Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм трактора состоит из цилиндров 30 (рис. ниже), поршней 9 с кольцами 27 и 28 и пальцами 29, шатунов 6 с подшипниками 4, коленчатого вала 1 с подшипниками 8 и маховика 19. Все детали механизма размещаются в блоке цилиндров 10.

Кривошипно-шатунный механизм двигателя трактора Д-50:

1 — коленчатый вал; 2 — поддон картера; 3 — крышка коренного подшипника коленчатого вала; 4 — вкладыши нижней головки шатуна (подшипники); 5—крышка нижней головки шатуна; 6— шатун; 7—щиток масляной ванны; 8 — вкладыши коренного подшипника; 9— поршень; 10 — блок цилиндров; 11 — кран спуска воды из водяной рубашки блока; 12 — задний лист; 13 — самоподжимной каркасный резиновый сальник; 14 — крышка заднего коренного (упорного) подшипника; 15 — вкладыши подшипника; 16 — упорные полукольца; 17 — маслоотражательная шайба; 18 — корпус сальника; 19—маховик; 20 — крышка бокового люка блока; 21 — сапун; 22 — выпускной коллектор; 23 — кожух выпускного коллектора; 24 — головка цилиндров; 25 — крышка головки цилиндров с впускным коллектором; 26 — колпак крышки; 27 — компрессионные поршневые кольца; 28— маслосъемные поршневые кольца; 29 — поршневой палец; 30— цилиндр; 31 — маслозаливная горловина; 32 — передняя опора двигателя

Во время работы тракторного двигателя на детали кривошипно-шатунного механизма действуют различные силы, изменяющиеся по величине и направлению. Одни из этих сил полезны и обеспечивают работу двигателя, а другие — вредны и вызывают повышенные износы его деталей.
К полезным силам относится давление газов, возникающее в цилиндре при такте рабочего хода (рисунок ниже).

Схема сил и моментов в кривошипно-шатунном механизме
 

Наибольшей величины эта сила достигает в начале рабочего хода. Например, сила давления газов на днище поршня двигателя СМД-14 составляет около 10 тс.

К вредным относятся силы инерции движущихся деталей и силы трения, возникающие при движении.

Поршень работающего двигателя перемещается в цилиндре неравномерно: скорость поршня уменьшается, когда он приближается к мёртвой точке, и увеличивается по мере удаления от этой точки. Движущийся поршень и другие детали, получив разгон и стремясь сохранить свою скорость, сопротивляются изменению её величины. В результате такого неравномерного движения в кривошипно-шатунном механизме возникают и действуют силы инерции.

Силы инерции так же, как и силы давления газов, непостоянны: когда скорость движения поршня уменьшается, силы инерции возрастают и направлены в сторону движения поршня, а когда его скорость увеличивается, силы инерции убывают и направлены в противоположную сторону.

В мёртвых точках сила инерции поршня достигает наибольшей величины. В в. м. т. она направлена вверх, а в н. м. т. — вниз. Поэтому в начале рабочего хода поршня сила инерции 3 всегда противодействует силе 2 давления газов. Когда поршень цилиндра находится в среднем положении, скорость его наибольшая, а сила инерции равна нулю. Таким образом, во время работы двигателя на поршень действуют две силы: сила давления газов и сила инерции поступательно движущихся деталей (поршня, верхней части шатуна).

Величина давления газов зависит от количества топлива, сжигаемого за весь цикл, и некоторых других причин и изменяется по мере перемещения поршня в цилиндре.

Сила инерции зависит от массы движущихся деталей, скорости вращения коленчатого вала и тоже изменяется при перемещении поршня в цилиндре трактора.

Обе силы, слагаясь вместе или вычитаясь одна из другой, дают равнодействующую силу 5.

На шатуне эта сила раскладывается на две: силу 6, направленную вдоль шатуна, и силу 4, направленную перпендикулярно к стенке цилиндра. Сила 4 прижимает поршень к цилиндру, а сила 6, воспринимаемая шатунной шейкой коленчатого вала, создаёт крутящий момент, который вращает коленчатый вал.

При вращении этого вала и круговом движении нижней части шатуна возникает центробежная сила 7, которая тем больше, чем больше масса вращающихся частей, число оборотов и радиус кривошипа. Центробежная сила 7 уравновешивается противовесами коленчатого вала.

Сила 6а, приложенная к центру коленчатого вала, передаётся его подшипникам и остову двигателя. Эту силу можно разложить на две: 4а и 1а. Сила 4а равна по величине силе 4, но направлена в противоположную сторону. Обе силы на плече б создают момент, который стремится опрокинуть двигатель. Под действием этого момента ослабляются крепления опор двигателя на остове трактора. Сила 1а передаётся вниз через коренные подшипники остову двигателя. Она равна по величине силе 1 давления газов на головку цилиндров. Действуя в противоположных направлениях, эти силы ослабляют крепление головки цилиндров к блоку двигателя.

Силы инерции и давление газов нагружают поршень, палец, шатун и коленчатый вал. При увеличенных зазорах в сопряжениях этих деталей переменные по величине и направлению силы вызывают их повышенный износ.

Условия работы цилиндра, поршня, колец и пальца усложняются химическим воздействием на них горячих газов.

Все детали двигателя сконструированы и изготовлены с учётом указанных условий и рассчитаны на длительную и бесперебойную работу лишь при правильном уходе за двигателем трактора.