Уплотнительные кольца. Согласно ГОСТ 7133—67 поршневые кольца дизелей должны изготавливаться из серых легированных чугунов с пластинчатым графитом или из чугунов с шаровидным графитом (высокопрочные чугуны). Судовые двигатели имеют кольца, выполненные из чугунов марок СЧ18-36—СЧ28-48. Верхние кольца у некоторых форсированных дизелей (например, М401А) делают из стали.

В свободном состоянии поршневое кольцо имеет диаметр, превышающий диаметр цилиндра D. Часть кольца вырезается, и в этом месте образуется так называемый замок к. Уплотнительные кольца делают, как правило, с косым замком при правом или левом направлении разреза. Часто на один и тот же поршень ставят кольца с правым и левым направлениями разреза, чередуя их. Маслосъемные кольца выполняют обычно с прямым замком.

Рис. 1. Поршневое кольцо

Рис. 2. Формы сечений уплотнительных колец

Рис. 3. Насосное действие уплотнительных колец

Рис. 4. Типы маслосъемных колец и их работа

После заводки кольца вместе с поршнем в цилиндр в замке остается зазор с порядка 0,5—1,5 мм. Поскольку при заводке кольцо было сжато, оно прижимается к стенке цилиндра в силу своей упругости. Кроме того, кольцо прижимается к стенке цилиндра и к стенке канавки давлением газов. Зазор кольца по высоте канавки составляет а = 0,06-0,30 мм. Уплотняющее действие кольца заключается в том, что энергия просачивающихся газов затрачивается на преодоление сопротивления в зазоре а и на вихревые движения в пространстве с зазором Ь.

У большинства уплотнительных колец радиальная толщина больше высоты. Такие кольца жестче, быстрее прирабатываются к втулке цилиндра и меньше разбивают торцовую поверхность канавки. В то же время кольца с малой радиальной толщиной позволяют уменьшить толщину стенки головки. Трапецеидальная форма сечения применяется для верхних колец поршней с высокой тепловой напряженностью: такие кольца дороже, но менее склонны к пригоранию, лучше уплотняют поршень и способствуют удалению масла со стенок цилиндра.

При установке колец на поршне замки их ставят «вразбежку», т. е. со сдвигом одного относительно другого. Фиксации колец от поворота не делают, так как зафиксированные кольца быстрее пригорают. Если есть опасность задевания концов кольца за вырезы во втулке (окна в двухтактных двигателях), то эти концы сошлифовывают.

Для повышения износостойкости поршневые кольца покрывают слоем пористого хрома. По ГОСТ 7133—67 такое покрытие обязательно для верхнего кольца четырехтактного дизеля с диаметром цилиндра до 250 мм. Верхние поршневые кольца остальных двигателёй согласно этому стандарту должны иметь приработочное покрытие или приработочные вставки. В качестве приработочного покрытия применяют лужение или омеднение рабочей поверхности кольца. Приработочная вставка делается, например, в виде пояска из меди.

Уменьшению износа колец способствует снятие фаски: острые кромки ухудшают распределение смазки по поверхности трения.

Маслосъемные кольца. Уплотнительные кольца обладают способностью перемещать масло со стенок цилиндра вверх («насосное действие» колец). При движении поршня вниз масло заполняет зазор под кольцом, а при движении вверх оно будет вытесняться в зазор над кольцом. При следующих движениях поршня масло подобным же образом поднимется еще выше и наконец будет перенесено в камеру сгорания. Это приведет к быстрому пригоранию колец, к загрязнению стенок камеры сгорания и к перерасходу масла.

Для предотвращения заноса масла в камеру сгорания служат масло-съемные кольца. Они могут быть с конической внешней поверхностью. В этом случае при движении поршня вверх образуется масляный клин, кольцо давлением масла сжимается и скользит по его слою. При движении вниз кольцо снимает масло со стенок втулки и оно стекает через отверстия внутрь поршня.

Часто применяют маслосъемные кольца с сечением по рис. 4, б. Они имеют кольцевую канавку, проточенную снаружи. Из канавки делают прорези внутрь кольца. Такие кольца, как видно из рисунка, снимают масло со стенок не только при движении поршня вниз, но и при движении его вверх. При установке этих колец на поршне наряду со сбрасывающими отверстиями ниже кольца должны быть отверстия сзади кольца. Конические кольца и кольца с проточкой часто встречаются на одном и том же поршне.

У некоторых двигателей в одну канавку ставят два маслосъемных кольца. Как видно из рис. 4, в, пара таких колец напоминает кольцо с проточкой, но при раздельном изготовлении кольцам может быть придана более удачная форма.

В целях предварительного снятия со стенок цилиндра части масла нижнюю кромку поршня иногда выполняют в виде скребка.

Поршневые пальцы. Технические требования к поршневым пальцам нормируются ГОСТ 8052—67. Этот стандарт предписывает изготовление пальцев из углеродистых или легированных цементируемых и азотируемых сталей, а также из высокоуглеродистых сталей с содержанием углерода до 0,65%, подвергаемых закалке ТВЧ. На флоте для этой цели применяют стали 20, 15Х, 20Х, 12ХНЗА и др. Как было сказано, внешнюю поверхность пальца цементируют и закаливают или азотируют. В целях облегчения пальцы делают пустотелыми.

Если поршневые пальцы не закрепляются в бобышках и после нагрева поршня при работе двигателя получают возможность вращаться, то такие пальцы называются плавающими. Они равномерно изнашиваются и при нагревании не распирают поршень. Однако зазор пальца в бобышках увеличивает суммарный зазор соединения поршня с шатуном, что приводит к ускоренному износу деталей. Поэтому в крупных двигателях применяют пальцы, закрепленные в бобышках. В двигателях речного флота такие пальцы не встречаются.

Плавающий палец должен быть зафиксирован от смещения вдоль своей оси. Существует несколько способов фиксации пальцев в осевом направлении.

Очень распространена фиксация пальца пружинящими кольцами (их называют также кольцевыми шпонками, кольцами Зегера), вставляемыми в проточку бобышки поршня. Они бывают прямоугольного и круглого сечений. Часто встречается фиксация пальца алюминиевыми заглушками, вставляемыми в расточку пальца или в расточку бобышки. При работе двигателя заглушки скользят вдоль стенки втулки цилиндра и не позволяют пальцу сместиться. Заглушки, вставленные в расточку пальца, имеют сферическую внешнюю поверхность и вставляются в бобышки поршня вместе с пальцем. Если же заглушка вставлена в расточку бобышки, то ее внешняя поверхность обрабатывается по диаметру цилиндра, а поворот предотвращается штифтом. Чтобы под заглушкой не скапливалось масло, сверлят отводящий канал. Нарезанное отверстие служит для ввертывания рыма при снятии заглушки.

Рис. 5. Способы фиксации поршневых пальцев

Палец смазывается в бобышках маслом, вытекающим вдоль пальца из верхней головки шатуна, и маслом, снимаемым со стенки цилиндра. В некоторых двигателях в пальце имеются каналы для принудительного подвода масла к трущейся поверхности бобышки из верхней головки шатуна. Поскольку в этом случае масло может попадать в большом количестве на стенку втулки цилиндра, палец фиксируется заглушкой с уплотняющей прокладкой под ней.

Заглушку крепят к поршню винтами.

Аналогичная герметизация заглушек, стягиваемых шпилькой и опирающихся на бурты поршня, встречается в двигателях ДР 30/50, однако цель герметизации здесь иная: предотвратить утечку продувочного воздуха через полость внутри пальца.

У алюминиевых поршней иногда для пальца в бобышки вставляют бронзовые втулки, более стойкие против износа. У составного поршня двигателя 10Д40 втулка изготовлена из стали и за-плавлена свинцовистой бронзой. В этом двигателе палец фиксируется от осевого смещения внутренним пояском тронка.

Рис. 6. Расчетная схема поршневого пальца

Рис. 7. Поршневые головки шатунов

Рис. 8. Кривошипные головки шатунов

Отъемные головки встречаются лишь в тихоходных двигателях: шатун в данном случае имеет увеличенную массу. В быстроходных и небольших двигателях применяют шатуны с неотъемной кривошипной головкой. При этом появляется технологическая необходимость во вкладышах, заплавляемых антифрикционным сплавом. Один из вкладышей может быть застопорен штифтом от проворачивания, но этого часто не делают: в целях уменьшения габаритов головки шатунные болты располагаются так близко к шейке, что во вкладышах вырезают для них карманы; в данном случае шатунные болты становятся фиксаторами вкладышей. От стопорения вкладышей штифтами отказываются еще и потому, что отверстия для штифтов вызывают концентрацию напряжений в шатуне или в крышке кривошипного подшипника.

Встречаются шатуны, в кривошипной головке которых имеется лишь один — верхний — вкладыш. Нижнюю половинку заплавля-ют антифрикционным сплавом без вкладыша.

Верхнюю половинку кривошипной головки центрируют с пяткой 8 шатуна с помощью выступа и шатунных болтов. Нижняя половинка (крышка кривошипного подшипника) направляется или шатунными болтами, или выступами на краях крышки, а иногда и тем и другим. Между половинками предусматривают наборы прокладок для регулирования масляного зазора. Однако в целях обеспечения большей жесткости подшипника от них часто отказываются даже в тихоходных дизелях.

Кривошипный подшипник смазывается маслом, поступающим под давлением из рамового подшипника по каналам коленчатого вала. Организация смазки кривошипного подшипника усложняется тем, что масло из него должно проходить постоянным потоком в трубку или в осевой канал для смазки головного подшипника. Постоянства потока можно достичь устройством кольцевой канавки с выходом масла к трубке через канал. Однако такая канавка, как известно, снижает несущую способность кривошипного подшипника. Чтобы не нарушать целостности масляного клина в наиболее нагруженной верхней части подшипника, часто ограничиваются одной или двумя канавками, прорезанными на протяжении примерно двух третей окружности в нижней части подшипника,, и отводят масло в осевой канал по наклонным каналам. В этом случае шейка коленчатого вала должна иметь выход масла в двух точках.

В небольших двигателях кривошипная головка часто выполняется с косым разъемом, крышка крепится шпильками, а направляется выступами шатуна и штифтами. Косой разъем делают для удобства обслуживания, а иногда — в технологических целях при унификации шатунов V-образных и однорядных двигателей.

В шатуне, показанном на рис. 8, в, применены тонкостенные вкладыши без регулировочных прокладок. Отказ от прокладок объясняется не только стремлением увеличить жесткость головки, но и тем, что при изменении толщины набора прокладок нарушается круглая форма сечения подшипника. При износе тонкостенный вкладыш заменяют новым.

Шатуны V-образных двигателей речного флота имеют общую для двух цилиндров кривошипную головку. Шатун одного из цилиндров является главным. В ушки его кривошипной головки вставляют палец прицепного шатуна соответствующего цилиндра второго ряда. Нижняя головка прицепного шатуна имеет бронзовую втулку и смазывается маслом, поступающим по каналам. Крышку кривошипного подшипника можно крепить не болтами, а двумя коническими штифтами, вставляемыми в соответствующие ушки.

Кривошипные подшипники заплавляют теми же антифрикционными сплавами, что и рамовые. Иногда верхнюю половинку заплавляют более качественным материалом, чем нижнюю.

Шатунные болты. Кривошипные головки большинства двигателей имеют по два шатунных болта: по одному с каждой стороны. В шатунах с косым разъемом головки встречается по три шпильки с каждой стороны. У шатунных болтов есть пояски, которыми они плотно входят в расточенные отверстия головки. Пояски делают, как правило, в плоскостях стыкования деталей: половинок и головки и верхней половинки с пяткой шатуна. Бывает и иное расположение поясков. Оба болта делают одинаковыми. Исключение составляет двигатель НФД48, имеющий разные болты: у одного направляющий поясок есть только в плоскости стыкования Головки с пяткой шатуна, у другого — только в плоскости стыкования половинок.

Гайки щатунных болтов делают корончатыми, стопорящимися шплинтами. Чтобы болт не проворачивался, его головку фиксируют штифтом. Кроме того, часто предусматривают отверстия для монтажных болтов, удерживающих шатунные болты при сборке и разборке головки.

У небольших двигателей часто оказывается более удобным располагать гайку болта снизу и стопорить его от проворачивания срезом головки. У двигателей с косым разъемом головки приходится применять шпильки , ввертываемые в шатун и застопоренные штифтами.

Шатунные болты — весьма ответственная деталь. Обрыв их ведет, как правило, к крупной аварии: шатун, отделившись от вала, падает вместе с поршнем вниз, пробивая стенки картера, рамы. Заклинив вал, шатун может вывести его из строя.

Во время работы дизеля шатунные болты испытывают растяжение от силы инерции поршня и стержня шатуна, действующей в конце такта выпуска и в начале такта впуска. Эта сила — переменная, близкая к ударной. Болты могут испытывать ударные нагрузки и при заедании поршня. Поэтому ГОСТ 6907—67 предписывает, что шатунные болты четырехтактных дизелей должны изготовляться из легированной стали с механическими свойствами не ниже, чем у стали 40ХН. В двухтактном двигателе силе инерции всегда противодействует давление газа на поршень, вследствие чего шатунные болты могут быть выполнены из менее качественной стали, например марки 35.

Гайки шатунных болтов четырехтактных дизелей согласно ГОСТ 6906—67 должны быть изготовлены из стали 40Х, в обоснованных случаях — из стали 18Х2Н4ВА.

Чтобы избежать концентрации Напряжений, шатунные болты должны быть чисто обработаны, не иметь резких переходов от одного сечения к другому, рисок, царапин, забоев. Резьба делается мелкой и чистой, без заусенцев и задиров.

Никаких дополнительных напряжений среза, изгиба шатунные болты не должны испытывать. Поэтому равномерность прилегания головки и гаек проверяют по краске. Затяжка болтов должна быть достаточной для обеспечения жесткости соединения, но не чрезмерной: при перетяжке может быть превышен предел текучести материала и болт при работе двигателя порвется. Шатунные болты затягивают с определенной силой, указываемой в инструкции. Если имеется динамометрический ключ, допускающий затяжку гаек лишь моментом определенной величины, то следует пользоваться только им. Длина болта контролируется микрометрической скобой: появление остаточного удлинения является браковочным признаком болта. Гайки болтов должны надежно шплинтоваться, причем применение шплинта несоответствующего размера не допускается.

Поскольку болт испытывает переменные напряжения, он может порваться вследствие усталости металла. Поэтому в срок, указанный в инструкции по эксплуатации двигателя, шатунные болты необходимо заменять независимо от внешнего состояния. Пренебрежение сроками смены шатунных болтов весьма опасно, и на флоте, к сожалению, еще происходят аварии по данной причине.