§ 3.2. Поршневі кільця

За призначенням і функціями відрізняють поршневі кільця:

• компресійні кільця;

• маслознімні кільця.

Рис.36. Конструктивні рішення компресійних кілець. а — прямокутне; б — конічне; в — бочкоподібне; г, д — прямокутне з внутрішньою виточкою; е,ж — трапецієвидне; з — скребкове; и — сталеве кручене; к — торсіонне зі зворотнім закручуванням

Поршневі кільця встановлюють у канавках, що розташовані в головці поршня. Загальна кількість кілець на поршні складає 3–5.

Компресійні кільця, окрім основної функції, забезпечують відведення значної частки теплоти від поршня до стінок. Конструкції найбільш розповсюджених компресійних кілець наведені на рис. 36.

Скребкові та торсіонні кільця, будучи компресійними, частково виконують й роль маслознімних.

З метою підвищення зносостійкості поверхню верхнього поршневого кільця піддають пористому хромуванню. Інші кільця для прискорення прироблення покривають шаром олова. На зовнішній і внутрішній поверхнях компресійних кілець виконують фаски або канавки. Температура поршня у зоні розташування кілець не повинна перевищувати 200–220°С.

Маслознімні кільця регулюють режим змащування. Вони повинні знімати зі стінок надлишки масла, а також розподіляти масло по дзеркалу циліндра у вигляді плівки постійної товщини. Основні типи маслознімних кілець зображено на рис. 37.

Для якісного виконання кільцями своїх функцій використовують комбінацію різних типів як компресійних, так і маслознімних кілець.

Поршневі кільця виготовляють з перлітного чавуна (найчастіше) чи сталі. Кручені кільця та розширювачі виготовляють зі сталевої стрічки. Для установки на поршень кільця мають розріз, який називають замком. Форма замка може бути прямокутною, косою або ступінчастою.

Рис. 37. Конструктивні рішення маслознімних кілець: а — коробчастого типу без розширювача; б — коробчастого типу з пружинним розширювачем; в — два скребкових кільця; г — коробчастого типу з радіальним розширювачем; д — з радіальним та осевим розширювачем; е — з тангенційним розширювачем

§ 3.3. Поршневий палець

Поршневий палець служить для з’єднання поршня із шатуном і являє собою коротку трубку.

У залежності від способу кріплення розрізняють два типи поршневих пальців — затиснені (у бобишках поршня або (частіше) у верхній головці шатуна) та плаваючі.

Перевагою пальців плаваючого типу є рівномірне спрацьовування їх та зручність монтажу. Від осьового зсуву такий палець фіксується стопорними кільцями, що вставляються у виточки обох бобишок (рис. 38), або заглушками з м’якого металу — грибками.

Пальці виготовляють з легованої чи вуглецевої стали, яку загартовано струмами високої частоти. Конструктивні типи пальців зображено на рис. 39.

а	б	в
Рис. 38. Фіксація плаваючого пальця стопорними кільцями: а — схема фіксації, б — паз для демонтажу, в — типи стопорних кілець.

Рис. 39. Основні типи поршневих пальців

§ 3.4. Шатун

Рис.40. Конструкція шатуна:1 — верхня головка, 2 — бронзова втулка, 3 — стержень, 4 — шатунний болт, 5 — нижня головка, 6 — знімна кришка,7 — вусики, 8 — верхній вкладиш, 9 — нижній вкладиш

У шатунну групу входять: шатун, шатунні вкладиші, шатунні болти (або шпильки), елементи фіксації болтів (рис. 40).

Шатун передає зусилля від поршня до колінчастого вала при робочому ході й у зворотному напрямку — при допоміжних тактах. Шатун складається з поршневої (верхньої) головки, стержня та кривошипної (нижньої) головки зі знімною кришкою.

Вимоги до деталей шатунної групи:

• висока жорсткість вкладишів та болтів;

• мінімальні габаритні розміри та маса;

• висока міцність утомлення;

• можливість проходження кривошипної головки через циліндр при монтажі.

Шатун і його кришку виготовляють з вуглецевої (45, 45Г2, 40Г, 40Х, 40ХН, 40Н) чи легованої (18Х2Н4МА, 18Х2Н4ВА, 40ХН3А) — у дизелях — сталі ковкою у штампах з наступною термо- та механічною обробкою. У ДВЗ з примусовим запалюванням можливо використання ковкого перлітного або високоміцного чавуна, а також високоміцних титанових сплавів або композитних матеріалів.

У автотракторних ДВЗ найбільше поширення отримали одинарні шатуни. У V-подібних ДВЗ кривошипні головки двох протилежачих циліндрів, як правило, розташовують послідовно на одній шатунній шийці колінчастого вала. Це призводить до зміщення осей лівих та правих циліндрів вздовж осі ДВЗ.

Поршнева головка (рис. 41) має геометричну форму та розміри, що визначаються типом її з’єднання з поршневим пальцем (плаваючим або затисненим).

Плаваючий палець встановлюється у верхню головку шатуна, яка має тонкостінну бронзову втулку товщиною 0,8–2,5 мм (іноді без втулки).

Затиснений палець фіксують за допомогою гарантованого температурного натягу 20–40 мкм при збірці.

Іноді верхня головка може бути рознімною з болтовим з’єднанням для затягування.

Рис. 41. Поршневі головки шатунів бензинових ДВЗ (а-в) та дизелів (г-ж)

Стержень шатуна виконують, як правило, двотаврового перетину, яке симетричне відносно поздовжньої осі кривошипної головки, для забезпечення високої жорсткості. Для підведення масла від кривошипної головки до поршневої у деяких шатунах може бути виконано канал (рис. 42,а).

а	б	в
Рис. 42. Масляні канали у шатуні: а — для змащення поршневого пальця, б — для змащення дзеркала циліндрів (традиційна конструкція), в — для змащення дзеркала циліндрів (конструкція Fiat).

Кривошипну головку, як правило, виконують рознімною. Найбільш поширені шатуни з прямим розніманням (рис. 40, 42), у якого площина розрізу перпендикулярна осі стержня. Якщо діаметр шатунної шийки більше, ніж діаметр циліндра (як правило, у дизелів), для забезпечення можливості монтажу рознімання роблять косим під кутом (рис. 43,а). У такому випадку кришки фіксують від зсуву (рис. 43, б-д). Іноді такий метод використовують і на шатунах з прямим розніманням. У верхній частині головки, як правило, мається отвір для впорскування масла на поверхню дзеркала циліндра (рис. 42, б-в) при його з’єднанні з відповідним каналом шатунної шийки при роботі ДВЗ.

Обробка внутрішніх поверхонь головок шатунів і кришок звичайно здійснюється в зібраному стані, тому кришки не взаємозамінні. У останній час отримали поширення шатуни, що виготовлені методом спікання порошкового металу з «колотим» розніманням кривошипної головки, у яких площина рознімання являє собою крихкий злам (рис. 44). Такий метод забезпечує практично ідеальну окружність у отворі головки без спеціального центрування.

Рис. 43. Шатун з косим розніманням (а) та способи фіксації кришки: трикутними шлицями (б), прямокутними шлицями (в), буртиками (г), штифтами (д)

Рис. 44. Шатун з «колотим» розніманням кривошипної головки

Шатунні болти (шпильки) виконують зі сталей 30Х, 35Х, 40Х, 45Х, 40ХНМА штампуванням з наступною накаткою різьби та термічною обробкою. Болти, як правило, мають поясок центрування для фіксації положення кришки. Для фіксації болта у шатуні головку можуть виконувати овальною, з вертикальними зрізами або виступами. Болти можуть бути як з гайками, так і без них (рис. 45).

У осьовому напрямку від зсуву шатун утримується, як правило, щоками колінчастого валу, іноді (Volvo, Mercedes-Benz) — у верхній головці бобишками.

Рис. 45. Варіанти виконання шатунних болтів

У деяких конструкціях V-подібних ДВЗ для забезпечення розміщення осей циліндрів сусідніх рядів у одній площині використовують шатуни з центральним сполученням (рис. 46,а) та причіпні шатуни (двигуни Д-12А (МАЗ-525), МАЗ-530 — рис. 46,б).

Рис. 46. Шатуни з центральним сполученням (а) та причіпний (б): 1 — внутрішній шатун, 2 — вильчастий шатун, 3 — головний шатун, 4 — причіпний шатун