Коленчатые валы: Продукты в двигателе · Motorservice

Коленчатые валы

Коленчатый вал через шатуну воспринимает давление газов возникающее в надпоршневой полости цилиндров, и нагружается силами инерции от неуравновешенных масс механизма, совершаю­щих возвратно-поступательное и вращательное движение. Под действием резко изменяющихся по величине и направлению газо­вых сил и сил инерции коленчатый вал вращается с переменной угловой скоростью, вследствие чего испытывает упругие колебания, подвергается скручиванию, изгибу, сжатию или растяжению.

Сложные условия работы вала вызывают повышенный износ его шеек, деформацию отдельных элементов конструкции и явления усталости материала, порождают крутильные и осевые его колебания. Поэтому конструкция коленчатого вала должна обладать достаточной прочностью, жесткостью и износостойкостью при сравнительно небольшом весе.

Общий вид и элементы конструкции типичного вала автомо­бильного поршневого двигателя показаны на рис. 1, а и б. Колен­чатые валы двигателей автомобильного и тракторного типов изго­товляют методом ковки или литья из среднеуглеродистых сталей марок 45, 45А, 45Г2, 50Г; легированных сталей 45ХН, 40ХНМА, 18ХНВА или из высококачественных чугунов (магниевого, никель-молибденового и др.), обладающих повышенной прочностью.

 

Рис. 1. Общий вид и элементы конструкции коленчатого вала V-образного 8-цилиндрового двигателя ЗИЛ-130:

I, II, III, IV – шатунные шейки

 

Основными элементами коленчатых валов являются: коренные и шатунные шейки, щеки, хвостовик и носок. К обязательным элементам некоторых конструкций автомобильных и других ана­логичных валов относятся также противовесы. Представленный на рис. 1 вал двигателя ЗИЛ-130 и в этом отношении является типичным.

Коренные шейки 12 служат валу опорами, на которых он укла­дывается и вращается в соответствующих опорных (коренных) подшипниках двигателя.

Шатунные шейки 11 служат для шарнирного соединения вала с нижними головками шатунов. Шатунные шейки и устанавливае­мые на них головки шатунов называют иногда кривошипными. Масло к ним подается по сверлениям 5 от шеек 12.

Щеки 13 объединяют в один узел шатунные и коренные шейки. Две щеки, примыкающие к смежным коренным шейкам вместе с одной или несколькими шатунными шейками, образуют криво­шипы (колена) вала.

Хвостовиком называют заднюю часть 6 вала, которая в автомо­бильных двигателях обычно заканчивается фланцем 7, снабженным отверстиями 4 для крепления маховика. В торце хвостовика раста­чивают гнездо 8 под опорный подшипник первичного вала коробки перемены передач, а на цилиндрической его поверхности размещают маслоотражательный буртик 10 и маслоотгонную нарезку (спи­ральную канавку) 9 или же делают гладкую шейку под уплотнительный сальник.

Носком называют переднюю часть 14 вала, на которой устанав­ливаются: шестерня привода газораспределения, маслоотражатель и шкив вентилятора, а в резьбовое отверстие 15 с торца — храпо­вик, необходимый для проворачивания коленчатого вала при пуске двигателя вручную. Если ручной пуск не предусмотрен, то вместо храповика ставится болт, обеспечивающий только крепление дета­лей на носке вала. В канавку 16 закладывается шпонка, фиксирую­щая в строго заданном положении шестерню привода газораспре­деления и удерживающая от проворачивания на носке другие детали.

Противовесы 1 устанавливаются на щеках 13 со стороны, про­тивоположной кривошипу, и служат в многооборотных двигателях для полной или частичной разгрузки коренных опор от местных центробежных сил. В ряде случаев они необходимы для уравнове­шивания двигателей.

Коленчатые валы многоцилиндровых двигателей представляют собой сложную пространственную конструкцию, форма которой во многом предопределяется числом коренных опор, принятым для данного двигателя. В этой связи коленчатые валы разделяют на пол­ноопорные и неполноопорные.

 

Рис. 2. Неполноопорный коленчатый вал рядного 6-цилиндрового двигателя ГАЗ:

1 — фланец крепления маховика; 2 — противовесы: 3 — коренные шейки; 4 — шатунные шейки; 5 — но­сок вала

 

У полноопорных валов между двумя смежными коренными опо­рами размещается только одна шатунная шейка, т. е. число корен­ных шеек всегда у них на одну больше числа шатунных шеек (см. рис. 1). Такие валы применяются в дизелях, карбюраторных V-образных и других двигателях, работающих с большими нагрузками на подшипниках.

Неполноопорные ко­ленчатые валы имеют по две и более шатунных шейки между двумя смежными коренными опорами. Они компакт­нее (короче) полноопор­ных, несколько легче их и менее трудоемки. Но из-за сравнительно боль­шого пролета между коренными опорами такие коленчатые валы не обладают достаточной жесткостью. Для неполноопорных авто­мобильных валов типичной является конструкция вала рядного шестицилиндрового двигателя ГАЗ-51, показанная на рис. 2. Массивные противовесы служат здесь для разгрузки коренных опор от местных центробежных сил.

Коленчатые валы автомобильных и тракторных двигателей подвергаются обязательной статической и динамической баланси­ровке в сборе с маховиком и фрикционной муфтой сцепления. Без этого трудно и практически вообще невозможно обеспечить спокой­ный ход двигателя из-за повышенной его вибрации.

 

Рис. 3. Кривошипы коленчатых валов:

а) литого   вала   двигателя   ЗМЗ-21: б)   кованого вала двигателя МЗМА-408; в)   кованого вала двигателя В-2; 1 — грязеуловитель; 2 — заглушка; 3 — коренная шейка: 4 — каналы подвода масла к поверхности шатунной шейки

 

Для увеличения износостойкости шеек вала наружные поверх­ности их закаливают токами высокой частоты на глубину 3—5 мм до твердости HRC 50—60 и тщательно обрабатывают (шлифуют и полируют), придавая им по возможности строго цилиндрическую форму (овальность и конусность шеек вала в автомобильных двига­телях не должна превышать 0,01 мм). Толщину закаленного слоя выбирают с учетом уменьшения диаметра шеек от перешлифовок при ремонтах двигателя.

Шейки вала с целью уменьшения его веса часто выполняются полыми, что легко достигается при отливке валов.

На рис. 3 показан один из кривошипов литого вала двигателя ЗМЗ-21, у которого полости в шейках получают в процессе отливки.

В этом случае масло подается от коренных к шатунным шейкам с помощью трубочек, которые запрессовывают в отверстия, просвер­ленные через стенки полости коренных шеек. Для фиксации трубо­чек в нужном положении их слегка изгибают, как показано на рис. 3, а. Полости 1 в шатунных шейках, закрытые с двух сторон резьбовыми пробками, образуют грязеуловители. Однако отверстия 4 для подачи масла к шатунным подшипникам при таком соосном с шейкой расположении полости должны быть просверлены на уров­не оси шейки или несколько ниже ее и перпендикулярно к плоскости кривошипа (см. рис. 3, а). Тогда взвешенные в масле твердые тя­желые частицы, включая продукты износа, отбрасываемые центробеж­ной силой к наиболее удаленным от оси вращения стенкам полости, не попадают в шатунные подшип­ники (схема улавливания и накоп­ления тяжелых частичек показана на рис. 3, а).

Дополнительная центробежная очистка масла в грязеуловителях шатунных шеек получила широ­кое распространение. Шатунные шейки кованых валов с этой целью специально рассверливают. Полу­чаемые таким образом грязеулови­тели изображены на рис. 1, а, б и рис. 3, б, б, где показаны криво­шипы карбюраторных двигателей V-образного ЗИЛ-130, рядного МЗМА-408 и V-образного дизеля В-2. У последнего масло подводит­ся к подшипнику главного шатуна через медную трубочку 4, погру­женную заборным концом непосред­ственно в грязеулавливающую по­лость. На каждой шатунной шейке двигателя ЗИЛ-130 размещаются по два шатуна, поэтому и грязеулавливающие полости 3, закрываемые резьбовыми пробками 2 (см. рис. 1, а), высверлены здесь с двух сторон кривошипа. При нали­чии на шейке одного шатуна достаточно одной полости, выпол­ненной по схеме рис. 3, б.

Размеры (диаметр и длину) шеек вала выбирают с учетом ранее выполненных конструкций, а затем уточняют их поверочным расчетом. Шатунные шейки у каждого вала, как правило, имеют одинаковый размер, а коренные часто различаются своей длиной. Наибольшую длину обычно имеют крайние шейки, особенно задняя шейка, примыкающая к хвостовику вала, несущая дополнительную нагрузку от маховика и сцепления. Так, длина задней шейки коленчатого вала ЗИЛ-130 составляет 45 мм против 31 мм у дру­гих его коренных шеек, а в двигателе ЗМЗ-66 все коренные шейки выполнены одинаковой длины. Это позволяет применять взаимоза­меняемые вкладыши для всех его коренных подшипников, что эко­номически более оправдано.

 

Рис. 4. Конструкции щек коленчатого вала и крепление к ним проти­вовесов

 

Наряду с крайними шейками в ряде конструкций удлиняют средние коренные опоры, если это требуется по условиям компонов­ки двигателя, но в целом длину коренных шеек вала стремятся уменьшить. Чем короче шейки и меньше общая длина вала, тем большую жесткость приобретает его конструкция. Жесткость вала повышается также за счет «перекрытия» шеек. Это особенно резко проявляется в современных короткоходных автомобильных двига­телях, у которых сумма радиусов r

к + r_ш коренной и шатунной шеек всегда бывает больше радиуса г кривошипа (см. рис. 4, б).

Для повышения общей прочности вала сопряжение его щек с шейками выполняют с плавными переходами (см. рис. 4, б) — галтелями. Радиусы галтелей рекомендуется выбирать в пределах 0,06÷0,1 от диаметра шеек. Благодаря галтелям заметно умень­шаются местные напряжения в зоне сопряжения щек с шейками. Но так как развитые галтели уменьшают активную длину шеек (их цилиндрическую часть, находящуюся под вкладышами), то целе­сообразно галтели делать двойными: от шейки к технологическому пояску с радиусом r₁ (основная доля радиусного перехода) и далее к телу щеки с радиусом r₂, как показано на рис. 4, б.

Небольшой технологический поясок в зоне сопряжения щек с шейками является обязательным элементом конструкции вала. При обработке вала он предохраняет шлифовальный круг от воз­можного опасного удара щеки.

Щекам придают овальную, круглую или призматическую (пря­моугольную) формы. Призматические щеки наиболее простые, но по условиям прочности они получаются сравнительно толстыми, что несколько переутяжеляет вал и увеличивает его габариты. В автомобильных двигателях старых моделей, где находили приме­нение валы с призматическими щеками, последние выполнялись с округлыми кромками и углами (см. рис. 4, а). Это позволяло снижать общий вес вала. Следует отметить, что с целью уменьшения веса вала малонагруженные части щек (кромки со стороны противо­положной сопряжению с шейками вала) при любой их форме сре­зают, как показано на рис. 4, а—д.

Круглые щеки (см. рис. 4, в) удобны для механической обработ­ки и обладают достаточной прочностью при относительно малой толщине. С круглыми щеками изготовляется- коленчатый вал V-образного 12-цилиндрового дизеля В-2. Круглые щеки можно использовать также непосредственно в качестве коренных опор в двигателях, вал которых вращается на подшипниках качения. В этих случаях чаще всего применяют разборные коленчатые валы, снабжаемые шариковыми или роликовыми подшипниками. Эле­менты конструкции кривошипа разборного вала на роликовых подшипниках показаны на рис. 4, е.

Овальные щеки (см. рис. 4, б) по своей прочности мало чем уступают круглым щекам, но при такой их форме удается лучше использовать металл и обеспечивать плавные переходы между отдельными элементами конструкции вала (см. рис. 4, б). Благо­даря этому овальные щеки широко применяются в автомобильных и тракторных быстроходных двигателях.

В зависимости от конструкции вала различают короткие и длин­ные щеки. Сочетание коротких и длинных щек применяют для неполноопорных валов, причем в рядных 6-цилиндровых двигателях используются гнутые длинные щеки (см. рис. 2). Щеки коленчатых валов автомобильных и тракторных двигателей часто отковываются или отливаются заодно целое с противовесами (см. рис. 1 и 2).

Противовесы, выполненные отдельно от щек, крепят к ним на шпильках или болтах, как показано на рис. 4, г, д. Гайки шпи­лек и болты тщательно при этом блокируются от возможного ослаб­ления затяжки. Иногда их прихватывают электросваркой. Толщину противовесов выбирают такой, чтобы при ремонте двигателя послед­ние не затрудняли перешлифовку шеек вала.

В качестве подшипников коренных опор в автомобильных дви­гателях обычно применяют тонкостенные биметаллические или триметаллические вкладыши.

Конструкция, их технология изго­товления и фиксация в опорах аналогичны конструкции с вклады­шами шатунных подшипников. От последних они отличаются только большей толщиной стальной ленты, из которой их штампуют. Общий вид вкладышей коренных опор (подшипников) показан на рис. 12 (позиция 12). Для большинства отечественных автомо­бильных двигателей применяют вкладыши коренных подшипников с общей толщиной 2,25 мм. Двигатели автомобилей ГАЗ-53А, ГАЗ-66 и ЗИЛ-130 снабжаются триметаллическими вкладышами коренных подшипников.

Коленчатые валы строго фиксируют от осевого смещения в корен­ных опорах, которое в автомобильных двигателях допускается в пределах всего 0,2 мм. При большей величине смещения возникает опасность нежелательного нарушения взаиморасположения деталей кривошипно-шатунного механизма. Как правило, осевая фиксация осуществляется только у одной из коренных опор с тем, чтобы при тепловом расширении сохранялась возможность перемещения как самого вала, так и элементов остова двигателя. Для фиксации используют либо крайние опоры (задняя — в двигателе ЯМЗ-236; у носка вала — во всех двигателях ЗМЗ и ЗИЛ-130), либо средняя опора (двигатель МЗМА-408). При косозубом шестеренчатом или цепном приводе кулачкового вала газораспределения для фик­сации вала рекомендуется использовать переднюю коренную опору.

Коленчатые валы автомобильных и тракторных двигателей на выходе из картера должны надежно уплотняться в гнездах. При недостаточном уплотнении хвостовика и носка вала возможна как утечка масла из поддона, так и проникновение дорожной пыли в картерную полость двигателя. Утечка масла не только повышает его расход, но и может вызвать аварию из-за «задиров» или выплав­ления подшипников вследствие их перегрева. Не менее опасно и проникновение дорожной пыли, вызывающей повышенный износ трущихся деталей кривошипно-шатунного механизма.

Коленчатый вал уплотняется с помощью различных сальников, а также масло- и пылеотражающих устройств. Уплотнение носка вала особенно сложное.

С внешней стороны отверстие в крышке, через которое прохо­дит носок вала, защищено штампованным пылеотражателем, напрессованным на ступиц и вращающимся вместе со шкивом привода вентилятора. Пылеотражатель препятствует проник­новению к сальнику и в картер дорожной пыли.

Конструкция коленчатого вала и его форма выбираются так, чтобы вне зависимости от тактности двигателя обе­спечивалось равномерное че­редование рабочих ходов при любом принятом числе и рас­положении цилиндров, а так­же достигалось более полное уравновешивание двигателя.

С этой целью колена ва­ла, равноотстоящие от его середины (от оси симметрии), располагают в одной плоско­сти. В четырехтактных одно­рядных двигателях эти ко­лена бывают повернуты в од­ну сторону, т. е. имеют зеркальное расположение.

Чередование рабочих ходов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Для принятого взаиморасположения шатунных шеек вала или угла сдвига его колен существуют несколько поряд­ков работы, но используют тот из них, который обеспечивает более равномерное распределение нагрузки по длине вала. Последова­тельно работающие цилиндры двигателя должны отстоять друг от друга как можно дальше.

Коленчатые валы поршневых двигателей испытывают перемен­ные скручивающие нагрузки, под воздействием которых в них возникают упругие угловые колебания. Сущность таких колебаний можно понять на примере любого упругого стержня, неподвижно закрепленного с одной стороны и несущего массу на другой. Если свободный конец рассматриваемого стержня закрутить на некото­рый угол и отпустить, то под действием упругости и инерционной массы он будет совершать угловые колебания с определенной часто­той (периодом). Стоит только к такому колеблющемуся стержню приложить внешнюю силу, периодически действующую с такой же частотой, как возникает явление резонанса (ритмичное раскачива­ние), вызывающее непрерывное увеличение амплитуды углового колебания стержня и в конечном итоге разрушение его.

Аналогично этому раскачивается и коленчатый вал, к криво­шипам которого прикладываются внешние силы, действующие периодически с частотой, зависящей от числа оборотов вала, тактности двигателя и числа цилиндров. При совпадении периода действия на вал какой-либо гармонической составляющей этих сил с периодом собственных его колебаний наступает явление резонанса.

Число оборотов, соответствующее возникновению резонансных колебаний, называют критическим.

При разработке конструкции коленчатого вала стремятся к тому, чтобы критическое для него число оборотов, соответствующее наи­более опасному резонансу, имело как можно большую величину и не попадало в диапазон рабочих чисел оборотов коленчатого вала. С этой целью коленчатым валам придают возможно большую жест­кость. Из теории колебаний известно, что чем больше жесткость вала при данных моментах инерции масс, колеблющихся вместе с валом, тем выше частота собственных колебаний вала данной системы и тем выше критическое число его оборотов. В результате этого в диапазоне рабочих чисел оборотов вала резонируют гар­моники более высоких порядков. Так как амплитуды этих гармоник уменьшаются с повышением их порядка примерно по экспоненте, то резонанс их тем менее опасен для прочности вала, чем выше порядок гармоники.

Если при расчете вала на крутильные колебания резонанс гар­моники какого-либо порядка, наступающий в рабочей зоне чисел оборотов вала, окажется опасным для прочности вала, то изменяют динамическую систему путем изменения жесткости вала. Если кон­структивно это невыполнимо, то ставят гаситель колебаний, настро­енный на гашение колебаний данной формы, определяющейся их частотой.

Принцип действия гасителей крутильных колебаний основан на частичном поглощении энергии (возникающего крутильного колебания коленчатого вала), затрачиваемой на работу трения ^в гасителе. Гасители устанавливаются на носке вала или в непосредственной его близости, где угловые колебания имеют макси­мальную величину.

В автомобильных двигателях применяют гасители фрикционные (сухого трения), внутреннего трения (резиновые) и жидкостного трения. Наиболее простыми и распространенными являются гаси­тели внутреннего трения — демпферы (рис. 5).

 

 

Рис. 5. Гаситель крутиль­ных колебаний внутренне­го     трения     двигателя ЗИЛ-114

 

Массивный диск (маховичок) 1 привулканизирован здесь слоем резины 2 к штампованному фа­сонному фланцу 3, который жестко кре­пится к ступице шкива привода венти­лятора. Крутильные колебания колен­чатого вала вызывают колебательное движение маховичка 1 относительно но­ска вала. Вследствие этого в слоях ре­зины возникает внутреннее трение, пог­лощающее часть энергии крутильных колебаний вала. Эта энергия превра­щается в тепло и рассеивается в атмо­сферу. Резиновые гасители изменяют амплитуду угловых колебаний вала двигателя, что способствует уменьше­нию возникающих в нем напряжений. Они достаточно эффективны, просты по устройству и надежны в работе.

В настоящее время применяют гаси­тели жидкостного трения, в которых используют силиконовую жидкость, об­ладающую большой вязкостью и мало зависящую от температуры. В замкну­тое кольцевое пространство силиконо­вого гасителя помещают свободную сейсмическую массу в виде кольца, а в кольцевую полость заливают силико­новую жидкость, в которой должна ко­лебаться сейсмическая масса. Трение, возникающее между вязкой жидкостью и этой подвижной массой, используется для гашения (ослабления)   крутильных колебаний вала.

Необходимость применения демпферов для коленчатых валов обычно возникает в рядных 6 и особенно 8-цилипдровых двигате­лях, имеющих сравнительно большую длину вала.

 

 

Источник: Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Двигатели внутреннего сгорания, 1971 г. 

---

Newer news items:

Older news items:

---

Коленчатый вал двигателя: строение, назначение, как сохранить

Коленчатый вал – неотъемлемая деталь всех двигателей внутреннего сгорания классической конструкции. Для чего он нужен, и что может вывести его из строя — сейчас и поговорим.

Общепринятое определение длинное и довольно сложное для понимания. Оно звучит как «коленчатый вал – вал сложной формы, предназначенный для преобразования возвратно-поступательного движения (например, поршня) во вращательное вокруг своей оси, имеет шейки, смещенные от оси вращения для крепления шатунов, от которых воспринимает усилия и преобразует их в крутящий момент».

Читайте также: Поршень: из чего состоит, как работает, почему прогорает

Но для того, чтобы понять принцип работы коленчатого вала, стоит вспомнить, как устроен педальный узел велосипеда. Разница лишь в том, что вместо ног велосипедиста на педали давят шатуны (тоже деталь двигателя). Задача коленчатого вала (как и педального механизма велосипеда) – превратить возвратно-поступательное движение в круговое.

Строение

Коленчатые валы современных автомобилей имеют довольно сложное строение. На первый взгляд у них есть шейки: коренные и шатунные. Обычно шейка является частью подшипника скольжения. Также на коленчатом вале довольно массивные балансиры. С неочевидного – большинство коленвалов пустотелые и имеют внутри масляную магистраль.

Коленвал – очень прочная деталь, ведь она назначена для выдерживания больших нагрузок и высоких оборотов. Ее изготовление требует очень высокой точности. Также обязательное условие – сбалансированность относительно центра массы.

Проблемы и трудности

Частая проблема с коленчатыми валами – естественный износ. Быстрее в коленвале изнашиваются шатунные шейки – они теряют округлую форму и становятся эллипсовидными. Во время капитального ремонта двигателя эти шейки шлифуют (уменьшают в диаметре) и устанавливают ремонтные вкладыши (подшипники скольжения). В большинстве легковых автомобилей уменьшение в диаметре происходит на 0,25 мм с каждым ремонтом.

Вторая проблема гораздо серьезнее – задиры. Обычно она возникает, когда есть проблемы с подачей смазки. Часть подшипника скольжения прилипает к шейке коленвала и повреждает ее. Такие неисправности не всегда можно исправить шлифовкой – иногда применяют метод наварки, но чаще приходится менять коленвал.

При гидроударе (когда в камеру сгорания попадает жидкость и поршень не может ее сжать) коленвал может деформироваться или даже треснуть. Такие неисправности коленчатого вала обычно не исправляют, а просто меняют его на новый или подержанный, но исправный.

Также иногда случаются проблемы, связанные с некорректным обслуживанием или ремонтом. В передней части обычно крепится шкив, через который приводятся ремни навесных агрегатов. Если центральный болт, который держит шкив, не закрутить с заказным (достаточно высоким) крутящим моментом – коленвал может треснуть. В таком случае коленвал также подлежит замене.

Как сохранить свой коленвал

Поскольку наиболее уязвимым элементом являются шейки – прежде всего надо заботиться о хороших условиях их работы. Для смазки на шейки под давлением подается моторное масло. Значит, надо всегда следить за уровнем масла в моторе и вовремя его менять. Заливать нужно только то масло, которое рекомендует автопроизводитель (важно чтобы масло имело соответствующий допуск указанный в сервисной книге). Не стоит также ставить сомнительные фильтра для масла, поскольку они могут ухудшить подачу смазки.

Вторая рекомендация – для продления срока службы не стоит нагружать не прогретый до рабочей температуры двигатель. Пока масло не достигло нужной температуры оно не может как следует выполнять свою функцию.

Читайте также: Двигатель внутреннего сгорания может быть экологически чистым: инженеры

Третья рекомендация – не ездить “внатяг”. Когда обороты двигателя минимальны, а педаль акселератора нажата почти полностью – самый тяжелый момент для коленвала. Лучше дать двигателю немного раскрутиться (хотя бы до средних оборотов) и уже тогда нажимать акселератор полностью.

В общем коленвал достаточно надежная деталь, с которой редко возникают проблемы. Если двигатель хорошо обслуживается – коленвал может служить очень долго.

Как изготавливаются коленчатые валы

Каковы основные функции коленчатого вала, конструктивные особенности?

Кривошипно-шатунный механизм состоит из коленвала, шатуна, крейцкопфа или поршня преобразовывает вращательные движения коленвала в возвратно-поступательное движение крейцкопфа, передает усилия с коленвала на поршень цилиндра.

Коленчатый вал деталь компрессора с самой большой нагрузкой, потому как вся мощность передается от двигателя к шатунам и масляному насосу. Во время работы коленвал испытывает переменные динамические нагрузки, поэтому должен быть достаточно жестким, чтобы обеспечивалась необходимая точность движения перемещающихся частей, также обладать высоким сопротивлением усталости. Важно, чтобы была высокая износостойкость, ведь нередко ремонт двигателя может потребоваться именно из-за поломки коленвала.

Из каких материалов делают автомобильные коленвалы?

Изготовление коленчатых валов производится из высококачественной углеродистой стали марок 40 и 45. Сталь должна обеспечить высокую пластичность и возможность закалки трущихся поверхностей. Поэтому заготовки коленвалов получают при обработке давлением, из-за низких литейных свойств стали. В небольшом производстве коленвалов заготовкой будет – поковка.

Как делают автомобильные коленчатые валы?

Размер и форма поковок зависит от формы и размера готового коленвала. Поковки изготавливаются на мощных парогидравлических прессах. На крупном производстве они изготавливаются горячей штамповкой: предварительная и окончательная штамповка, обрезка обломов на обрезном прессе, горячая плавка в штампах подмолотом.

Также требуется термическая обработка для получения нужного качества материала. Далее штампованные заготовки загружаются в печь при 450 градусах для нормализации – снятия внутренних напряжений.

Печь разогревается в течение восьми часов до 950 градусов. Далее выдерживается в печи три часа при той же температуре и охлаждается по прошествии времени ещё три часа при темперетуре до 640 градусов. Заканчивается процедура охлаждением на воздухе.

Затем заготовки очищаются от окалины. Небольшие по размеру поковки очищаются дробеструйной обдувкой, а на крупных поковках снимается с помощью пневматических молотков. Испытание механических свойств материала поковок проводится так: на длинной конце вала увеличивают припуск на 60-100 мм.

Затем проводится проверка на ударную вязкость, относительное удлинение и твердость, предел текучести. Малые коленвалы изготавливают из прутка – разрезанием под давлением.

Дефекты коленчатых валов — Коленвал

В этой статье мы рассмотрим основные дефекты коленчатых валов, причины их возникновения и способы устранения. Конечно, при возникновении любой проблемы с коленчатым валом двигателя рекомендуется обращаться к специалистам. Однако, в конечном итоге именно потребитель выбирает коленчатый вал, определяет где и как он будет установлен, как и кем проверен, а также что будет сделано при возникновении каких-либо проблем. Поэтому эта статья рассчитана на то, чтобы дать основную информацию о коленчатых валах и их дефектах в доступной краткой форме, которая поможет принять правильное решение.

Если вам необходима бесплатная личная консультация инженера по поводу любых проблем с Вашим коленчатым валом, Вы можете связаться с нами по телефону.

Коленчатый вал – наиболее ответственная, наиболее нагруженная и дорогостоящая деталь двигателя. Коленвал работает в крайне неблагоприятных условиях: на него действуют ударные динамические нагрузки, силы трения, неуравновешенные моменты, крутильные колебания и вибрации, высокие температуры, статические нагрузки от сопрягаемых деталей.  Именно коленчатый вал принимает на себя все недостатки сборки двигателя. Дефекты геометрии блока или шатунов в первую очередь скажутся на ресурсе коленчатого вала. Однако, несмотря на столь высокие требования к  этой детали, качественный коленчатый вал при условии грамотной сборки двигателя обладает прекрасным ресурсом. В этом проявляется рациональность и высокий запас надежности советстких конструкций дизелей строительной и сельскохозяйственной техники.

При приобретении коленчатого вала перед сборкой двигателя покупатель имеет право (а, скорее, обязанность!) проверить полностью коленчатый вал перед установкой в двигатель. Такая проверка может проводится на ремонтном предприятии, в шлифовальной мастерской, на заводе. Даже если вы купили абсолютно новый коленчатый вал, все равно стоит проверить его перед установкой. Но все же дефекты новых коленчатых валов встречаются гораздо реже, чем дефекты ремонтных коленвалов.

Большинство проблем типичны.

1. Ускоренный износ шеек коленчатого вала.

Слишком быстрый износ шеек коленвала чаще всего связан с проблемами блока. Обязательно необходимо проверить геометрию посадочных мест блока под подшипники. В этом случае коленчатый вал может «болтаться» в постелях блока, что приводит к существенному увеличению нагрузок и быстрому износу. Втоой причиной, ставшей особенно актуальной в последние годы, может быть некачественный материал коленчатого вала. На рынке присутствует достаточно большое количество недорогих коленчатых валов импортного производства. Среди них есть как качественные, прекрасно зарекомендовавшие себя марки, так и откровенные подделки. Конечному потребителю бывает непросто разобраться. В случае использовнаия высокопрочного чугуна, ресурс коленчатого вала остается практически неизменным. Например, фирма BLAT использует только чугун ВЧ при производстве коленчатых валов и пятилетняя практика показывает высокий ресурс деталей BLAT. Но в случае, если на материале решили секономить, использовать более мягкий серый чугун или сталь, незакаленную токами высокой частоты, тогда ресурс коленчатого вала и межремонтные периоды существенно уменьшаются.

Более подробная информация о материалах различных коленчатых валов

Более подробная информация о способах упрочнения коленчатых валов

2. Задиры на поверхностях шеек коленчатого вала.

Задиры на шейках коленчатого вала, как правило, связаны с состоянием системы смазки дизеля.  Здесь может быть очень большое число факторов: некачественное масло, нарушение сроков замены масла, засорение масляного фильтра, недостаточное давление в системе. Также задиры могут образоваться вследствие проблем с охлаждением дизеля или с нарушением температурного режима, так как перегрев разжижает масло. Износ поршневых колец приводит к попаданию частичек топлива или продуктов сгорания в масло, что также разжижает его.

В этом случае коленчатый вал шлифуется, меняются вкладыши. Необходимо также проверить систему смазки, систему охлаждения, систему питания дизеля, заменить фильтрующие элементы, проверить масляные каналы и заменить поршневые кольца при необходимости. Достаточно большой перечень работ делает экономически рациональным проведение полного капитального ремонта двигателя.

3. Ускоренный износ поверхностей под полукольца осевого смещения коленвала.

Встречается значительно реже, чем царапины, задиры или трещины. Наиболее частая причина — неисправность привода выключения сцепления вследствие неправильной эксплуатации водителем. В случае такого дефекта необходимо заменить полукольца осевого смещения и отремонтировать привод сцепления. Следует обращать внимание на правильную эксплуатацию для профилактики. Полукольца осевого смещения, как правило, приобретаются вместе с вкладышами — входят в комплект коренных вкладышей. Исключение составляют полукольца осевого смещения, на ЯМЗы и КамАЗы, корторые продаются отдельно от коренных вкладышей.

4. Царапины на поверхностях шеек коленвала.

Этот дефект встречается очень часто. Следует отличать царапины на шейках от усталостных трещин. Царапина при осмотре с лупой имеет светлое дно, в то время как дно трежины не просматривается (черного цвета). При полировке царапина начинает исчезать, а трещина остается на месте. Обычно царапины располагаются прямо на шейке, а трещины захватывают, часть галтели. Геометрически царапина обычно плавная, трещина имеет кривую ломанную форму. Небольшие царапины естественным образом появляются при долговременной эксплуатации. Также царапины образуются при наличии посторонних частиц в масле. Возможны подобные повреждения при транспортировке. Для неглубоких царапин бывает достаточно отполировать шейки коленчатого вала. Если царапина имеет глубину более 3-5 микрон, необходимо все шейки (или все шатунные, или коренные, в зависимости от того, на какой повреждение) отшлифовать на следующий ремонтный размер. Следует обратить внимание на все шейки коленчатого вала и проверить их форму измерениями в 2-х плоскостях. Проверить поверхности шатунов под вкладыш на элипсность и конусность. Следует заменить моторное масло, масляный фильтр. Для профилактики необходимо регулярно проверять систему смазки и менять масло. Также важно использовать рекомендуемое моторное масло.

5. Биения, прогиб коленчатого вала.

Прогиб коленчатого вала часто встречается в длинных коленчатых валах комбайнов, строительной техники. В большей степени изгибу оси подвержены валы рядных двигателей с большим количеством цилиндров. Также изгиб чаще встречается в коленчатых валах изготовленных из некачественного мягкого материала. Проверка коленчатого вала на изгиб несложна. Вал укладывается на призмы, установленные на ровной толстой металлической плите. Вращая коленвал, с помощью индикатора проверяется прогиб оси коленвала. Допускается изгиб в среднем до 0,05 мм., и этот допуск связан с общим размером детали. Точнее вы это узнаете прочитав чертеж по допуску на осевое биение конкретного коленчатого вала. Если обнаружен изгиб более допускаемого, проводится выпрямление коленчатого вала.

6. Отклонение шеек от размера

Постепенный износ шеек коленчатого вала — естественный процесс. При установке вала в двигатель существуют определенные требования к размеру. Для разных коленчатых валов они различны. В целом допуски для новых коленчатых валов составляют не более 2 соток. Допуск коленчатого вала при ремонте двигателя составляет не более 5 соток. Коленчатые валы с отклонениями размеров шеек более 5 соток однозначно подлежат шлифовке на следующий ремонтный размер.

Размеры шеек коленчатых валов сельскохозяйственной техники

7. Трещины коленвала.

Трещина коленчатого вала — наиболее опасный дефект, который может привести к быстрому усталостному излому, что в свою очередь выводит из строя сопрягаемые детали. При наличии трещины любого размера и любой локализации коленчатый вал не ремонтируется. Определить наличие или отсутствие трещин можно тщательным визуальным осмотром. В помощь визуальному осмотру применяют метод проливания поверхностей щеек взвесью тонкой металлической пыли в керосине или в солярке. Металлическая пыль садится на все впадины цилиндрической поверхности и на силовые линии магнитного поля детали. Дальше главное- все эти места вытирают насухо и тщательно осматривают через лупу и определяют куда села пыль. Царапины имеют светлое дно, линия царапин не имеет ломаного характера, часто имеет плавные радиусы. Трещины идут в глубину металла, заполнены грязью и не имеют дна. Линия трещины не меняет свое направление плавно, может иметь ломанные и прямые (либо слабо искривленные участки). Магнитные линии исчезают после уборки пыли. 
     Также примненяется магнитная дефектоскопия. Но для коленчатых валов мы этот метод принципиально не рекомендуем, так как полностю размагнитить коленчатый вал не удается и остаточное магнитное поле собирает из масла все мелкие металлические включения, что крайне плохо для ресурса коленчатого вала.
    Цветная дефектоскопия где-то аналогична проливанию пылью и вполне приемлима для поиска мест тщательного осмотра с увеличением. 
    Ультрозвуковая дефектоскопия дает вполне надежные результаты и не вредит валу, но она существенно дороже и основное ее преимущество- определение внутренних дефектов литья и металлического проката не актуально для коленчатых валов, так как здесь разрушение начинается на поверхности и внутренние дефекты крайне редки из-за особенностей технологий изготовления заготовок коленчатых валов, это меньше чем 1 из 10000.
    Несмотря на то, что многие фирмы беруться «починить» треснувший коленчатый вал, этого делать категорически не стоит. Треснувший коленчатый вал никогда и ни при каких обстоятельствах не подлежит ремонту.

 

Изображения

повреждение, симптомы, ремонт и расходы

Что делать, если коленвал неисправен?

Повреждение коленчатого вала встречается редко в современных автомобилях, но тем не менее все же происходит время от времени. Стоит ли в этом случае ремонтировать автомобиль (стоит ли игра свеч)? Какими затратами обернется ремонт коленвала? Отвечаем на наиболее важные вопросы. 

 

Смотрите также: Сломался датчик положения распредвала: симптомы, ремонт, затраты

 

Коленчатый вал – важный элемент двигателя внутреннего сгорания. Это та деталь, которая превращает кинетическую энергию, получаемую при сгорании топлива в двигателе, в механическую. Также коленвал служит связующим звеном между двигателем и коробкой передач, которая в свою очередь распределяет крутящий момент на колеса. К сожалению, если коленвал выходит из строя из-за дефекта, дорогостоящего ремонта не избежать. 

 

Дефект коленчатого вала: причины и симптомы

 

В современных машинах повреждение коленвала стало довольно-таки редким явлением. Обычно коленчатый вал может выйти из строя в основном по двум причинам: нехватка моторного масла и превышение нагрузки на двигатель. Последняя причина современным машинам не грозит, поскольку электроника контролирует все функции двигателя и отключает подачу топлива, когда двигатель начинает испытывать повышенную нагрузку. Особенно эта защита актуальна, когда стрелка на тахометре находится на красной отметке.

 

Получается, подобная защита является своеобразным электронным ограничением оборотов двигателя, точно так же как работает электронный ограничитель скорости, встроенный во все современные автомобили. 

 

Чаще же всего убить коленвал можно нехваткой моторного масла. Когда коленвалу не хватает смазки, это разрушает шатунные подшипники и затем более крупные основные подшипники, в которых вращается коленвал. Однако для наступления фактического ущерба от нехватки масла требуется довольно много времени – примерно до четверти часа, до тех пор, пока остаточное моторное масло в герметичных подшипниках не будет полностью использовано. В такой ситуации из-за сухого трения начнется разрушение подшипников и износ коленвала.

Но почему в современных автомобилях поломка коленвала – более редкое явление, чем в старых машинах? Все дело в том, что во многих современных машинах двигатели оснащены турбиной, которая быстрее выйдет из строя в случае острой нехватки моторного масла. Так что, по сути, коленвал не успеет получить критичный износ.

 

Тем не менее в некоторых современных автомобилях все же случается поломка коленвала, которая, как правило, дает о себе знать грохотом (громким стуком). 

 

 

 

 

Ремонт и стоимость поврежденного коленчатого вала

 

К сожалению, ремонт коленвала – очень сложный процесс, который могут делать не многие технические центры. Ведь в этом случае нужна шлифовка коленчатого вала на специальном оборудовании. Вот виды возможных работ при восстановлении изношенного вала:

 

• чистка каналов

• замена подшипников

 

Также в некоторых случаях старый коленвал может нуждаться в термообработке. А иногда нужна балансировка коленвала. К сожалению, для этих работ требуются специалисты высокого класса, а также дорогостоящее оборудование. 

 

Также не забывайте, что, прежде чем приступить к ремонту коленвала, нужно его еще демонтировать, а после ремонта поставить на место. Для многих автомобилей это обходится в круглую сумму, так что в итоге будет проще купить новый коленвал, чем ремонтировать старый. Вот для примера расценки на ремонт коленвала в одном из автосервисов Москвы. Причем это еще не высокие ценники. 

 

Логично, что раз придется разбирать мотор, то вместе с ремонтом коленвала придется также проводить и другие работы. В этом случае восстановление работоспособности коленвала может вылиться автовладельцу в круглую сумму. В некоторых случаях будет проще купить контактный подержанный мотор. Можно также обратиться в специализированные компании, которые занимаются восстановлением моторов. В таких компаниях вы можете приобрести уже готовый восстановленный двигатель на свою машину. В этом случае, чтобы уменьшить стоимость восстановленного мотора, вы можете сдать двигатель со сломанным коленвалом в качестве зачета в стоимость восстановленного. 

 

Структура и функция коленчатого вала

 

Если вы хотите понять функцию коленвала, то, чтобы это было проще, вспомним, что такое велосипедные педали, которые соединены между собой специальным валом. Ваши ноги при вращении педалей выполняют точно такую же роль, которую играют в двигателе поршни, прикрепленные к шатунам, толкающим коленвал. На велосипеде, чтобы вращать колеса, вам нужно крутить педали вверх и вниз.

По сути, наши ноги на велосипеде (если их сравнивать с конструкцией двигателя) представляют собой два поршня с шатунами, которые ходят вверх и вниз в двухцилиндровом моторе. Вместо же звездочки, которая, вращаясь от движения педалей, передает по цепи крутящий момент на заднее колесо, в двигателях внутреннего сгорания используется коленвал, который и преобразует энергию, получаемую от хода поршней и шатунов, в механическую. С одной стороны коленвала расположен маховик, который передает крутящий момент на коробку передач. 

 

Коленчатый вал должен выдерживать высокие нагрузки

 

Сегодня в современных автомобилях в двигателях используется коленвал, с каждой стороны которого находится подшипник. Со временем подшипники изнашиваются и между ними и поверхностью коленвала появляется люфт, что приводит к износу коленвала. 

К счастью, современная конструкция двигателя способна долгое время выдерживать большие нагрузки. В том числе способны выдерживать нагрузку и современные коленчатые валы. Например, в дизельном современном двигателе каждый ход шатуна испытывает от воспламенения топлива нагрузку в 10 000 кг, которая, естественно, передается на коленвал. 

 

Смотрите также: Двигатели, в которых могут загнуться клапана: Зачем они нужны

 

Итак, на короткое время в одно мгновенье на шатуне присутствует сила, эквивалентная десяти тоннам, которая воздействует на коленвал. И это мы говорим только об одном шатуне. Вы представляете, какую нагрузку получает коленвал в восьмицилиндровом моторе? 

 

И это еще не все. В зависимости от конструкции двигателя коленчатые валы также подвержены вибрациям. Поэтому многие автопроизводители стараются сделать коленчатые валы достаточно прочными и долговечными. Например, коленвал может быть изготовлен из высококачественной стали. Особенно для мощных турбированных высокооборотистых дизельных двигателей.

Для атмосферного (нетурбированного) бензинового двигателя коленвал может быть уже не столь прочен. Поэтому производители часто еще недавно многие коленчатые валы изготавливали из чугуна. Сегодня же в мире наблюдается тенденция по снижению веса автомобиля. В первую очередь двигателя.

 

Смотрите также: Почему двигатели автомобилей не плавятся?

 

В итоге вместо чугунных блоков двигателя во многих современных авто стали использоваться блоки цилиндров из алюминия. Также производители стали использовать облегченные поршни и шатуны. Не обошла эта мода на легкое и коленчатые валы, которые также заметно полегчали. Все это, конечно, не добавляет машине надежности и увы, не гарантирует долгий срок службы двигателя.

Из чего делают коленчатые валы

Коленчатый вал или, как его называют опытные водители и автослесари, коленвал – важная функциональная деталь автомобильного двигателя, которая имеет строгую индивидуальную форму в зависимости от модели. В данной статье мы рассмотрим, что такое коленчатый вал двигателя, какие функции он выполняет и к чему приводит эксплуатация машины с неисправным валом.

Что такое коленвал

Коленчатый вал – это механическая деталь автомобильного двигателя, которая является промежуточным звеном-преобразователем тепловой энергии сгораемого топлива в механическую энергию вращения колёс. По внешнему виду он представляет собой вал из стального сплава со множеством шатунных шеек, которые между собой соединены коленной шейкой. Число шеек-колен соответствует числу цилиндров в двигателе, их расположению, форме. Шейки соединены с поршнями через шатуны, которые, двигаясь возвратно-поступательно, приводят вал в движение.

Если в коленчатом вале шатунные шейки находятся с двух сторон от коленной шейки, он называется полноопорным. Если же они расположены только с одной стороны – неполноопорным.

Коленвал производится из углеродистой или легированной стали с повышенной износостойкостью (для спорткаров, люкс-моделей и автомобилей с повышенной мощностью) или модифицированного чугуна (для стандартных серийных моделей) с помощью литья или прессования. Для легирования стали применяются молибден, хром и иные металлы, существенное увеличивающие прочность сплава.

В большинстве двигателей коленчатый вал располагается в нижней части, над картером, в оппозитных – выше, по центру мотора.

Для чего нужен коленчатый вал

Двигатели внутреннего сгорания работают за счёт функционирования поршневого блока. Его принцип действия заключается в следующем:

• во время сгорания топливной смеси в цилиндре воздух расширяется с создаёт давление;
• под действие давления поршень выталкивается, совершая поступательное движение;
• благодаря соединению с шатунными шейками поступательное движение превращается во вращательное;
• энергия вращения, переданная на коленчатый вал, передаётся колёсам автомобиля, и он приводится в движение.

Таким образом, коленвал – это преобразователь одного вида механического движения в другой. Как известно, поршни в ДВС двигаются несимметрично. В то время, как одни из них совершают поступательные движения (выталкиваются из цилиндра), другие – возвратное (затягиваются обратно). Конструкция коленчатых валов разрабатывается с предельной точностью, поэтому во время работы все цилиндры сохраняют общее вращение вала. Поэтому коленца имеют разные оси вращения.

Из чего состоит коленчатый вал

Конструкция коленчатого вала: 1. Носок коленчатого вала; 2. Посадочное место звездочки (шестерни) привода распределительного вала; 3. Отверстие подвода масла к коренной шейке; 4. Противовес; 5. Щека; 6. Шатунные шейки; 7. Фланец маховика; 8. Отверстие подвода масла к шатунной шейке; 9. Противовесы; 10. Коренные шейки; 11. Коренная шейка упорного подшипника.

Рабочие компоненты коленвала:

• Коренная шейка – валовая опора, которая служит осью вращения самого вала. Она лежит в подшипнике, который встроен в картер.
• Шатунные шейки – опоры, связанные с поршневыми шатунами. Во время работы они смещаются относительно оси вала по круговой траектории.
• Щёки – вспомогательные детали, связывающие шатунные и коренные шейки. Они также предотвращают разрушение вала из-за резонансной нагрузки.
• Хвостовик – задняя часть, соединённая с шестерной отбора или маховиком для передачи мощности на движение.
• Носок – передняя часть вала, которая посредством шкива или зубчатого колеса передаёт мощность приводу газораспределительного блока и других вспомогательных механизмов.
• Противовесы – детали, необходимые для распределения нагрузки и уравновешивания массы шатунов и поршней.

Для уплотнения носка и хвостовика используются защитные сальники. Это предотвращает просачивание масла в местах выхода частей маховика за границы блока цилиндров. Вращательное движение обеспечивается тонкими стальными подшипниками скольжения. Чтобы ось вращения вала не смещалась, на одну из коренных шеек ставится упорный подшипник.

Во время работы самые большие напряжения концентрируются в месте соединения шеек и щёк. Для разгрузки его делают с галтелью – полукруглым переходом с промежуточным технологическим поясом. По причине экстремальных нагрузок в месте перехода щёк в шейки в своё время производители отказались от составных коленвалов, детали которых соединялись крепежом.

Читайте также: Что такое маховик в автомобиле и для чего он нужен.

Для чего нужен датчик коленвала

Датчик положения коленчатого вала (ДПКВ) используется в автомобилях, которые оборудованы системами электронного управления мотором. Поскольку вращение вала сказывается на работе многих функциональных блоков и систем, своевременная подача топлива в цилиндры ДВС может улучшить ездовые характеристики. Датчик коленвала как раз отвечает за синхронизацию рабочих процессов. В различных моделях автомобилей его использование улучшает синхронизацию зажигания или топливных форсунок. Прибор передаёт на электронный блок управления данные о положении коленвала, направлении и частоте вращения.

Встречаются датчики следующих видов:

• Магнитные (индуктивного типа). Сигнал на ЭБУ формируется в момент прохождения синхронизационной метки через магнитное поле, которое формируется вокруг датчика. Система не требует отдельного питания, и может параллельно работать как датчик скорости.
• Датчики Холла (работают на эффекте Холла). Ток в приборе начинает движение при приближении изменяющегося магнитного поля. Перекрытие магнитного поля реализуется специальным синхронизирующим диском, зубья которого взаимодействуют с магнитным полем ДПКВ. Дополнительная функция – датчик распределения зажигания.
• Оптические. В данном случае для синхронизации также используется зубчатый диск. Он перекрывает оптический поток, проходящий между приёмником и светодиодом. Приёмник фиксирует прерывания светового потока и передаёт в электронный блок управления импульс напряжения, соответствующий параметрам вращения вала.

Датчик коленвала устанавливается внутри корпуса двигателя, как и прочие датчики управления. Для его встраивания используется специальный кронштейн, расположенный возле приводного шкива генератора. Внешне он отличается от датчиков другого назначения наличием проводка длиной 55-70 см с особым разъёмом, который соединяет устройство с системой электронного управления.

Читайте также: Признаки неисправности датчика положения коленвала.

Видео на тему

Коленчатый вал — деталь (или узел деталей в случае составного вала) сложной формы, имеющая шейки для крепления шатунов, от которых воспринимает усилия и преобразует их в крутящий момент. Составная часть кривошипно-шатунного механизма (КШМ).

Содержание

История [ править | править код ]

Впервые столь важную механическую деталь как коленчатый вал описал и сконструировал средневековый учёный Аль-Джазари в Османской империи в 13 веке. В 1206 году в трактате «Китаб фи марифат аль-хиял аль-хандасийя» (Книга знаний об остроумных механических устройствах) описан механизм вала.

Основные элементы коленчатого вала [ править | править код ]

• Коренная шейка — опора вала, лежащая в коренном подшипнике, размещённом в картере двигателя.
• Шатунная шейка — опора, при помощи которой вал связывается с шатунами (для смазки шатунных подшипников имеются масляные каналы).
• Щёки — связывают коренные и шатунные шейки.
• Передняя выходная часть вала (носок) — часть вала на которой крепится зубчатое колесо или шкив отбора мощности для привода газораспределительного механизма (ГРМ) и различных вспомогательных узлов, систем и агрегатов.
• Задняя выходная часть вала (хвостовик) — часть вала соединяющаяся с маховиком или массивной шестернёй отбора основной части мощности.
• Противовесы — обеспечивают разгрузку коренных подшипников от центробежных сил инерции первого порядка неуравновешенных масс кривошипа и нижней части шатуна.

Материал и способы получения заготовок для коленчатых валов [ править | править код ]

Коленчатые валы изготовляют из углеродистых, хромомарганцевых, хромоникельмолибденовых, и других сталей, а также из специальных высокопрочных чугунов. Наибольшее применение находят стали марок 45, 45Х, 45Г2, 50Г, а для тяжело нагруженных коленчатых валов дизелей — 40ХНМА, 18ХНВА и др [1] . Преимуществом стальных валов является наивысшая прочность, возможность получения высокой твёрдости шеек азотированием, чугунные валы — дешевле.

Заготовки стальных коленчатых валов средних размеров в крупносерийном и массовом производстве изготовляют ковкой в закрытых штампах на молотах или прессах, при этом процесс получения заготовки проходит несколько операций. После предварительной и окончательной ковки коленчатого вала в штампах производят обрезку облоя на обрезном прессе и горячую правку в штампе под молотом.

В связи с высокими требованиями механической прочности вала большое значение имеет расположение волокон материала при получении заготовки во избежание их перерезания при последующей механической обработке. Для этого применяют штампы со специальными гибочными ручьями. После штамповки перед механической обработкой, заготовки валов подвергают термической обработке — нормализация — и затем очистке от окалины травлением или обработкой на дробеметной машине.

Литые заготовки коленчатых валов изготовляют обычно из высокопрочного чугуна, модифицированного магнием. Полученные методом прецизионного литья (в оболочковых формах) валы по сравнению со «штампованными» имеют ряд преимуществ, в том числе высокий коэффициент использования металла и хорошее демпфирование крутильных колебаний, позволяющее часто отказаться от внешнего демпфера на переднем носке вала. В литых заготовках можно получить и ряд внутренних полостей при отливке [2] .

Припуск на обработку шеек чугунных валов составляет не более 2,5 мм на сторону при отклонениях по 5-7-му классам точности. Меньшее колебание припуска и меньшая начальная неуравновешенность благоприятно сказываются на эксплуатации инструмента и «оборудования», особенно в автоматизированном производстве.

Правку валов производят после нормализации в горячем состоянии в штампе на прессе после выемки заготовки из печи без дополнительного подогрева.

Масляные отверстия в коленвалах соединяют обычно соседние коренную и шатунную шейку, и выполняются сверлением. Отверстия в щёках при этом зачеканиваются либо закрываются пробками на резьбе.

Крупноразмерные коленчатые валы, такие как судовые, а также коленвалы двигателей с туннельным картером являются разборными, и соединяются на болтах. Коленвалы могут устанавливаться не только на подшипниках скольжения, но и на роликовых (шатунные и коренные), шариковых (коренные в маломощных моторах). В этих случаях и к точности изготовления, и к твёрдости предъявляются более высокие требования. Такие валы всегда изготовляют стальными.

Механическая обработка коленчатых валов [ править | править код ]

Сложность конструктивной формы коленчатого вала, его недостаточная жесткость, высокие требования к точности обрабатываемых поверхностей вызывают особые требования к выбору методов базирования, закрепления и обработки вала, а также последовательности, сочетания операций и выбору оборудования. Основными базами коленчатого вала являются опорные поверхности коренных шеек. Однако далеко не на всех операциях обработки можно использовать их в качестве технологических. Поэтому в некоторых случаях технологическими базами выбирают поверхности центровых отверстий. В связи со сравнительно небольшой жесткостью вала на ряде операций при обработке его в центрах в качестве дополнительных технологических баз используют наружные поверхности предварительно обработанных шеек.

При обработке шатунных шеек, которые в соответствии с требованиями технических условий должны иметь необходимую угловую координацию, опорной технологической базой являются специально фрезерованные площадки на щеках [3] . По окончании изготовления коленчатые валы обычно подвергают динамической балансировке в сборе с маховиком (автомобильные двигатели).

В большинстве случаев коленчатые валы предусматривают возможность их перешлифовки на ремонтный размер (обычно 4-6 размеров, ранее было до 8). В этом случае коленвалы шлифуют вращающимся наждачным кругом, причём вал проворачивается вокруг осей базирования. Конечно, эти оси для коренных и шатунных шеек не совпадают, что требует перестановки. При перешлифовке требуется соблюсти межцентровое состояние, и согласно инструкции, валы после шлифовки подлежат повторной динамической балансировке. Чаще всего это не выполняют, потому отремонтированные двигатели часто дают большую вибрацию. При шлифовании важно соблюсти форму галтелей, и ни в коем случае не прижечь их. Неправильная обработка галтелей часто приводит к разрушению коленчатого вала.

Термическая и химико-термическая обработка валов [ править | править код ]

Коленчатые валы для увеличения прочности и износостойкости шеек подвергают термической, а иногда и химико-термической обработке: закалка ТВЧ, азотирование, закалка поверхностного слоя (стали регламентируемой прокаливаемости 55ПП, 60ПП). Получаемая твёрдость зависит от количества углерода (закалка ТВЧ, обычно не более 50..55 HRC), либо вида ХТО (азотирование даёт твёрдость 60 HRC и выше) [1] . Глубина закалённого слоя шеек позволяет обычно использовать 4-6 промежуточных ремонтных размеров шеек вала, азотированные валы не шлифуют. Вероятность задира шейки с ростом твёрдости значительно снижается.

При ремонте коленчатых валов используются также методы напыления, в том числе — плазменного. При этом твёрдость поверхностного слоя может повышаться даже выше заводских значений (для закалки ТВЧ), а заводские диаметры шеек восстанавливают до нулевого размера.

Неисправности [ править | править код ]

При эксплуатации из-за разных причин могут наблюдаться такие неисправности:

• износ вала по коренным или шатунным шейкам;
• изгиб;
• разрушение вала [4] ;
• износ посадочных поверхностей под маховик, сальник (сальники), переднюю шестерню.

При износе шеек выше допустимого или незначительном изгибе, устранимом перешлифовкой, коленчатый вал обрабатывают под следующий ремонтный размер. Однако при больших задирах (например, при выплавлении вкладышей с проворотом) иногда перешлифовывают «через размер», т.е. сразу на 2 размера. Все коренные шейки, а также все шатунные шлифуют в один размер — например, коренные могут быть 2-го ремонтного размера, а шатунные 3-го, в любой комбинации размеров. Коленчатые валы с подшипниками качения и азотированные перешлифовке не подлежат.

Однако руководства по армейскому полевому ремонту (двигатели боевых машин) обычно предписывают индивидуальный ремонт, поэтому шатунные/коренные шейки могут иметь разный диаметр после шлифовки, и даже не иметь стандартного ремонтного размера(!). Вкладыши при этом растачиваются парами, используются заготовки с минимальным внутренним диаметром. Плюсом является наивысшая скорость починки и унификация запчастей (вкладыши).

Разрушение вала происходит от усталостных трещин [4] , возникающих иногда из-за прижога галтелей при шлифовке. Трещины развиваются в некачественном материале (волосовины, неметаллические включения, флокены, отпускная хрупкость) либо при превышении расчётных величин крутильных колебаний (ошибки при проектировании, самостоятельная форсировка по числу оборотов дизеля). Возможна поломка по причине превышения числа оборотов, отказе демпфера, заклинивания поршня [5] . Сломанный вал ремонту не подлежит. 0,15 Мн/м2 (1,5 кГ/см2), для коленчатых валов используют высоколегированные стали 18ХНМА, 18ХНВА и 40ХНМА с повышенными пределами текучести и прочности.

Обычно коленчатые валы изготовляют ковкой. В последнее время стали применять литые коленчатые валы из высокопрочного чугуна, модифицированного магнием, перлитного ковкого чугуна, легированного никельмолибдено-вого чугуна.

Наибольшее применение для литых коленчатых валов получил высокопрочный ВЧ 50-1,5 (НВ 187—255) и перлитовый чугун.

Литые коленчатые валы имеют следующие преимущества по сравнению с коваными: меньший расходметалла,сокращениечисла операцийпримеханическойобработке,возможность придания оптимальных форм в отношении распределения металла и повышения усталостной прочности.

Литые коленчатые валы из чугуна обладают лучшей способностью гашения крутильных колебаний.

Литые чугунные валы обладают меньшей прочностью (особенно на изгиб), чем штампованные стальные валы. Поэтому у чугунных валов увеличивают диаметры шатунных и коренных шеек, толщину щек и радиусы галтелей. Чугунные коленчатые валы изготовляют полноопорными. Шейки чугунных валов имеют высокую износостойкость, что позволяет применять подшипники из свинцовистой бронзы.

Масса обработанного литого коленчатого вала на 10—15% меньше массы кованого.

После ковки коленчатые валы отжигают или нормализуют для снятия внутренних напряжений и понижения твердости до НВ 163—269,чтобы облегчитьмеханическую обработку.После механической обработки коленчатые валы перед шлифованием подвергают вторичной термической обработке (закалка и отпуск), что значительно улучшает их механические свойства и повышает поверхностную твердость шеек. Обычно вторичная термическая обработка производится с нагревом т. в. ч. (токами высокой частоты).

Глубина закаленного слоя должна быть не менее 3—4 м.и, чтобы после перешлифования шеек коленчатого вала под ремонтные размеры толщина закаленного слоя была не менее 1 мм. Твердость шеек коленчатого вала из стали 50Г HRC52—62, а из стали 45Г2 — HRC48—50.

Шлифование коленчатых валов на шлифовальных станках JUNKER: JUNKER Group

Коленчатый вал — это сердце любого двигателя. При этом коленчатый вал с помощью так называемых шатунов преобразует осциллирующее линейное движение поршней во вращательное движение, которое, в свою очередь, приводит в движение двигатель, а вместе с этим, разумеется, и автомобиль.

Области применения коленчатых валов

Коленчатый вал применяется повсеместно там, где энергия и усилие должны быть преобразованы во вращательное движение. Таким образом, их области применения чрезвычайно многообразны: от цепной моторной пилы и автомобиля до дизель-генераторов в судовых силовых установках. Типичные примеры областей применения:

• Цепные моторные пилы
• Компрессоры / холодильные компрессоры
• Генераторные агрегаты
• (Бензиновые) газонокосилки
• Гоночные автомобили
• Летательные аппараты
• Рельсовые транспортные средства
• Транспортные средства: мотоциклы, легковые и грузовые автомобили
• Судовые силовые установки

Конструкция и типы коленчатых валов

Коленчатый вал состоит из следующих компонентов:

• Коренные шейки: Концентричные диаметры, определяющие ось вращения коленчатого вала.
• Шатунные шейки: Базирующий элемент шатунов, которые преобразуют энергию во вращательное движение.
• Щеки кривошипов: Соединение коренных и шатунных шеек. 

Имеются кованые и литые коленчатые валы. Кованые коленчатые валы производятся сложным процессом ковки, а литые коленчатые валы производятся из жидкого металла, залитого в форму. Коленчатые валы различаются и по количеству цилиндров. Коленчатые валы, начиная с 1-цилиндрового исполнения, могут иметь до двенадцати, а иногда и 14 или 18 цилиндров. При этом имеются коленчатые валы длиной в несколько сантиметров для маломощных двигателей, а также 15- или даже 16-метровые валы, которые применяются преимущественно в дизельных двигателях судов.

Детали двигателя: коленчатые валы LS / LT / LSX и их компоненты

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ CHEVROLET СООТВЕТСТВИЕ СТАНДАРТАМ ВЫБРОСОВ

Стандарты выбросов от автотранспортных средств предназначены для достижения и поддержания целевых показателей качества воздуха, которые приносят пользу здоровью человека и окружающей среде. Законодательство США, штата и Канады запрещает сознательное удаление, изменение или вывод из строя, а также принуждение кого-либо к удалению или приведению в неработоспособное состояние, или иным образом вмешивается в любую часть или элемент конструкции, установленной в соответствии со стандартами выбросов автотранспортных средств на автотранспортном средстве или внедорожное транспортное средство или иным образом модифицируя любую требуемую систему контроля выбросов и шума.Если иное специально не указано в данном документе, автомобили, оснащенные деталями Chevrolet Performance, могут не соответствовать законам и правилам по выбросам вредных веществ и не должны эксплуатироваться на дорогах общего пользования или использоваться для каких-либо иных целей. Эта часть предназначена в первую очередь для использования в транспортных средствах, которые НЕ являются:

(1) «автотранспортными средствами», предназначенными для использования на улицах; или

(2) внедорожники, используемые не для соревнований.

Федеральные агентства США, агентства штатов и провинций Канады имеют право применять значительные денежные штрафы к лицам и компаниям, которые не соблюдают эти законы.Клиенты Chevrolet Performance несут ответственность за то, чтобы они использовали детали Chevrolet Performance в соответствии с применимыми федеральными, государственными / провинциальными и местными законами, постановлениями и постановлениями, а также за обеспечение того, чтобы модифицированные автомобили эксплуатировались в соответствии с применимыми законами. Чтобы помочь потребителям соблюдать нормы выбросов, описания продуктов для многих частей включают предупреждения и уведомления, связанные с выбросами. На этой странице собрана информация о выбросах, которую вы можете увидеть на этом веб-сайте.

ЧАСТИ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОЛЬКО ДЛЯ СОРЕВНОВАНИЙ

Chevrolet Performance предлагает запчасти, предназначенные исключительно для использования в транспортных средствах для соревнований, которые будут ездить только по треку или бездорожью. Под «транспортными средствами для соревнований» GM означает автомобили (i) используемые исключительно для соревнований, организованных и санкционированных местной или частной организацией, и (ii) не предназначенные для использования на общественных улицах или автомагистралях. Потребителям настоятельно рекомендуется не устанавливать детали, сопровождаемые этим предупреждением, на транспортных средствах, которые будут передвигаться по дорогам общего пользования, поскольку они не предназначены для этой цели.Описания продуктов для таких деталей сопровождаются предупреждающим значком «Клетчатый флаг».

ВНИМАНИЕ: ВЫБРОСЫ НЕ ЗАКОННЫМИ ДЛЯ УЛИЧНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Из-за их влияния на выбросы транспортного средства некоторые детали предназначены исключительно для использования в транспортных средствах для соревнований. Значок предупреждения «Клетчатый флаг» означает, что деталь разработана и предназначена для использования в транспортных средствах, эксплуатируемых исключительно для соревнований: в гонках или организованных соревнованиях на трассах, отделенных от улиц или шоссе.Установка или использование этой детали на транспортном средстве, эксплуатируемом на общественных улицах или автомагистралях, может нарушить законы и правила США, Канады, штата и провинции, касающиеся выбросов от автотранспортных средств.

Запасные коленчатые валы | Комплекты, задние главные уплотнения, втулки — CARiD.com

Коленчатый вал преобразует возвратно-поступательное движение поршней и шатунов во вращательное движение, которое поворачивает шестерни трансмиссии, полуоси и, в конечном итоге, колеса. Коленчатый вал вращается вокруг своей оси в блоке цилиндров.Шатуны прикреплены к смещенным ходам кривошипа, что позволяет преобразовывать движение. Чугун обычно используется для изготовления коленчатых валов двигателей малой мощности, а кованая сталь необходима для двигателей большой мощности.

Цапфы подшипников обрабатываются на коленчатом валу, чтобы его можно было поддерживать в блоке цилиндров и прикреплять большие концы шатунов к ходу кривошипа. Коленчатый вал вращается в блоке на подшипниках скольжения, поддерживаемых тонкой пленкой масла под давлением, и штоки таким же образом поддерживаются на шейках шатунов кривошипа.Большинство коленчатых валов имеют противовесы, которые компенсируют массу поршневых и шатунных узлов и поддерживают балансировку двигателя.

Маховик установлен на заднем конце коленчатого вала для сглаживания потока мощности и обеспечивает монтажную поверхность для узла сцепления. На автомобилях с автоматической коробкой передач вместо маховика, к которому крепится гидротрансформатор, используется гибкий диск. И маховики, и гибкие диски имеют зубцы по окружности в месте зацепления привода стартера. Гаситель колебаний, также называемый гармоническим балансиром, установлен на передней части коленчатого вала для гашения крутильных искажений, возникающих в коленчатом валу во время работы двигателя.Шкивы привода вспомогательных агрегатов обычно крепятся к гасителю колебаний.

Коленчатые валы — это прочные, прецизионные компоненты, которые при нормальном техническом обслуживании и эксплуатации должны прослужить ему весь срок службы. Однако неаккуратное обслуживание может привести к попаданию грязи между шейками кривошипа и подшипниками или снижению потока масла, что может привести к царапинам на шейках, увеличению зазора, контакту металла с металлом и детонации в двигателе. В таких случаях наиболее экономичный ремонт с наименьшим временем простоя транспортного средства обычно достигается с помощью комплекта кривошипа, который включает полностью обработанный коленчатый вал и заменяемые подшипники.

Утечки масла через заднее основное уплотнение — еще одна распространенная болезнь коленчатого вала. У нас есть запасные сальники и комплекты сальников для всех популярных автомобилей, но в случае сильного износа на контактной поверхности сальника коленчатого вала могут появиться канавки, что сделает замену сальника неэффективной. Однако нет необходимости полностью заменять коленчатый вал, если уплотнительная поверхность повреждена. На наших цифровых полках вы найдете легко устанавливаемые ремонтные втулки, которые запрессовываются на коленчатый вал, создавая гладкую поверхность для эффективного уплотнения и контроля масла.

Как это сделано: коленчатые валы Lunati

История

Лунати похожа на истоки многих успешных, давних компаний в мире хот-роддинга: Джо Лунати был гонщиком, который построил свои собственные двигатели и испытал распределительные валы в своем автомобиле NHRA A / Modified Sports, и даже отшлифовал некоторые из своих собственный. Этот опыт шлифования / тестирования кулачков привел его к открытию собственного кулачкового бизнеса, и в 1968 году Lunati Cams открыла его двери. С первого дня он работал с гонщиками, чтобы помочь им побеждать. Знакомая история, да?

К середине 90-х компания также занималась производством коленчатых валов, переименовав ее в Lunati Cams & Cranks, и сегодня это еще более крупная и прибыльная компания с гораздо большими маркетинговыми и производственными возможностями.Но философия Джо по созданию отличных деталей во время работы с гонщиками по-прежнему осталась неизменной.

Эта история посвящена коленчатым валам Lunati, которые бывают двух разных типов: линейка Voodoo и серия Signature. Обе линии представляют собой поковки без скручивания из стали 4340, прошедшие термообработку нитридом с микрополированными шейками и отверстиями для осветления. Оба очень сильны. Когда дело доходит до высокопроизводительного двигателя, вам нужен самый прочный коленчатый вал, который вы можете себе позволить, поскольку это, пожалуй, самая напряженная часть двигателя.

Подумайте об этом: мы тратим много денег на детали, которые нагнетают воздух в двигатель и из него, такие как головки цилиндров, компоненты клапанного механизма и индукционные системы, чтобы обеспечить мощность. Но эта мощность должна передаваться от камеры сгорания к трансмиссии, и это работа коленчатого вала. Вы не можете увидеть его в действии, но это невероятно важный компонент двигателя — когда коленчатый вал ломается, часто вам нужно просто выбросить остальную часть короткого блока.

Чем один коленчатый вал отличается от другого? Используются различные материалы, этапы обработки, варианты и качество, и все они влияют на работу и долговечность коленчатого вала.Давайте взглянем на подношения Лунати.

Чугун и ковка

Если не принимать во внимание очень дорогие кривошипы из заготовок, двумя разными строительными блоками голого коленчатого вала являются отливка или поковка. При отливке изготавливается форма, в которую заливается расплавленный металл для создания необработанной отливки. Этот метод экономичен, оснастка служит долго, а необработанная отливка выходит из формы очень близко к требуемой окончательной форме, что сводит к минимуму требования к окончательной обработке.

Все эти характеристики делают литые шатуны недорогими, и они чаще всего используются в OEM и приложениях с умеренными характеристиками. Lunati не предлагает никаких литых шатунов, поскольку они считаются товарными частями и не являются предметом их внимания. Кованый кривошип начинается с совершенно другого процесса штамповки металла. При ковке горячекатаный стальной прокат помещается между тяжелыми штампами, имеющими форму коленчатого вала.

Под экстремальным давлением ковочного пресса металл принимает основную форму кривошипа.Сила, задействованная в ковке, помогает выровнять внутреннюю зернистую структуру материала. Это делает коленчатый вал намного более прочным, чем у литого типа, но увеличивает расходы.

Это коленчатый вал нагнетателя серии Signature от Lunati для двигателей Gen III / IV LS. Он имеет ход 4,500 дюйма, 2,559 основных шейки, 2,100 шейки шатуна и принимает стержни LS длиной до 6,300 дюймов. Он также поставляется с колесом реактора с 58 зубьями. Шатуны имеют номер детали 80845001, а цена джоббера составляет 2056,71 доллара на момент написания этой статьи.

Сравнение скрученных поковок и некрученых поковок

Часто можно услышать, что конструкция коленчатого вала представляет собой поковку с скручивающейся или нескручиваемой резьбой. Очевидно, это относится к способу ковки кривошипа, но это важно учитывать, поскольку это влияет на долговечность.

По словам Дэвида Чемберлена из Лунати: «В поковке с закруткой штифты шатуна выкованы в одной плоскости, а затем после ковки кривошипа определенные коренные шейки нагреваются и скручиваются относительно коленчатого вала, чтобы расположить штифты под требуемым углом. .Без скручивания выковывается весь шатун в двух плоскостях, так как он будет в готовом виде с самого начала. Все стержни штанги находятся под необходимыми углами немедленно ».

Основные различия сводятся к прочности и износу матрицы. Ковка кривошипа без скручивания, ставшая возможной благодаря улучшениям в производстве поковок, на самом деле увеличивает износ штампа, поэтому машины приходится чаще обслуживать, но повышение прочности от ковки без скручивания бесспорно. Как сказал Чемберлен: «Рекорды стоят сами за себя.Сегодня почти ни одна компания, занимающаяся производительностью, не решается на поворот из страха перед неудачей ». Не случайно, что все коленчатые валы Lunati изготавливаются без скручивания.

Voodoo против серии Signature

Неверно называть линейку шатунов Lunati Voodoo «начальным уровнем», поскольку они представляют собой высококачественные детали, очень прочные и точные, но по сравнению с шатунами серии Signature они требуют меньшего количества операций обработки. Тем не менее, для производителя двигателей с более скромным бюджетом они являются отличным выбором для всех двигателей, кроме самых мощных.Как упоминалось выше, кривошип Voodoo спроектирован из поковки 4340 без скручивания, а все шатуны Voodoo прошли термообработку нитридом с микрополированными шейками для увеличения долговечности. Осветляющие отверстия в шейках шатунов уменьшают инерционный вес коленчатого вала для более быстрого вращения.

Здесь показаны два коленвала из линейки Lunati Voodoo (слева) в сравнении с одним кривошипом из линейки Signature Series (справа). Оба являются высококачественными поковками, а кривошипы Signature имеют несколько дополнительных функций, таких как перфорированная сетка для уменьшения общего веса коленчатого вала и профилированные противовесы для меньшего сопротивления воздуха.

Технические термины

Пистолетное сверление

Неудивительно, что ружейное сверление получило свое название от способа сверления ствола ружья. Инструмент для ружейного сверления отличается от стандартного сверла своей уникальной геометрией головки, позволяющей просверливать глубокое и идеально прямое отверстие.

Почему это важно для коленчатого вала? Пер Чемберлен: «Пистолетное сверление в основном используется для уменьшения общей массы коленчатого вала. Это ничего не влияет на инерцию вращения двигателя, учитывая, что вес снимается с центра вращения коленчатого вала, но снижает общий вес двигателя и, следовательно, вес транспортного средства, и мы все знаем, что легче машина более быстрая машина.”

Облегченный и профилированный

Чтобы объяснить профилирование шейки шатуна, подумайте о маховиках. Тяжелый маховик несет больше накопленной энергии, чем легкий маховик при тех же оборотах. Эта энергия затрудняет запуск тяжелого и / или недостаточно мощного автомобиля, но потребляет энергию, пытаясь разогнать его до нужной скорости.

Более легкий маховик (обычно используемый в мощных легких автомобилях) может не содержать такой же энергии, но он позволяет двигателю разгоняться намного быстрее. Коленчатый вал имеет такое же основное действие.

Чемберлен объяснил: «Профилирование и облегчение шейки штанг — это совсем другая история, чем ружейное сверление. Когда мы снимаем массу с коленчатого вала, который находится вдали от центра вращения, мы уменьшаем момент инерции коленчатого вала. Когда момент инерции вращающегося объекта увеличивается, требуется больший крутящий момент для увеличения скорости вращения объекта.

С точки зрения непрофессионала, более высокий момент инерции отбирает крутящий момент от ваших рабочих ходов только для того, чтобы повернуть сам коленчатый вал.Все это показывает нам, что когда мы вытягиваем массу из области пальца на коленчатом валу, мы уменьшаем крутящий момент, необходимый для увеличения скорости коленчатого вала, и большая мощность передается на землю, а не расходуется на вращение тяжелых деталей ».

Шагом вперед от линейки Voodoo являются коленчатые валы серии Signature, которые, по словам Лунати, являются «самым прочным коленчатым валом, который вы найдете для своего двигателя». Хотя это смелое заявление, особенно с учетом кривошипов для заготовок, кривошипы Signature доказали свою способность выдерживать нагрузки более 1500 лошадиных сил.Если ваш уровень силы выше, что ж, значит, вы находитесь в другой лиге, чем средний парень.

Шатуны серии Signature обладают всеми характеристиками шатунов Voodoo, добавляя к смеси перфорированных перфорационных отверстий и противовесов с профилированным крылом, которые уменьшают сопротивление воздуха в картере. Каждый коленчатый вал серии Signature проходит термообработку нитридом импульсной плазмы для повышения прочности и долговечности.

Лучшее под давлением

В серию Signature входят коленчатые валы Signature Blower.Они предназначены для двигателей с нагнетателем, которые, как известно, создают огромные нагрузки на носик коленчатого вала через шкив, который вращает нагнетатель. Известно, что в этом случае более слабые кривошипы отрывают носик от коленчатого вала. Эта проблема, связанная с заслонкой в ​​двигателях нагнетателя, является одной из наиболее распространенных проблем, которые Lunati видел в коленчатых валах, поэтому они создали линейку кривошипов нагнетателя, специально разработанную для таких сценариев.

Чемберлен сказал: «Мы уже устанавливаем глубокое сверло на носик наших шатунов серии Signature, но на шатунах серии Blower мы увеличиваем резьбу болта, чтобы дать заказчику возможность использовать болт большего размера и увеличить крутящий момент, прилагаемый к шатунам. болт для более надежной фиксации демпфера.Кроме того, мы добавили дополнительную шпоночную канавку напротив стандартной шпоночной канавки на носике, чтобы надежно зафиксировать демпфер на месте. Это создает пуленепробиваемую комбинацию воздуходувок, которая отлично подходит для любого типа гонок ».

Наконец, шейку штока номер один оставляют без просверливания для увеличения прочности возле носовой части коленчатого вала. Какой кривошип лучше всего подходит для вашего двигателя?

Чемберлен сказал: «Мы советуем нашим клиентам перейти на коленчатые валы Signature по нескольким причинам. Один будет для приложений сумматора мощности.Наши кривошипы Signature специально разработаны для работы с высокими нагрузками от сумматоров мощности, таких как закись азота, нагнетатели или турбины. Как правило, мы также советуем нашим клиентам использовать шатуны Signature и в экстремальных морских условиях. Это действительно распространено на рынке Chevy с большими блоками, где многие коленчатые валы Lunati серии Signature используются в быстрых лодках ».

Как производится коленчатый вал Lunati

Все коленчатые валы Lunati начинают свою жизнь как поковка из стали 4340 без скручивания, которая поступает на одном из нескольких литейных заводов, которые использует Lunati (для большинства компаний иметь собственное литейное производство непомерно дорого), а затем проходит множество операций механической обработки.

Сборка коленчатого вала Lunati — долгий и сложный процесс, требующий нескольких машин и большого опыта. Это кропотливая работа, требующая десятков точных измерений, которые необходимо постоянно проверять и перепроверять, а затем снова проверять в процессе, как вы увидите здесь.

Это необработанная поковка, которую Лунати получает на литейном заводе.

После того, как поковка подготовлена ​​к обработке, ее помещают в токарно-фрезерный станок с ЧПУ или станок GFM. Здесь просверлены масляные отверстия, коренные шейки и шатунные шейки зачищены, а противовесы приданы шероховатости.

Одной из первых операций по механической обработке является обрезка профилированного крыла на противовесах для уменьшения веса и сопротивления воздуха.

Затем кривошип входит в токарный станок, и в рыльце просверливается и нарезается резьба для крепления балансирного болта. Нить заканчивается в центре первой магистрали, что создает нагрузку на нить там, где увеличенный материал помогает снизить нагрузку на носок.

Затем его перевели на токарный станок большего размера для ружейного сверления со специальной коронкой, которая помогает убрать лишний вес.

Каждая рукоятка Lunati Signature Series детализируется вручную. Пневматические шлифовальные машины используются для сглаживания всех необработанных шероховатых кромок, оставшихся после процесса ковки.

На этом же этапе профилированное крыло совмещается с остальной частью кривошипа для создания более плавных переходов, которые дополнительно уменьшают сопротивление воздуха.

Затем он попадает в шлифовальный станок коленчатого вала для действительно точных операций. Рыло точно отцентрировано в станке и представляет собой твердую опорную точку, от которой приводится остальная часть заточки кривошипа.Это очень важный этап в процессе обработки.

После того, как он выровнен в машине, оператор обнуляет машину для точного линейного положения, затем шлифуют носик кривошипа и поверхности уплотнения.

После этого шлифовальный круг заменяется на шлифовальный круг с точной шириной чистовой обработки каждой основной цапфы. На этом этапе кривошип удерживается за носок и направляющую ступеньку гибкой пластины и снова проверяется на ноль. Именно на этом этапе правильное шлифование морды становится самым важным.Каждая основная часть заземлена с допуском менее 0,0004 дюйма.

Далее шлифуются цапфы штанги. И снова кривошип удерживается носиком и пилотным фланцем гибкой пластины, чтобы обеспечить идеальную прямолинейность внутри машины, а машина точно отрегулирована для достижения наиболее точного хода.

После завершения шлифовки кривошип попадает в систему полировки QPAC, где каждая шлифованная поверхность полируется, чтобы гарантировать чистоту поверхности шейки 5RA или менее. Полировка проводится до процесса нитридной закалки, так как закаленную деталь полировать гораздо сложнее.

Шатуны серии Signature обрабатываются в нитридере Eltropuls с использованием передового процесса импульсного плазменного азотирования. Азотирование нагревает кривошип в среде, где воздух полностью удаляется перед заменой азотом и другими газами во время строго контролируемого процесса нагрева, который увеличивает твердость поверхности и смазывающую способность.

Последний шаг — балансировка кривошипа. Подвесы регулируются для каждого применения и устанавливаются на коленчатый вал, затем он вращается в балансировочной машине, чтобы найти и устранить любой дисбаланс.

Затем кривошип перед отправкой из цеха проверяется на качество, чтобы убедиться в идеальных допусках.

Было сказано, что распределительный вал — это мозг и / или сердце двигателя. По той же аналогии коленчатый вал следует рассматривать как основу двигателя, поскольку он играет ключевую роль в передаче возвратно-поступательного движения (движения поршней и шатунов вверх и вниз) во вращательное движение маховику и трансмиссии. Стандартные литые коленчатые валы могут потреблять только определенную мощность, поэтому во время восстановления (или если вы планируете значительно увеличить мощность), нужно подумать о выборе коленчатого вала.Как мы уже показали, у Lunati есть высококачественные кованые коленчатые валы практически для любой комбинации двигателей.

Callies Performance Products представляет новые шлицевые коленчатые валы — Drag Illustrated

Racing доказывает, что самое слабое звено цепи всегда рвется первым. Это часть того, чтобы двигаться быстрее. Умные гонщики избегают поломок, используя продукты, которые укрепляют эти слабые звенья. Так обстоит дело с новыми шлицевыми коленчатыми валами Callies. Компания Callies уже известна своими пуленепробиваемыми коленчатыми валами, и благодаря тому, что они установили шлицы на носике или штыре кривошипа, они сделали следующий эволюционный шаг, сделав их еще сильнее.

Проблемы впервые возникли в классах Top Fuel, Funny Car и в более крупных классах Tractor Pulling с использованием нагнетателей большего объема. Обычно эти воздуходувки самые большие в автоспорте. Их использование создает проблему, когда скручивающая нагрузка шкива коленчатого вала превышает возможности стандартных конфигураций с шпонками для удержания шкива привода нагнетателя на коленчатом валу. Проще говоря, более крупные воздуходувки подавляли шпонки и шпоночные крепления шкива нагнетателя на кривошипе.Шкивы в таких приложениях демонстрируют максимальный крутящий момент, и эти числа не станут меньше. Итак, как сделать соединение шкива и кривошипа более прочным, чтобы выдерживать такие нагрузки?

Сначала нам нужно понять, как коленчатые валы без шлицевого соединения используют стандартную круглую стойку с двумя шпонками, установленными в пазах под шпонку на 180 градусов друг от друга. Эти ключи предназначены для выравнивания шкива и кривошипа. Проблема в том, что они могут оказывать лишь минимальное сопротивление вращающим силам, потому что ключи могут «удерживать» шкив только с суммарной общей площадью поверхности ключей и шпоночных пазов в квадратных дюймах.И по мере того, как нагнетатели вырабатывают все больше и больше мощности, нагрузки на это соединение возрастают. По мере увеличения мощности шкивы и ремни также становятся больше и сильнее. Все это увеличивает нагрузку на ключи и шпоночные пазы.

Отсканируйте этот QR-код, чтобы узнать больше!

В частности, все крутящие силы, направленные на ключи, сосредотачиваются на самих ключах и сторонах шпоночных пазов. Это очень похоже на пятно контакта шин. Больше контакта может означать большее сцепление с шинами, но в шпоночных пазах это означает, что большее усилие просверливается в эти шпоночные пазы.Кроме того, при вращении коленчатого вала шпонки и шпоночные пазы подвергаются воздействию скручивающих сил в переменном направлении. Половину времени столб поворачивается вниз на 180 градусов. Затем, когда кривошип вращается, он меняет направление сил и толкается вверх на 180 градусов. Внутри шпоночного паза силы толкают шпонку вперед и назад в шпоночной канавке. Если в шпоночной канавке есть неровности, эти силы увеличат допустимые отклонения, что приведет к износу и проскальзыванию приводного шкива воздуходувки. Менее чем за 10 прогонов шпонки и шпоночные пазы могут начать цикл износа, равного повреждению.

Решением было снять эту нагрузку с ключей и шпоночных пазов и распределить ее по всей площади столба. Использование сплайна делает именно это, распределяя нагрузку вокруг стойки более чем на 100%. Для сравнения: система ключей имеет только квадратные дюймы двух шпонок и шпоночных пазов для поддержки шкива, в то время как шлицы с обычно 33 «зубьями» покрывают все 360 градусов стойки.

Преимущества использования шлицевого привода многочисленны. Одна из них — это усиление основной силы сообщения.Благодаря использованию площади поверхности и повышенной прочности, распределяемой по всему диаметру стойки, шлицы не должны проникать так глубоко в материал штифта кривошипа, как обычные шпоночные пазы. Шлицевые коленчатые валы обеспечивают увеличенное поперечное сечение материала между дном шлицевого соединения и отверстием под болт стойки по сравнению со шпоночным пазом. Если не врезаться так глубоко в столб, он лучше сохранит его прочность и целостность непосредственно там, где это необходимо. И обратная сторона этого — отсутствие потери материала, обработанного на глубину шпоночного паза.На самом деле стойка на шлицевом коленчатом валу больше, чем на без шлицевом. Таким образом, наряду с более прочной конструкцией, добавленный материал для столбов обеспечивает еще большую прочность по сравнению с использованием ключевого метода.

Фактически, использование шлицевого коленчатого вала дает тройное преимущество. Один из них — использование площади поверхности для распределения нагрузки на приводной шкив воздуходувки. Во-вторых, более прочная стойка для поддержки этой критической точки нагрузки. И, в-третьих, вес коленчатого вала (и результирующая масса вращения) сведен к минимуму, при этом прочность не будет снижена.И любая помощь, которую получает столб в том, чтобы стать сильнее и дольше жить, означает, что коленчатый вал делает то же самое.

Сочетание всех этих факторов означает, что в этих типичных более крупных воздуходувках шлицы дольше, чем коленчатый вал. Это потому, что в примере двигателя Top Fuel коленчатый вал будет выведен из эксплуатации из-за усталости от кручения до того, как шлицы покажут повод для беспокойства.

Небольшие различия между шлицевыми и нешлицевыми коленчатыми валами сводятся только к самой стойке.Во-первых, диаметр стойки увеличен на 0,175 дюйма для эквивалента Big Block Mopar, стандартного размера для этих более крупных конфигураций воздуходувки. Коленчатые валы со шлицевыми штифтами требуют использования определенных дополнительных компонентов, которые зависят от области применения. Это будут шкивы, используемые на коленчатых валах, обеспечивающие использование сопряженных шлицев и размеров. Это больше касается согласования компонентов привода нагнетателя со шлицем и наоборот.

Больше ничего не меняется при использовании шлицевого коленчатого вала. Шестерня ГРМ по-прежнему устанавливается и снимается обычным способом.Балансир также устанавливается / снимается обычным способом. Те же крышки цепи ГРМ по-прежнему применимы.

Опережая слабые звенья, все коленчатые валы Callies со шлицевой стойкой изготавливаются из стальной заготовки. Шлицы не встречаются на кованых кривошипах, так как у поковок недостаточно материала на передней части и стойке, где шлицы обрабатываются. Callies использует 100% сертифицированную американскую сталь для производства шлицевых коленчатых валов Ultra Billet; доступны во множестве штрихов.Использование опции заготовки также дает возможность выбирать из более широкого спектра материалов; дальнейшая точная настройка каждого приложения двигателя.

Использование шлицевого коленчатого вала также позволяет гонщикам «усилить» свои двигатели, даже если они не используют нагнетатели большего объема. Это может повысить надежность и долговечность их двигателей. Короче говоря, если вы можете запустить двигатель конкурентоспособно с меньшими нагрузками, более прочные детали и узлы должны прослужить дольше.

В дальнейшем по мере развития двигателей, не использующих нагнетатели большего объема, им также может потребоваться безопасность и надежность шлицевых коленчатых валов.Для моторных мастерских это будет легкая допродажа. Включите в конструкцию более прочный шлицевый кривошип, и гонщику не придется беспокоиться о сокращении срока службы его кривошипа из-за соединения шкива. Большинство гонщиков в мгновение ока купятся на более сильную и длительную ношу, а те, кто находится на грани нужды в шлицевом приводе, умело прыгнут.

По рассказу Джона Каролло

Комментарии

Связанные

Коленчатые валы-440 Источник

Здесь показан пример нашей новой серии Platinum. коленчатые валы.Мы поощрять вас совершать покупки и проводить исследования, потому что мы знаем, что нет еще один предлагает такой высококачественный продукт по невероятно доступной цена. Сравните эти производственные процессы, спецификации и допуски с конкурс:

Сначала мы начать с супер сильного Сталь 4340 авиационного качества, сертифицированная на соответствие или превосходящая SAE (Society of Автомобильные инженеры) стандартов. Мы постоянно отбираем образцы и проводим тесты на химический состав нашей сырой стали 4340, чтобы убедиться, что она соответствует всем указатель включен в спецификации.

Утвержденная необработанная сталь затем выковывается в массивную 6-этажный пресс горячей штамповки высотой 8000 тонн (это 16 миллионов фунтов!). В затем необработанные поковки проходят несколько процессов термообработки, в ходе которых Применяются термическая обработка нормализации, отпуска и закалки. Этот многоступенчатая термообработка значительно улучшает механические свойства (прочность, упругость и т. д.) поковок, обеспечивая при этом свойства одинаковы по всему изделию.После термообработки поковки проходят строгий процесс становления X лучи с 4 сторон (минимум шесть раз! ), звуковых испытаний, а затем, наконец, магнафлюкс, чтобы тщательно проверить наличие мелких трещин или другие дефекты. Наконец, поковки, прошедшие испытание, являются индукционными. затвердевший. Это гарантирует, что твердость по всему кривошипу будет между 36-40 по шкале твердости С по Роквеллу, что дает невероятно прочная деталь с пределом прочности на разрыв 156600 фунтов на квадратный дюйм и пределом текучести 134,850 фунтов на квадратный дюйм !!

Затем шатуны проходят черновую обработку.Это включает придание формы противовесам и т. д. Затем они снова подвергаются термообработке для высвобождения любые внутренние напряжения и предотвращение последней «осадки» стали перед окончательная обработка.

Шатуны тогда дробеструйный. Это процесс, при котором поверхность кривошипов засыпали гладкой круглой стальной дробью. Каждый выстрел мяч оставляет гладкую сферический отпечаток, уплотняющий поверхность кривошипа и вызывающий сжимающее поверхностное напряжение, которое закрывает зернистую структуру кривошипа на микроскопическом уровне.Поскольку шатуны могут выйти из строя из-за растягивающих нагрузок, открываясь крошечные поверхностные дефекты, эта микроскопически «сжатая» поверхность стали значительно снижает вероятность возникновения трещин под напряжением, если не давая им место для «старта». Исчерпывающие испытания показали, что не только помогает ли это увеличить максимальную нагрузку на кривошип? более 20%, но это также помогает увеличить усталостную долговечность кривошипа на До 50%!

Далее все прецизионные поверхности кривошипов полностью обрабатываются на станке с ЧПУ для максимальная точность размеров, создание диаметров шейки и индексация это почти всегда идеально.После окончательной обработки После этого шатуны азотируются с использованием процесса нитрования плазменным газом. Этот процесс азотирования проникает примерно на 0,014 дюйма в сталь, и повышает твердость поверхности кривошипов до МИНИМАЛЬНОЙ твердости по Роквеллу 52-60 по шкале С! Для тех, кто не знаком со шкалой твердости по Роквеллу: наши шатуны — одни из самых твердых и сильных шатунов любой ценой! Мы часто получают звонки из магазинов, которые прошли через несколько сверл во время сверление кривошипа при балансировке, и вопрос всегда один и тот же: «Что ты сделал с этим чудаком !!»

Они рассчитаны на простоту обращения 1000+ лошадиных сил.Закись азота? Воздуходувка? Без проблем. Единственное, что сильнее, чем Эти кривошипы 4340 представляют собой цельнолитые кривошипы, рассчитанные на 2500+ лошадиных сил и обойдется вам примерно в 3000 $ +. Как вы можете видеть в нашем фотографии, качество и качество изготовления просто потрясающие. Вся наша Платина Шатуны серии имеют полностью профилированные противовесы, которые помогают снизить сопротивление воздуха и прорезал масляную пленку в двигателе. Все они имеют полностью закругленный диаметр .125 дюймов. галтели цапфы и масляные отверстия со скошенной кромкой в ​​стандартной комплектации.Они просверлены для 4-х скоростной пилотной втулки, но вам нужно будет установить втулку самостоятельно. Продаем втулки также.

Все версии поставляются с предварительной балансировкой специальный грузоподъемный груз (указан вместе с моделью), настройка внутреннего баланса. Тяжелая штанга, которую мы используем, обычно несколько тяжелее, чем последняя легкая штанга. готовая вращающаяся сборка. Причина в том, чтобы убедиться, что вам не нужно добавлять металл в кривошип во время балансировки.Для обычных приложений все, что вам нужно сделать, это облегчить противовесы до желаемой величины, когда окончательная балансировка работа сделана. Добавление тяжелого (мелкого) металла в кривошип — очень дорогое и трудоемкий процесс. Удаление металла — это просто сверление отверстий. в противовесах, что является нормальной частью любой балансировочной работы. Это делает балансировка недорогая, простая и может быть сделана в любом местном магазине.

Не обманывайтесь низкой ценой.Это не «прыщики», заниженный размер цапф на цапфах или какой-либо другой дефект. Как мы объясните выше, с балансировкой проблем нет. Никакого скрытого «подвоха». Они есть настоящая сделка, премиальные шатуны прямо из производитель. Тысячи этих шатунов уже проданы и участвуют в гонках с отличные результаты.

Лучшего качества Вы просто НЕ НАЙДЕТЕ коленвал в этой ценовой категории !!!

2.Цапфы тяги шириной 009 дюймов (Chevy) позволяют использовать любые стандартные штанги Chevy большого блока с идеальной стороной оформление. Меньший диаметр противовеса 7,120 дюйма на коленчатых валах типа B позволяет противовесам очищать блок во всех двигателях «B» без каких-либо модификации.

Простое объяснение распределительных и коленчатых валов

Эти два вала неразрывно связаны и являются жизненно важными компонентами любого четырехтактного двигателя.Вот все, что вам нужно знать!

Двигатели, трансмиссии и передача мощности — это сложная группа шестерен, валов и стержней, которые сделали внутреннее сгорание одним из величайших изобретений человечества. С 1876 года эффективность IC претерпела значительные изменения, и многое можно сказать о двух разных типах валов, которые идеально спроектированы, чтобы помочь запустить цикл двигателя и передать крутящий момент, создаваемый сгоранием, по линии передачи на трансмиссию.Это распределительный вал и коленчатый вал соответственно, поэтому давайте перейдем к тому, что они собой представляют и какова их основная роль в трансмиссии автомобиля.

Распредвал

Распределительные валы изготавливаются из чугуна или стали и чаще всего встречаются в головке двигателя, расположенной над цилиндрами.Обычно они встречаются в двух ориентациях:

SOHC (одинарный верхний кулачок)
DOHC (двойной верхний кулачок)

Вдоль вала проходят выступы, которые выполнены с возможностью установки под разными углами. Эти кулачки расположены таким образом, что при вращении распределительного вала они входят в контакт с коромыслами, которые затем открывают клапаны двигателя. Сами лепестки имеют яйцевидную форму, причем «заостренный» конец контактирует с коромыслами, открывая клапаны в определенные моменты цикла двигателя.Это позволяет воздушно-топливной смеси поступать в цилиндр, а затем выхлопным газам выходить из цилиндра в требуемое время. Сами клапаны подпружинены, а это означает, что после того, как лепесток выполнил свою работу по открытию клапана, он естественным образом закрывается, когда пружина становится несжатой.

На этом CAD-рендере показан распределительный вал и его выступы (зеленые) и их взаимосвязь с коромыслами (красный) и клапанами (серый).

Привод распределительного вала осуществляется через камбелт (или ремень привода ГРМ), который синхронизируется с движением коленчатого вала.Это означает, что время открытия клапанов совпадает с циклом двигателя, что позволяет избежать повреждения клапана или цилиндра из-за рассинхронизации.

В то время как система SOHC имеет распределительный вал, который выполняет движения клапана хода впуска и выпуска, система DOHC имеет два распределительных вала над каждым блоком цилиндров — впускной распределительный вал и выпускной распределительный вал. Таким образом, в рядном четырехцилиндровом двигателе с SOHC в головке двигателя будет просто один распределительный вал. Но в V8 с SOHC всего было бы два распредвала (по одному с каждой стороны от V).

5 МБ

Здесь вы можете увидеть лепестки сдвоенных верхних распределительных валов, открывающих клапаны двигателя на каждом такте.

Самые экстремальные распредвалы имеют форму тех, что были на Bugatti Veyron.С W16, чтобы поддерживать форму, Veyron использует установку с четырьмя кулачками в общей сложности с 64 лепестками. Это позволяет распределительным валам открывать все 64 клапана, которые присутствуют в левиафане двигателя, и спроектированы с максимальными допусками, чтобы силовая установка Bugatti работала правильно.

Коленчатые валы

Красивый коленвал от W16 Veyron

Коленчатые валы обычно изготавливаются из стали и располагаются под цилиндрами и поршнями в блоке цилиндров.Их задача — преобразовать вертикальное движение поршней во вращение, которое передается на маховик, а затем на трансмиссию. Коленчатый вал имеет кривошипные штифты по всей длине, которые выровнены по горизонтали с поршнями, расположенными выше, и образуют «ступенчатую» ориентацию самого вала.

Штифты кривошипа рассчитаны и расположены таким образом, чтобы каждый цилиндр мог перемещаться из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку и обратно, передавая это возвратно-поступательное движение во вращение вала.Соединение между поршнями и шейками кривошипа осуществляется через шатуны, «большие концы» которых соединяются с шатунами кривошипа.

5 МБ

Коленчатый вал от четырехцилиндрового двигателя в действии

Затем вращение коленчатого вала передается на маховик, который находится на конце вала, чтобы уравновесить его в случае нерегулярных импульсов двигателя и завершить преобразование крутящего момента от внутреннего сгорания, происходящего в цилиндрах.

DOHC и коленчатый вал на своих местах

Несмотря на эффективную конструкцию коленчатого вала (которая существовала веками), большая часть потерь мощности двигателя происходит в области коленчатого вала, будь то нагревание, вибрация, шум и трение.Разнонаправленный характер сил, прикладываемых к коленчатому валу от поршней, означает, что искусство балансировки коленчатого вала также может быть чрезвычайно сложным, поэтому инженеры стараются максимально уменьшить длину коленчатого вала. Это большая причина, по которой двигатель V8 заменил конфигурацию двигателя, подобную рядной восьмерке, из-за его относительно небольшой и управляемой установки коленчатого вала, которая предотвращает любые нежелательные изгибы.

Взаимосвязь между распределительным валом и коленчатым валом чрезвычайно важна для интеграции трансмиссии автомобиля и определенно не должна недооцениваться.По сути, они запускают и завершают цикл двигателя — от такта впуска до такта выпуска — поддерживая идеальную гармонию различных механических процессов каждого цикла за счет их ременного соединения. Они могут показаться похожими на обработанные стальные заготовки, но они образуют одно из самых важных партнерских отношений с трансмиссией транспортного средства.

Проверка коленчатых валов | 2012-10-17 | Автосервис Профессионал

Независимо от того, какой шатун вы выберете для использования во время ремонта двигателя заказчиком или его новой сборки (бывшего в употреблении оригинального оборудования или нового вторичного рынка), уделите время осмотру коленчатого вала.В случае нового коленчатого вала проверьте размеры и биение. С коленчатым валом, бывшим в употреблении, также необходимо проверить наличие дефектов (трещин). Осмотр коленчатого вала перед установкой проверяет его состояние и позволяет избежать проблем и / или возврата.

Прежде всего, особенно при работе с бывшим в употреблении коленчатым валом, тщательно очистите кривошип, желательно в струйной мойке или в горячем баке. После очистки всегда проверяйте коленчатый вал на наличие дефектов / трещин. Лучше всего это делать на станции магнитопорошкового контроля (широко известной как магнитопорошковая машина (хотя «Magnaflux» на самом деле является торговой маркой, другие производители оборудования, например, DCM, производят оборудование для магнитопорошкового контроля).Кривошип устанавливается горизонтально на смотровом столе, проходит через круглый магнит большого диаметра и проверяется ультрафиолетовым («черным») светом. Любые трещины легко обнаруживаются, они видны в виде беловатых линий.

Если шатун треснул, даже не обсуждайте этот вопрос — продайте его на металлолом и купите новый. Выполнив сначала проверку на наличие трещин, вы сэкономите время на дальнейшую проверку размеров.

Затем проверьте биение коленвала. Установив коленчатый вал ровно на пару горизонтальных V-образных блоков (опирающихся на переднюю и заднюю коренные шейки), установите циферблатный индикатор на центральной главной шейке, расположив индикаторный щуп немного смещенным, чтобы избежать попадания в отверстие для подачи масла в шейке.Предварительно загрузите индикатор примерно на 0,050 дюйма, а затем обнулите шкалу.

Медленно проверните коленчатый вал, следя за манометром. Запишите свое чтение. Например, максимальная спецификация оригинального оборудования для допустимого биения может быть указана как 0,000118 дюймов. Если индикатор не показывает сотые доли тысячной дюйма, вам будет сложно определить это крошечное число. Вообще говоря, если биение кривошипа менее 0,001 дюйма, вероятно, все в порядке.Если кривошип показывает биение более 0,001 дюйма, его необходимо выпрямить или заменить. Выпрямление кривошипов — это высокоточная задача, которая должна выполняться только опытным специалистом. Кстати, не все кривошипы можно успешно выпрямить.

С помощью микрометра измерьте диаметр основной шейки (в центре шейки) каждой из основных шейок. Запишите свои измерения и сравните их со спецификациями для этого конкретного двигателя.

Опубликованные спецификации будут включать диапазон допуска (макс. / Мин.), Обычно около 0.001 дюйм (например, от 2,558 до 2,559 дюйма). Имейте в виду, что при использовании отремонтированного коленчатого вала основные шейки могли быть переточены до меньшего диаметра для сохранения работоспособности (например, сеть могла быть заточена на 0,010 дюйма заниженного размера).

[PAGEBREAK]

Также измерьте конусность каждой основной цапфы (измерьте площадь цапфы в двух точках, по направлению к передней части журнала и по направлению к задней части). Максимально допустимый конус шейки обычно составляет около 0.0004-дюйм.

Кроме того, не забудьте измерить каждую основную цапфу в нескольких радиальных точках, чтобы проверить, нет ли некруглости. Максимально допустимое отклонение от окружности обычно составляет около 0,000118 дюймов или около того (проверьте характеристики двигателя / модели).

Затем измерьте диаметр каждой шейки стержня в нескольких радиальных точках на каждой шейке стержня. Диапазон допуска (мин. / Макс.) Обычно составляет около 0,0008 дюйма или около того (например, диаметр шейки штока может быть указан как 2,0991 — 2.0999 дюймов).

Измерьте конусность каждой шейки стержня (на каждом конце поверхности шейки). Максимально допустимый конус шейки стержня обычно составляет около 0,0002 дюйма. Также измерьте ширину шейки шатуна (от основания галтеля до основания галтеля — другими словами, передняя часть шейки и задняя часть шейки относительно длины кривошипа) и сравните ее с указанными спецификациями. Если ширина шейки слишком мала, боковой люфт шатуна будет недостаточным.

Если обнаружены области за пределами допуска по диаметру шейки, конусности, ширине или некруглости, это можно исправить путем повторной шлифовки на специальном шлифовальном станке для коленчатого вала.Чтобы исправить цапфы, вы в конечном итоге перейдете на меньший размер (меньший диаметр, чем у оригинала), и в этом случае вы можете легко приобрести набор меньшего внутреннего диаметра. коренные и / или стержневые подшипники (подшипниковые пары с меньшим внутренним диаметром и более толстыми стенками).

Просто помните, что размер подшипника должен быть одинаковым — если одна основная шейка должна быть повторно заточена, чтобы затем принять основной подшипник меньшего размера, то все основные шейки должны быть отшлифованы до такого же размера.То же самое и с шатунными подшипниками. Если необходимо уменьшить размер хотя бы одной шейки стержня, то все шейки стержня необходимо отшлифовать до одинакового диаметра. Всегда уточняйте у поставщика подшипников, чтобы сначала узнать, какие подшипники меньшего размера доступны (-0,0005 дюйма, -0,005 дюйма, -0,010 дюйма, -0,020 дюйма и т. Д.). Это определит диаметр переточки.

[PAGEBREAK]

Если бывшая в употреблении рукоятка прошла проверку и вы собираетесь использовать ее повторно (без необходимости повторной шлифовки), каждую шейку можно отполировать на полировальном станке коленчатого вала с зернистостью 400 и ступенчато до 600.Небольшие царапины на поверхности обычно можно удалить полировкой. ПРИМЕЧАНИЕ. Разные производители оборудования могут указывать абразивные материалы разной зернистости для полировки. Цапфы не следует полировать «до зеркала», так как для налипания масла необходимы микроскопические царапины.

Покупка коленвала на замену

У ваших клиентов есть несколько вариантов выбора при покупке коленчатого вала, в том числе новый шатун оригинального производителя, отремонтированный шатун оригинального производителя или шатуны послепродажного обслуживания. Коленчатые валы оригинального производителя доступны с исходным размером хода, в то время как шатуны с характеристиками вторичного рынка предлагаются с диапазоном ходов от спецификации оригинального производителя до более длинных ходов.Производители качественных коленчатых валов на вторичном рынке включают Scat, Eagle, Lunati, Crower, Ohio Crankshaft и другие.

Общие советы

1. Если поверхности шейки повреждены (поцарапаны, поцарапаны, выдолблены, обожжены), требуется дальнейший осмотр. Если царапины достаточно легкие, царапины можно спасти, просто отполировав абразивной бумагой с зернистостью 400, а затем наждачной бумагой с зернистостью 600. Это следует делать на специальном стенде для полировки коленчатого вала, где кривошип вращается с низкой скоростью, а абразивная лента, установленная на рычаге, опускается на шейку.Если повреждение поверхности не может быть устранено полировкой, шейки необходимо повторно отшлифовать с помощью шлифовального круга на шлифовальном станке коленчатого вала.

2. Если основная часть коленчатого вала, шатуны или и то, и другое повторно затачиваются до заниженного размера, коленчатый вал ДОЛЖЕН быть маркирован, чтобы легко идентифицировать любой заниженный размер путем штамповки или вытравливания заниженного диаметра на передней поверхности переднего противовеса. Например, если основные шейки в порядке, но шейки стержней переточены, скажем, на меньший размер 0,010 дюйма, при штамповке или травлении должно быть указано «ROD 010» ИЛИ «R –10» и т. Д., чтобы четко идентифицировать шейки штанг как имеющие меньший размер на 0,010 дюйма. Отрицательный символ (-) перед числом указывает на то, что коэффициент переточки 0,010 дюйма был удален.

3. Также не забудьте проверить все галтели (плечевая зона, где поверхность шейки переходит в противовес или зону бросания). Никогда не следует шлифовать цапфу, чтобы образовался острый угол, поскольку это может привести к повышению напряжения, что может привести к выходу из строя кривошипа.

[PAGEBREAK]

4. Осмотрите все резьбовые отверстия (центральное отверстие в передней части и отверстия для маховика на заднем фланце). Убедитесь, что резьба чистая и не повреждена. Метчик (в отличие от метчика) может очистить эту резьбу, не обрезая и не удаляя слишком много материала резьбы.

5. Осмотрите все отверстия для подачи масла в коренной и стержневой шейках, чтобы убедиться, что они просверлены и не забиты мусором.

6.Что касается отверстий для масла в кривошипе, просто удалите с них заусенцы, чтобы сломать все острые края. В течение многих лет для строителей было обычным делом зачистить отверстия по радиусу, но при этом вы получаете слишком много заусенцев, поэтому лучше просто удалить заусенцы с отверстий, удаляя как можно меньше материала.

Примечание о шлифовании малых размеров

Если коленчатый вал (шатун и / или коренные шейки) необходимо отшлифовать до меньшего размера, это делается на специальной шлифовальной машине для коленчатого вала с использованием шлифовальных кругов определенной ширины.Когда коренные шейки отшлифованы, коленчатый вал устанавливается и вращается «прямо» с нулевым биением. Когда шейки шатунов отшлифованы, так как они смещены относительно оси кривошипа, кривошип регулируется на машине для работы со смещением, при этом шейки шатунов находятся в нулевом положении. Охлаждающая жидкость применяется во время шлифования для охлаждения и очистки поверхностей шейки.

Что касается срока службы кривошипа, если шатун или коренные шейки кривошипа необходимо повторно заточить, скажем, на 0,020 дюйма, вы потеряете исходную твердость поверхности.Хотя некоторые производители (или заказчики) могут предположить, что кривошип больше не может использоваться просто потому, что теряется твердость поверхности, на самом деле это не проблема. Просто отправьте кривошип на азотирование после завершения корректирующего шлифования.

Общие рекомендации по очистке

Начните с 0,0010 дюйма зазора на дюйм диаметра шейки. Например: диаметр шейки 2,100 дюйма X 0,0010 = зазор 0,0021 дюйма. Для высокопроизводительных приложений добавьте 0.0005-дюйм. Если, например, определено, что начальный зазор составляет 0,0021 дюйма, добавьте 0,0005 дюйма для окончательного зазора 0,0026 дюйма. С этого момента увеличивайте зазор, как подсказывает ваш опыт в конкретных приложениях.

ПРИМЕЧАНИЕ. Всегда рекомендуется использовать прибор с круговой шкалой для измерения масляного зазора. Вместо измерения диаметра шейки и последующего измерения диаметра установленного подшипника обнулите калибр отверстия по фактическому диаметру шейки. Когда вы измеряете диаметр подшипника, вы получаете прямое показание зазора без необходимости выполнять математические процедуры, избегая возможных математических ошибок.

Если требуется изменение зазора, не увеличивайте и не уменьшайте зазор, изменяя размер корпуса за пределами допуска. Корпус меньшего размера приведет к чрезмерному раздавливанию подшипника; а корпус увеличенного размера уменьшит защемление и удержание подшипников.

Сегодняшние ведущие производители подшипников используют компьютерное моделирование методом конечных элементов для изучения упругих прогибов всех связанных с подшипниками участков. EHL, или эластогидродинамическая смазка, позволяет инженерам более точно определять влияние динамических сил на силы и масляные зазоры.Такое понимание нагрузок, прогиба металла и влияния на зазор позволило более точно определить, что подвергаются подшипникам, и способствует способности инженеров разрабатывать подшипники, которые будут правильно работать в условиях динамических гонок с высокими нагрузками.

[PAGEBREAK]

Если вы действительно хотите придирчиво к подшипникам, обратите внимание не только на предлагаемый зазор, но и на опорную поверхность с точки зрения ожидаемой нагрузки, а также на скорость подшипника, основанную на окружности шейки.

В двигателях более высокого уровня, где вы планируете использовать журналы меньшего размера, вам действительно нужно обращать внимание на грузоподъемность.

Чтобы обеспечить адекватную подачу масла, некоторые производители гоночных двигателей высокого класса иногда просверливают дополнительные масляные отверстия в подшипниках и канавки с частичным радиусом в корпусе или седловой области магистрали, чтобы создать несколько точек подачи масла. Это особенно важно для двигателей, в которых используются подшипники меньшего размера и которые будут испытывать более высокие нагрузки (не пытайтесь делать это дома).

Что касается зазоров в подшипниках, то для уличных двигателей, которые испытывают более высокие нагрузки, некоторые производители обычно используют около 0,003 дюйма для сети и около 0,0025 дюйма для стержней. Для двигателей, которые будут подвергаться сильному нагреву в течение продолжительных периодов времени, таких как двигатели повышенной прочности или судовые двигатели, более узкие зазоры в подшипниках являются нормой, чтобы компенсировать тот факт, что зазоры будут ослабевать в жарких условиях.

При работе с высокоскоростным двигателем с высокой нагрузкой опытные строители имеют тенденцию к довольно сильному раздавливанию (когда вкладыши подшипника сопрягаются друг с другом), сохраняя при этом это в приемлемом диапазоне.Принимая во внимание нагрузку на подшипник, а также прогиб шейки и корпуса, необходимо убедиться, что подшипник надежно удерживается на месте. Если у вас есть масляные пленки с зазором в несколько десятых тысячи, подшипник сильно нагревается. Если у вас нет достаточного давления, вы не получите достаточной теплоотдачи. Избегайте доведения корпусов до максимального размера, чтобы избежать недостаточной теплопередачи.

Когда производитель выбирает коленчатый вал с меньшим диаметром шейки (для уменьшения массы), он иногда модифицирует масляные отверстия шейки коленчатого вала, чтобы подавать больше масла на шатуны.По мере уменьшения диаметра шейки стержня нагрузка возрастает. Чтобы получить дополнительное масло в подшипниках штока, они создают небольшую каплевидную канавку на основных масляных отверстиях кривошипа. Передняя кромка (сторона атаки) масляного отверстия слегка рифленая. Когда коленчатый вал вращается, эта небольшая каплевидная полость заполняется маслом и затем нагнетается в масляное отверстие, увеличивая давление наддува. Это может решить проблемы со стержневыми подшипниками, которые в противном случае испытывали слишком большую нагрузку. Это можно сделать с помощью шлифовального станка, но лучше всего на станке с ЧПУ.Тем не менее, вам нужно обратить особое внимание на размеры каплевидной канавки с точки зрения ширины, длины и глубины. Обычно длина каплевидного паза составляет от 0,300 до 0,400 дюйма. Если канавка будет слишком агрессивной, вы можете начать испытывать недостаток масла в сети. Благодаря особому профилю этой канавки регулируется давление масла в шток.

Опять же, строителю выходного дня здесь не с чем возиться, и уж точно не нужно для уличных приложений.