Федор Жигарев - Мотоциклы

В остальном сдвоенные вильчатые шатуны ничем не отличаются от устройства ранее описанных шатунов.

Большие головки шатунов опираются на шатунные шейки (пальцы) коленчатого вала через подшипники качения (роликовые и игольчатые) или через подшипники скольжения (вкладыши или втулки, покрытые внутри антифрикционным сплавом).

На ряде современных, особенно многоцилиндровых, мотоциклетных двигателей в большой головке шатуна устанавливаются подшипники скольжения. Это вызвано желанием отказаться от составного коленчатого вала, в конструкции которого имеются некоторые недостатки (о чем будет сказано ниже), а также тем, что роликовые подшипники имеют повышенный износ, обусловленный многооборотностью современного мотоциклетного двигателя.

Ролики подшипника большой головки шатуна вследствие центробежной силы, вызываемой вращением кривошипа вокруг оси коленчатого вала, стремятся удалиться от центра вращения и давят на сопряженные с ним детали. При больших числах оборотов коленчатого вала современных мотоциклетных двигателей давление, вызываемое роликами, может достигнуть такой величины, что будет вытеснена пленка масла и наступит быстрый износ роликов и рабочих поверхностей деталей, составляющих роликовый подшипник большой головки шатуна.

Подшипник скольжения этому недостатку не подвержен, но он требует больше смазки и более чувствителен к недостатку масла, чем роликовый подшипник. Поэтому рабочая часть подшипника скольжения покрывается сплавом, способном в некоторой степени аккумулировать в своей поверхности масло. Таким сплавом является свинцовистая бронза, алюминий и др. В некоторых случаях, когда шатун и его нижняя крышка выполняются из алюминиевого сплава, вкладыши не применяются и рабочими поверхностями подшипника служат непосредственно поверхности шатуна и нижней крышки его.

Достоинством роликовых подшипников являются небольшие потери на трение, незначительный износ при нормальных нагрузках, а также неприхотливость к смазке. Смазка должна быть умеренной, так как чрезмерная смазка повышает трение и вызывает перегрев подшипников.

Основными недостатками роликовых подшипников являются большие габариты и невозможность их разъема. Большие габариты подшипников требуют в свою очередь увеличения размеров большой головки шатуна. Невозможность разъема подшипников затрудняет их монтаж на коленчатом валу, что в свою очередь усложняет устройство коленчатого вала.

В некоторых случаях на двухтактных двигателях в качестве шатунных подшипников применяют игольчатые. Игольчатые подшипники дают большие потери на трение, чем обычные роликовые. Это вызвано тем, что игольчатые подшипники имеют радиальный зазор, как у обычного подшипника скольжения. При положении роликов в ненагруженной части подшипника скорость вращения их уменьшается до минимальной. При входе ролика в нагруженную часть подшипника скорость его вращения постепенно доходит до максимальной. Разгон ролика от минимальной до максимальной скорости происходит со скольжением, что и вызывает увеличение потерь на трение.

Роликовые и игольчатые подшипники находят наибольшее применение в больших головках шатуна, так как они хорошо выдерживают ударные нагрузки.

Шариковые подшипники в больших головках шатунов не применяются, так как на подшипник вредно действуют резко меняющиеся по величине и направлению усилия, в результате чего шарик сильно деформируется и, следовательно, подшипник быстро выходит из строя.

Основное назначение коленчатого вала — преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное, а силы давления газов на поршень в крутящий момент.

Во время работы двигателя на коленчатый вал действуют центробежные силы, а также переменные нагрузки от давления газов и силы инерции. Таким образом, во время работы коленчатый вал подвержен большим нагрузкам постоянного и переменного характера. Переменные, резко меняющиеся нагрузки вызывают изгиб и закручивание коленчатого вала.

Коленчатые валы мотоциклетных двигателей должны отвечать следующим требованиям:

1) Быть прочными, долговечными и достаточно легкими.

2) Изготовляться с большой точностью и из материала, обеспечивающего небольшой износ коренных и шатунных шеек.

3) Снабжаться противовесами для уравновешивания двигателя и загрузки коренных подшипников, чтобы уменьшить действия центробежных сил.

4) Иметь обтекаемую форму для уменьшения потерь на вращение.

Прочность и долговечность коленчатого вала при достаточной легкости достигаются изготовлением его из качественной стали. Форма элементов коленчатого вала и способы их соединения играют здесь большую роль. При легкости коленчатого вала уменьшается общий вес двигателя, а также уменьшается нагрузка на коренные подшипники.

Наличие противовесов на коленчатых валах мотоциклетных двигателей вызвано необходимостью уравновесить центробежные силы вращающихся частей коленчатого вала и силы инерции возвратно-поступательно движущихся частей.

При отсутствии противовеса неуравновешенные силы вращающихся частей, действуя на опоры коленчатого вала, а через них на картер двигателя и на его опоры, вызывают тряску двигателя, расположенного на упругих опорах. Это объясняется тем, что направление действия неуравновешенных центробежных сил постоянно меняется и опоры вала, а через них и опоры двигателя воспринимают нагрузку, переменную по направлению.

Точно так же неуравновешенные силы инерции возвратно-поступательно движущихся частей, действуя в плоскости осей цилиндров, вызывают тряску двигателя. Для уравновешивания этих сил массы противовеса располагают диаметрально противоположно массам шейки, шатунной шейки с шатуном и поршнем. Противовесы уменьшают воздействие центробежных сил и сил инерции на опоры коленчатого вала и таким образом разгружают подшипники.

Все коленчатые валы мотоциклетных двигателей можно разбить на две основные группы: составные и цельные.

Составным называется коленчатый вал, состоящий из отдельных частей, скрепленных между собой. Цельным называется коленчатый вал, выполненный из одного куска металла.

Составные валы делятся в свою очередь на разборные и неразборные. Наиболее распространены неразборные коленчатые валы, состоящие из двух маховиков, соединенных между собой шатунным пальцем. В центре каждого маховика установлены коренные пальцы.

Трудность соблюдения соосности коренных шеек при сборке является основным недостатком большинства составных коленчатых валов. Сборка составных коленчатых валов может быть произведена только при наличии специального приспособления.