тому матеріал колінчастого вала повинен бути досить твердим, водночас в’язким і мати високу міцність.

Колінчасті вали виготовляють з якісної вуглецевої сталі способом гарячого штампування або відливають з високоміцного чавуну. Робочі поверхні загартовують струмом високої частоти на глибину від 1,5 до 5,0 мм, шліфують і полірують з великою точністю (овальність і конусність шийок не повинна перевищувати 0,01 мм).

Колінчастий вал (рис. 3.11) має корінні 7 і шатунні 6 шийки, передню (носок) і задню (хвостовик) частини.

Між собою корінні і шатунні шийки з’єднуються щоками 8, в яких просвердлено канали для підведення масла від корінних до шатунних шийок. В шатунних шийках є порожнини 5, закриті заглушками для відцентрового очищення масла від металевих й мінеральних частинок. У більшості двигунів щоки виконують також роль противаги, розвантажуючи корінні підшипники від дії відцентрових сил.

Кількість шатунних шийок в рядних двигунах відповідає кількості циліндрів двигуна, а у У-подібних — кількості циліндрів в одному ряду, оскільки в них до одної шийки приєднано два шатуни. Корінних шийок на одну більше, ніж шатунних. Шатунні шийки відносно одна одної у дво- і чотирициліндрових двигунів зміщені на 180°, у шестициліндрових — на 120°, у восьмициліндрових — на 90°. Це забезпечує рівномірне чергування робочих тактів і зрівноваження сил інерції.

У передній частині вала встановлено шестерню 4 приводу проміжної шестерні і масляного насоса, шків 2 приводу вентилятора і генератора. Між шківом і шестернею встановлений масловідбивач 3, який відкидає масло від переднього сальникового ущільнення. В горці колінчастого вала є храповик, яким колінчастий вал прокручується вручну за допомогою ключа або рукоятки.

У задній частині вала дизеля Д-65 є фланець з шістьома отворами для закріплення маховика. Перед фланцем на колінчастому валі виконано маслознімну різьбу 11, яка разом із спеціальними вузькими алюмінієвими вкладишами 10 забезпечує ущільнення і запобігає витіканню масла в картер маховика.

Шатунні та корінні підшипники колінчастого вала більшості двигунів є підшипниками ковзання. Підшипники коченя застосовують тільки в одно-, двоциліндрових двигунах та в двигунах з рознімним колінчастим валом.

Вкладиші корінних підшипників (рис. 3.12) за будовою подібні до шатунних. Вкладиші виготовляють із стальної стрічки товщиною 1...3 мм; шар антифрикційного сплаву становить 0,1...0,9 мм. Цей сплав наноситься безпосередньо на стальну стрічку або на металокерамічну основу (60% міді та 40% нікеля).

В якості антифрикційних сплавів використовують високоолов’янисті бабіти на свинцевій основі, свинцевисті бронзи, сплави на алюмінієвій основі та інші. У бабітів незначний коефіцієнт тертя і вони добре змащуються, однак з підвищенням температури їх механічні властивості погіршуються. Застосовують бабіти для виготовлення вкладишів карбюраторних двигунів.

Свинцевисті бронзи й алюмінієві сплави використовують для виготовлення вкладишів дизелів, оскільки вони можуть працювати при навантаженнях більше 10 МПа і температурі понад 80°С.

Мідно-нікелева основа тришарового вкладиша зміцнює з’єднання бабіту зі стальною стрічкою. Шар бабіту на основі товщиною до 0,1 мм.

Перед встановленням вкладиші вкривають тонким шаром олова (0,002...0,003 мм) для швидкого припрацювання тертьових поверхонь, щільного їх прилягання і кращого відведення теплоти від підшипника.

Для компенсації подовження вала при нагріванні передбачено певний осьовий зазор. Обмежується осьове переміщення колінчастого вала більшості двигунів (в межах 0,1...0,5 мм) різними способами: упорними півкільцями, ущільнювальними вкладишами і вставками, буртиками, виконаними на колінчастому валі тощо.

На виходах носка і хвостовика колінчастого вала з блок-картера необхідно забезпечити герметичність двигуна; це виконують за допомогою сальників. Витіканню масла в місцях встановлення сальників запобігають масловідбивачі і маслозгінна різьба.

Маховик забезпечує рівномірне обертання колінчастого вала, долання короткочасних перевантажень, коли трактор рушає з місця та під час роботи, а також призначений для приєднання до нього муфти зчеплення.

Маховик — це важкий чавунний диск. Розміри залежать від частоти обертання колінчастого вала ,кількості циліндрів і тактності двигуна.

Маховик кріпиться на хвостовику колінчастого вала безпосередньо або за допомогою спеціального фланця болтами. Необхідне взаємне положення маховика і колінчастого вала забезпечується несиметричним розташуванням болтів або установочних штіфтів. Для кріплення муфти зчеплення на поверхні маховика зроблено отвори для болтів, якими муфта кріпиться до маховика. Задня площина маховика ретельно оброблена.

Для пуску маховика електричним стартером або пусковим двигуном на маховик в гарячому стані напресовано стальний зубчастий вінець. На ободі маховика є мітки або заглибини для встановлення поршня першого циліндра у ВМТ. При цьому мітка на маховику повинна стояти проти нерухомої мітки або стрілки на картері маховика (рис. 3.13.). На маховиках деяких двигунів нанесені мітки з номерами циліндрів, які використовуються при регулюванні теплових зазорів газорозподільного механізму. Балансують маховик разом з колінчастим валом.

5. Технічне обслуговування кривошипно-шатунного механізму. Способи усунення несправностей

Термін роботи деталей двигунів залежить як від якості їх виготовлення, так і від точного виконання правил технічної експлуатації. При нормальних умовах експлуатації та правильному обслуговуванні дизеля спрацьовування деталей кривошипно-шатунного механізму незначне і його надійна робота забезпечується протягом всього ресурсу дизеля. У випадку порушення правил технічного обслуговування деталі кривошипно-шатунного механізму, які працюють в дуже несприятливих умовах, спрацьовуються швидше, потужність двигуна різко зменшується, інколи це може призвести до серйозних аварій.

Для забезпечення нормальних умов роботи деталей кривошипно-шатунного механізму забороняється:

Повністю завантажувати без попередньої обкатки, згідно з інструкцією з експлуатації, новий двигун або після капітального ремонту. Обкатка двигуна при поступово зростаючих навантаженнях забезпечує наближення тертьових поверхонь до розрахункових геометричних параметрів.

Працювати на тракторі без попереднього прогріву двигуна до температури охолодної рідини не нижче 50°С. Непрогрітий двигун не забезпечує повної потужності через порушення процесів сумішоутворення і згоряння палива, а також різкого погіршення умов мащення. При цьому прискорюється спрацювання деталей, в першу чергу гільз, поршнів, поршневих кілець, а також відбувається обсмолення цих деталей.

Тривалий час працювати з перевантаженням двигуна.

Працювати при температурі охолоджувальної рідини нижче 70°С і вище 95°С.

Допускати тривалу роботу двигуна (понад 15 хв) при холостому ході, оскільки це супроводжується значним нагароутворенням і пригорянням (заклинюванням у канавках) поршневих кілець.

Запускати двигун при температурі повітря нижче -5°С без попереднього його прогрівання за допомогою підігрівального пристрою або іншими способами.

Експлуатувати двигун зі стуками, димними вихлопами, низьким тиском масла (нижче 0,1 МПа) та інтенсивним вигорянням масла.

Розбирати кривошипно-шатунний механізм без необхідності. Робити це можна лише у закритому приміщенні і лише у випадку крайньої потреби.

Технічний догляд за кривошипно-шатунним механізмом треба виконувати згідно з вимогами інструкції заводу-виготівника.

Для запобігання підвищеного спрацьовування деталей кривошипно-шатунного механізму тракторист зобов’язаний виконувати такі операції:

при щоденному технічному обслуговуванні (ЩТО) очищати двигун від пилу і бруду;

усувати підтікання охолоджувальної рідини і масла;

перевіряти зовнішнє кріплення деталей, звертаючи особливу увагу на щільність з’єднання повітроочисника і впускних трубопроводів;

перевіряти рівень і стан масла в картері двигуна; під час роботи слідкувати за тиском масла і кольором вихлопних газів, перевіряти роботу дизеля для виявлення сторонніх стуків;

при перших ознаках ненормальної роботи потрібно усунути несправності;

при першому і другому технічному обслуговуванні (ТО-1 і ТО-2) перевірити і при необхідності долити масло в картер двигуна;

перевірити тиск масла в головній магістралі системи мащення. Зниження тиску масла до 0,15-0ДО МГІа на прогрітому двигуні при працюючих агрегатах системи мащення і правильних показаннях манометра свідчить про значне спрацювання підшипників колінчастого вала;

при третьому технічному обслуговуванні (ТО-3) перевірити технічний стан циліндро-поршневої групи за кількістю газів, які надходять в картер двигуна, за допомогою індикатора витрати газів при роботі у номінальному режимі або вимірюванням компресії (тиск в циліндрі наприкінці такту стиску) за допомогою компресіометра. Для цього знімають головку циліндрів двигуна, очищають від нагару головку циліндрів і поршні, при необхідності міняють поршневі кільця і прокладку.

після встановлення головки циліндрів на блок-картер гайки шпильок необхідно затягувати у певній послідовності (рис. 3.6.) з необхідним моментом затягування гайок кріплення головки циліндрів, наприклад, для дизелів СМД-18Н, СМД-31Т 220-240 Н-м (22-24 кГс-м); СМД-60 відповідно 240-260 Н-м (24-26 кГс-м).

Контрольні питання і завдання

1. Закрийте написи під схемою-малюнком і назвіть деталі двигуна.

2. Яке призначення кривошипно-шатунного механізму (КШМ)? Назвіть деталі КШМ.

3. Які особливості будови циліндра і його головки у двигуні повітряного охолодження?

4. Чому поршень виготовляють еліптичним, конусним?

5. Для чого потрібні поршневі кільця? Яка різниця у будові компресійних кілець?

6. Як ущільнюють посадочні місця гільз циліндрів у блоці?

7. Пригадайте, що ви знаєте про розміри циліндрів. Наведіть приклади.

8. В якій послідовності розбирають і складають поршневі групи?

9. До яких наслідків може призвести порушення послідовності затягування гайок шпильок кріплення головки циліндрів?

10. Для чого потрібні мітки, нанесені на гільзі, поршні, шатуні і вкладишах?

11. Для чого в шатунних шийках передбачено порожнини?

12. Опишіть технології виготовлення колінчастих валів і маховиків. Із якого матеріалу їх виготовляють?

13. Яка будова ущільнення переднього і заднього кінців колінчастого вала?

14. Чим обмежується переміщення колінчастого вала? Яку роль відіграють отвори в щоках колінчастого вала?

15. Чому вкладиші корінних підшипників не можуть бути взаємозамінними?