Лабораторна робота № 1

1. Тема 5. Кривошипно-шатунний механізм.
1
Лабораторна робота №1
Тема: Техніка безпеки. Вивчити в натурі деталі кривошипно–
шатунного механізму та їх роботу. Можливі несправності, їх
причин та способи усунення.
Мета роботи: вивчити основні правила техніки безпеки; вивчити в натурі деталі
кривошипно-шатунного механізму та їх роботу; можливі несправності,
їх причини та способи усунення.
Місце проведення: кабінет механізації.
Тривалість роботи: 2 год.
Обладнання і матеріали: методичні вказівки, схеми будови двигунів Д-240, СМД-14,
ЗІЛ-130, деталі кривошипно-шатунного механізму,
слюсарний інструмент, плакати та презентації.
Оформлення роботи: звіт лабораторної роботи виконується на аркушах (ф.А4);
структура звіту: титульний лист, вступ, описова частина,
висновок.
Завдання:
1) Ознайомитися з правилами техніки безпеки і охорони праці.
2) Вивчити в натурі деталі кривошипно-шатунного механізму авто-
тракторних двигунів.
3) Вивчити можливі несправності кривошипно-шатунного механізму, їх
причини та способи усунення.
Хід роботи
1. Ознайомитися з правилами техніки безпеки і охорони праці.
2. Описати будову та роботу деталей кривошипно–шатунного механізму.
3. Описати будову та роботу головки блока циліндрів.
4. Описати будову та роботу циліндро-поршневої і шатунної групи.
5. Описати будову та роботу колінчастого валу.
6. Описати основні несправності кривошипно–шатунного механізму,
причини та способи усунення.
7. Оформіть та здайте звіт.

2. Тема 5. Кривошипно-шатунний механізм.
2
Теоретичні відомості
Блок-картер двигуна СМД-14А. Вертикальні поперечні перегородки ділять блок-картер (мал. 1) на чотири відсіки, в яких монтують
гільзи 1 циліндрів. Центрування гільз досягається стунінчастими розточками, виконаними у верхній площині блок-картера і його
горизонтальній перегородці.
При встановлених гільзах між їх зовнішніми стінками і поперечними
перегородками блок-картера утворюється порожнина, яку називають
водяною сорочкою. Через отвори у верхній площині водяна сорочка блока
сполучається з водяною сорочкою головки циліндрів. Крім цих отворів, на
верхній площині блок-картера є різьбові отвори для шпильок кріплення
головки циліндрів, для штанг штовханів механізму газорозподілу і канал для
підведення масла до клапанного механізму.
Водяна сорочка циліндрів, в якій циркулює охолоджувальна рідина, і
порожнина картера, яка під час роботи двигуна заповнена масляним
туманом, роз’єднані горизонтальною перегородкою. В отворах перегородки
розміщені гільзи циліндрів. Гільзи з перегородкою ущільнені гумовими
кільцями.
Передня і задня стінки, а також поперечні перегородки мають
приливки, до яких шпильками кріпляться кришки корінних підшипників.
Приливки з кришками утворюють постелі під вкладиші корінних
підшипників колінчастого вала. Постелі в блок-картері розточують разом з
кришками, тому не можна міняти кришки місцями. Порядкові номери
кришок нанесені на їх торцях. Перекоси кришок усуваються спеціальними
пазами у нижній частині приливків і насадкою кришок з деяким натягом.
Для зняття кришок на кожній з них є різьбовий отвір для знімача.
З правого боку в блок-картері є вісім оброблених отворів для
штовхачів і три отвори для розподільного вала. В отвір передньої стінки
запресована бронзова втулка переднього підшипника розподільного вала.
Зліва вздовж блока є канал (головна масляна магістраль), від якого по
каналах в приливках поперечних перегородок і стінок підводиться масло до
п'яти корінних підшипників колінчастого вала. До підшипників
розподільного вала масло надходить по каналах від першого, третього і
п'ятого корінних підшипників. Від заднього підшипника розподільного вала
по вертикальному каналу масло підводиться до клапанного механізму, а
масло, що витікає з підшипника, по похилому каналу зливається в масляний
картер.
До задньої привалкової площини блока кріпиться шпильками
чавунний картер маховика. Картер центрується двома циліндричними
штифтами, запресованими в блок-картер.
До передньої стінки блок-картера болтами кріпиться чавунний картер
розподільних шестерень. Правильне його положення відносно блока забезпечується буртикамп втулки і пальця проміжної шестірні. Для
центрування кришки картера розподільних шестерень в блок-картер запресовано дві напрямні втулки.
До нижньої частини блок-картера кріпиться болтами піддон. Площина рознімання ущільнена пробковою прокладкою, обклеєною
спеціальним папером (віанібом). Для підвищення жорсткості блок-картера площина рознімання картера опушена відносно осі колінчастого
вала на 80 мм.
Блок-картери інших однорядних тракторних двигунів з водяним охолодженням
мають подібну будову з деякими відмінностями. Наприклад, блок-картер двигуна Д-50
має такі відмінності порівняно з блок-картером двигуна СМД-14А:
а) площина рознімання картера не має зміщеннь відносно осі колінчастого вала;
б) в отвори для розподільного вала запресовані втулки з антикорозійного чавуну;
в) вздовж блока вемає каналу головної масляної магістралі, оскільки масло до
корінних і шатунних підшипників підводиться по каналах у колінчастому валі;
г) до переднього і заднього торців блок-картера кріпляться не чавунні картери
розподільних шестерень і маховика, а стальні листи. Передній лист (розподільний щит)
разом з кришкою утворює картер розподільних шестерень. За допомогою заднього листа
двигун з'єднується з корпусом головної муфти зчеплення.
Остов двигунів з повітряним охолодженням. Основною корпусною деталлю
двигунів Д-37М і Д- 21 є чавунний картер. Кожен циліндр і його головка виготовленні
окремо і кріпляться анкерними ппильками до картера. Остов двигуна утворює картер
разом з циліндрами, переднім (розподільним) щитом, кришкою розподільних шестерень,
картером маховика і піддоном картера.
Головка циліндра закриває циліндр зверху. Конструкція головки залежить від
типу двигуна, розміщення клапанного механізму і системи охолодження.
У двигунах, де клапанний механізм розміщений у блок-картері, головка має дуже
просту будову і являє собою кришку циліндрів, у якій розміщенні водяна сорочка й
отвори для свічок запалювання.
У двигунах, де клапанний механізм розміщений у головці, конструкція останньої
значно ускладнюється. У головці такого двигуна, крім водяної сорочки, розміщуються
впускні і випускні клапани, канали для підведення свіжого заряду і випуску продуктів
згоряння, отвори для форсунок або свічок. Крім того, у деяких дизелях у головці
циліндрів розміщується і частина камери згоряння.
Основні двигуни тракторів мають верхнє розміщення клапанів (клапанний
механізм розміщено в головці) і їх головки являють складні виливи з чавуну або з
алюмінієвого сплаву.
Головка циліндрів двигуна Д–50. В нижній стінці головки є вісім отворів 4 і 5
(мал. 2), кромки яких скошені під кутом 45°. Ці отвори служать гніздами і опорними
Мал. 1. Блок–картер двигуна СМД-14А:
1 - гільза циліндра; 2 - шпилька кріплення головки циліндрів; 3 - шпилька
кріплення масляного фільтра; 4 - трубка для зливання воли; 5, 6, 7, 10, 13 -
кришки корінних підшипників; 8 - штифт; 9 - упорне півкільце; 11 - стопорна
шайба; 12 - гайка; 14 - шпилька кріплення кришки корінного підшипника;
15 - напрямна втулка; 16 - головний масляний канал; 17 - пробка головного
масляного каналу; 18 - палець проміжної шестерні; 19 - втулка переднього
підшипника розподільного вала; 20 - гумове ущільнювальне кільце.
Мал. 2. Головка циліндрів двигуна Д- 50:
1 - канали для видалення продуктів згоряння; 2 - отвір для
відведення води в радіатор; 3 - вставка вихрової камери;
4 - отвори впускних клапанів; 5 - овір для випускного клапана;
6 - отвір для штанги, 7 - азбометалева прокладка; 8 - стопорний
гвинт вставки, вихрової камери; 9 - отвір для свічки
розжарювання; 10 - отвір для форсунки; 11 - канал, що
сполучається з впускною трубою; 12- впускна труба;
13 - кришка; 14 - ковпак; 15 - отвір для напрямної втулки
випускного клапана.

3. Тема 5. Кривошипно-шатунний механізм.
3
ущільнювальними поясками тарілок клапанів механізму газорозподілу. Крайні і середні з них сполучені з каналами 1 і служать для видалення
продуктів згоряння, а решта (більшого розміру) – з каналами 11, з впускною трубою і призначені для заповнення циліндрів повітрям. В отвори
15, які розміщені проти гнізд тарілок клапанів, запресовано чавунні напрямні втулки клапанів.
В головці циліндрів розміщена частина камери згоряння (вихрова камера), яка має вставку 3, виготовлену з жаростійкої сталі. Вставки в
головці кріпляться стопорними гвинтами 8. В отворах 10 і 9, що виходять у вихрові камери, розміщуються відповідно форсунки і свічки
розжарювання.
Через наскрізні отвори головки проходять штанги штовхачів механізму газорозподілу і шпильки кріплення головки до блок-картера.
Ряд отворів у нижній стінці головки, що співпадають з відповідними отворами верхньої площини блок-картера, сполучаючись водяні
сорочки, головки і блока. З водяної сорочки головки охолоджувальна рідина відводиться на охолодження в радіатор через отвір 2.
Зверху до головки циліндрів кріпляться стояки осей коромисел кришки 13 і 14. Між головкою циліндрів інших двигунів з водяним
охолодженням розміщується спеціальна азбометалева прокладка, що являє собою металевий каркас, заповнений пресованим азбестом. Щоб
прокладка не «прикипала» до поверхонь блок-картера й головки і не пошкоджувалась під час зняття головки, її покривають графітом. Вікна
для камер згоряння, а іноді й отвори для води та масла окантовані тонкою стальною жерстю. Головне призначення прокладки полягає в тому,
щоб не допустити прориву газів із циліндрів і потрапляння води в циліндри двигуна з його водяної сорочки.
Надійне ущільнення головки циліндрів з блок-картером і збереження правильної геометричної форми циліндрів, які мають вставні
гільзи, в значній мірі залежить від правільного кріплення головки циліндрів. Тому затягувати гайки кріплення головки циліндрів. Тому
затягувати гайки кріплення головки необхідно в певній послідовності і з певним зусиллям.
Поршні, поршневі кільця, поршневі пальці.
Поршень, поршневий палець і поршневі кільця становлять так звану -
поршневу групу двигуна.
Поршень - циліндричний стакан, вилитий з чавуну або з алюмінієвого
сплаву. Він створює розрідження, необхідне для впуску свіжого заряду (повітря або
пальної суміші), стискує свіжий заряд, сприймає тиск газів і передає його через
палець і шатун на колінчастий вал.
Поршень має такі елементи (мал. 3): напрямну частину або Ю,
ущільнювальну частину або головку Г і днище 8. Всередині він має приливки
(бобишки) 11 з отворами для поршневого пальця і ребра, що підвищують міцність і
жорсткість поршня.
На ущільнювальній і напрямній частинах поршня проточені канавки для
компресійних і масло-знімних кілець. У канавках для масло-знімних кілець і нижче
їх є отвори 1, по яких зайве масло відводиться всередину поршня і частково
використовується для мащення поршневого пальця.
На днищах поршнів дизельних двигунів є лунки 9, які являють собою
частину камери згоряння, а спеціальна їх форма забезпечує краще розпилення і
перемішування палива з повітрям.
Юбки поршнів можуть бути циліндричними, конусними (СМД-14 БН, Д-
37М), овальними (Д-48Л) або конусоовальними (А-01М, А-41). Поршні двигунів
СМД-14, Д-50, мають загострені кромки 12, Вони знімають зайве масло із стінок
циліндра і цим полегшують роботу масло знімних кілець. Поршні за діаметром
юбки сортують на такі ж розмірні групи, як і циліндри (гільзи циліндрів).
Позначення розмірної групи нанесені на плаваючому днищі поршня або на торці
юбки. Поршень і циліндр повинні бути однакової розмірної групи. При такому
комплектуванні між ними забезпечується нормальний тепловий зазор. За діаметром отвору під поршневий палець поршні сортують на дві або
на три розмірні групи. Потрібна посадка поршневого пальця у бобишках забезпечується лише тоді, коли до поршня підібраний палець
відповідної розмірної групи. Щоб не порушити зрівноваженості двигуна, поршні повинні мати мінімальні відхилення маси.
Поршневі кільця. Забезпечують ущільнення надпоршневого простору, тобто перешкоджають прориву з надпоршневого простору в
картер (такти стиску й розширення) та прониканню масла з картера в камеру згоряння (такт впуску) та проникненню масла з картера в камеру
згоряння (такт впуску) через зазор між стінкою циліндра і поршнем. Одночасно кільця відводять від поршня до робочої поверхні циліндра
значну частину тепла, що сприймається днищем.
За призначенням кільця діляться на компресійні і масло-знімні. Компресійні кільця створюють лабіринт між стінкою циліндра і
поршнем, перешкоджаючи проникненю газів у картер, а масло-знімні 9 знімають зі стінок циліндра зайве масло, обмежуючи його проникнення
до компресійних кілець і в камеру згоряння.
Маслознімне кільце – коробчастого типу має на
зовнішній циліндричній поверхні кільцеву канавку, завдяки
якій зменшується опорна поверхня кільця і збільшується
його питомий тиск на стінку циліндра. На дні канавки є
щілини. Зайве масло знімається кромками кільця і через
щілини кільця та отвори 1 поршня зливається у картер. Під
кільце двигунів, встановлюють радіальний розширювач.
Поршневий палець шарнірно з’єднує поршень з
шатуном і є віссю коливання шатуна. Палець передає
великі зусилля і сприймає значні ударні навантаження,
тому його виготовляють з міцного і в’язкого матеріалу.
Щоб палець не переміщувався в осьовому напрямку і не
пошкоджував робочої поверхні циліндра, він закріплюється
стальними стопорними кільцями, що встановлюються в
канавки бобишок, або алюмінієвими заглушками. Таке
кріплення поршневого пальця дозволяє йому вільно
повертатися і в бобиках поршня і у верхній головці шатуна,
а тому палець називають плаваючим
Шатун – служить для перетворення зворотньо-
поступального руху поршня в обертальний рух
колінчастого валу. З’єднуючи поршень з колінчастим
валом, шатун передає останньому зусилля від тиску газів і
інерційної сили.
Основні елементи шатуна - стержень 5 (мал. 4, а),
верхня 14 і нижня 7 головки. Верхня головка призначена
Мал. 3. Поршнева група двигуна Д-50:
1 - отвори для відведення масла всередину поршня, 2 – масло-знімні
кільця; 3 - компресійні кільця; 4 - компресійне кільце звичайне;
5 - кільцеві канавки на головці поршня; 6 - стопорне кільце поршневого
пальця; 7 - поршневий палець; 8 - днище поршня; 9 - лунка в днищі
поршня; 10 - канавка для стопорного кільця; 11 - приливок; 12 – масло-
знімна кромка (торцевий скребок); Г - головка поршня; Ю - юбка
поршня; М - розмірна група поршня по діаметру юбки (М, С і Б);
Ф - місце нанесення маркувальної фарби розмірних груп отворів
поршня під палець і пальця по зовнішньом діаметру.
Мал. 4. Шатуни двигунів:
а – Д-160; б – А-41, А-01М і ЯМЗ; в – Д12А-375Б;
1 - отвори для вприскування масла; 2 - втулка верхньої головки шатуна; 3 - отвір для підводу масла
до втулки верхньої головки шатуна; 4 - шатунний гвинт; 5 - стержень шатуна; 6 - штифт; 7 - нижня
головка шатуна; 8 і 13 - вкладиши шатунного підшипника; 9 - установочний штифт кришки шатуна;
10 - шплінт; 11 - гайка; 12 - кришка нижньої головки шатуна; 14 - верхня головка шатуна; 15 - замкова
шайба; 16 - головний шатун; 17 – причіпний шатун; 18 - палець причіпного шатуна; 19 - провушина;
20 - кришка; 21 - установочний штифт вкладиша; 22 - конічний штифт; 23 - стопорний штифт.

4. Тема 5. Кривошипно-шатунний механізм.
4
для з’єднання поршня з шатуном за допомогою поршневого пальця, а нижня (роз’ємна) – для з’єднання шатуна з колінчастим валом. Стержень
шатуна більшості двигунів має двохтаврове з’єднання. Для підводу масла до верхньої головки шатуна в стержні 5 висвердлюють канал.
В верхню головку 14 запресовують одну або дві латунні, бронзові або стале-бронзові втулки 2. Для мащення деталі які мають тертя в
головці 14 і втулці 2 зроблені отвори. Довжину верхньої головки шатуна виготовляють на 2-4 мм коротшу відстань між бобишками поршня.
Нижню головку 7 шатуна для збирання його з колінчастим валом виконують розйомною і з’єднують гвинтами. Кришку 12 кріплять до шатуна
двома гвинтами 4, виготовленим із легованої сталі. Гвинти або закріпляють гайками 11 і шплінтами 10, або вкручують в різьбові отвори,
виконані в тілі шатуна, і фіксують замковими шайбами 15.
Шатунні підшипники забезпечують зниження тертя і
інтенсивності зношення шийки колінчастого валу під час
роботи двигуна. Вони представляють собою тонкостінні
вкладиши, виготовлені із стальної стрічки товщиною 1-3 мм.
Внутрішня поверхня вкладишів вкрита антифрикційним
матеріалом товщиною 0,15-0,5 мм. Вкладиши шатунних
підшипників взаємозамінні. При збиранні двигуна їх
встановлюють в шатун без підгонки по місцю і з необхідним
зазором між вкладишами і шийкою вала. Провертання і
осьове зміщення вкладишів забезпечуються спеціальними
виступами (вусиками), які є на вкладишах і входячи при
збірці в канавки шатуна і кришку нижньої' головки, з
натягом встановлюють в нижню головку шатуна. Шатунні
підшипники не регулюються, а при зношенні замінюються
новими нормального або ремонтного розміру.
Колінчастий вал – служить для перетворення в
крутний момент зусиль, які передаються від поршня через
шатуни, і передачі їх механізмам трансмісії та іншим
механізмам двигуна. Колінчастий вал складається із
корінних шийок 8 (мал. 6, а), шатунних шийок 3, щік 9,
з’єднувальної шийки, переднього кінця 1 (носка), противісів 4 заднього
кінця (хвостовика) з масловідбівиим буртиком 5, масловідбівною
нарізкою 6 і фланцем 7 для кріплення маховика.
Корінні і шатунні шийки з’єднуються між собою щоками і
утворюють коліна (кривошипи). Корінними шийками вал
встановлюють в підшипники ковзання, розміщені в перегородках блок-
картера двигуна, а до шатунних шийок приєднують нижні головки
шатунів 5 (мал. 6, б).
Число корінних шийок в двигунах з однаковим числом циліндрів
може бути різними. Вал називають повноопірним, коли між двома
сміжними корінними опорами розміщується тільки одна шатунна
шийка, а число корінних шийок на одиницю більше числа шатунних.
Для підводу масла до шатунних підшипників від корінних в щоках вала
свердлять канали 10, а в чугунні вали з пустотілими шийками при литті
запресовують втулочки. З метою додаткового очищення масла від
механічних домішок в шийках колінчастого зала часто роблять
грязезбирачі в вигляді свердління 2 (мал. 6, а), які закриваються з обох
сторін різьбовими пробками. При обертанні колінчастого валу,
механічні домішки, які знаходяться в маслі і з’явилися внаслідок
зношення деталей, відкидаються центробіжною силою до стінок
порожнини 2, а очищене масло потрапляє в шатунний підшипник.
На передньому кінці 1 (носку) вала встановлюють шестерню
привода розпридільного вала, масловідбивник і шків приводу
вентилятора. Задній кінець вала (хвостовик) багатьох двигунів
закінчується фланцем 7 (мал. 6, а) з отворами для кріплення маховика.
В двигуні ЯМЗ-240 на задньому кінці вада 5 (мал. 6, в), які мають
конічну форму, кріплять ступицю маховика і встановлюють ведучу
шестерню 4. Упорна шайба 11 наплавкою бабіта повернута в сторону
упорного буртика щоки колінчастого вала і фіксується від
прокручування прямокутним виступом, який входить в спеціальний паз
на кінці кришки підшипника. Передній і задній кінці колінчастого валу
на виході із картера мають ущільнення, яке запобігає витіканню
моторного масла. В більшості двигунів передній кінець колінчастого
вала ущільнюють резиновими саморухомими сальниками, встановлені
в кришці блока розпридільних зубчастих коліс, і масловідбивниками,
який обертається разом з колінчастим валом.
Задній кінець вала ущільнюють за допомогою сальника у вигляді
прографіченого азбестового шнура, який вкладається в канавки, які
прорізані в блоці циліндрів і в кришці корінного підшипника. Таке
ущільнення може бути як самостійне, так і в співвідношенні з
сальником.
Контрольні питання:
1. Призначення, типи, загальна будова та робота кривошипно-шатунного механізму.
2. Призначення і взаємозв’язок, матеріали та будова деталей механізму.
3. Конструктивні особливості кривошипно–шатунних механізмів тракторних і автомобільних двигунів.
4. Основні несправності кривошипно-шатунного механізму, їх причини та способи усунення.
5. Технічне обслуговування кривошипно–шатунного механізму.
Мал. 5. Шатуни: а – двигуна СМД-14; б – двигуна ЯМЗ-238НБ;
1-отвори для підведення масла; 2-верхня головка; З-стержень; 4-болт; 5-нижня головка; 6-кришка
нижньої головки; 7-гайка; 8-шплінт; 9 і 10-нижній і верхній вкладиші; 11-втулка; 12-отвір; 13-розпи-
лювач масла; 14-замкові шайби; 15-трикутні шліци; 16-масляний канал; 17-маслодозувальна втулка.
Мал. 6. Колінчасті вали:
а - двигун ЗІЛ-130: 1 - передній кінець вала; 2 - грязевловлювач; 3 - шатунна шийка;
4 - противіси; 5 - масловідбівний буртик; 6 - маслозгонна різьба; 7 - фланець для
кріплення маховика; 8 - корінна шийка; 9 - щока; 10 - масляний канал.
б - двигун Д-160: 1 - шків привода вентилятора; 2 - шестерня приводу механізму
газорозподілу; 3 - шестерня приводу гідронасоса; 4 - поршень; 5 - шатун;
6 – упорні півкільця; 7 - фланець для кріплення маховика; 8 - опора підшипників
зчеплення; 9 - маховик; 10 - зубчастий вінець маховика; 11 - вкладиш корінних
підшипників; 12 - щока; 13 - противовіс;
в - двигун ЯМ3-240: 1 - передній кінець вала; 2 - корінні шийки; 3 - шатунні шийки;
4 - ведуча шестірня вала; 5 - задній кінець вала; 6 - роликопідшипник.