Материал коленчатого вала: Материалы для коленчатого вала

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.

Из какого металла сделан коленвал

Материалы для коленчатого вала

Для изготовления коленчатых валов применяются стали 45, 45А, 40Х, 20Г2 и 50Г. 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.

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.

Размеры коленчатых валов [ править | править код ]

Определяются как результат расчётов, причём часть размеров задаётся исходя из выбранной компоновки. Например, количество шатунных шеек определяется в зависимости от числа цилиндров. В многорядных двигателях (V, W, X-образных, звездообразных) одна шатунная шейка воспринимает нагрузки сразу нескольких шатунов (или одного центрального, соединённого с прицепными). Коленчатый вал воспринимает крутящий момент, имеющий переменное значение, а следовательно, работает на скручивание и должен иметь достаточный запас прочности (обычно 2,5) по усталостному напряжению на сдвиг.

Стальные валы (чаще всего) имеют невысокое внутреннее демпфирование крутильных колебаний, что в некоторых случаях угрожает валу разрушением из-за резонанса при прохождении опасной зоны по числу оборотов. Поэтому валы такие снабжают демпферами крутильных колебаний, расположенными на переднем носке вала.

Кроме усталостной прочности, коленвалы должны иметь определённую площадь шеек, задающую контактное давление подшипников скольжения или качения. Максимальное контактное давление и скорость скольжения для антифрикционных материалов может быть несколько повышено при высокой твёрдости шеек и высококачественной смазке. Превышение их выше допустимых ведёт к выплавке/растрескиванию антифрикционного слоя или питтингу роликов (подшипники качения).

Диаметр шатунных шеек (исходя из упомянутых соображений) может быть увеличен косым разъёмом шатуна (что увеличивает его трудоёмкость и стоимость), длину же можно увеличить либо за счёт коренных шеек (что увеличивает контактное давление), либо увеличением расстояния между цилиндрами (что ведёт к увеличению габаритов и массы двигателя). В последние десятилетия, в связи с появлением новых высопрочных антифрикционных сплавов и высококачественных масел, длину шеек валов (а вместе с ним — и межцилиндровое расстояние) конструкторы сокращают.

Материал и технология изготовления заготовок коленчатых валов [ править | править код ]

Материал и технология изготовления зачастую тесно увязаны между собой. В данном случае, стальные валы (с целью достижения наивысшей прочности и вязкости) получают ковкой, чугунные (материал ковке не поддаётся) — литьём.

Стальные коленчатые валы [ 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.

Выбор стали определяется поверхностной твёрдостью шеек, которую нужно получить. Твёрдость около 60 HRC (необходимая для применения роликовых подшипников) может быть получена, как правило, только химико-термической обработкой (цементация, азотирование, цианирование). Для этих целей годятся, как правило, малоуглеродистые хромоникелевые или хромоникельмолибденовые стали (12ХН3А, 18ХНВА, 20ХНМА, причём для валов средних и крупных размеров требуется большее легирование дорогостоящим молибденом. Однако в последнее время для этого стали употреблять дешёвые стали регламентированной прокаливаемости, позволяющие получить высокую твёрдость при сохранении вязкости сердцевины. Меньшая твёрдость, достаточная для надёжной работы подшипников скольжения, может быть получена закалкой ТВЧ как среднеуглеродистых сталей, так и серого или высокпрочного чугуна (45..55 HRC).

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.

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 поэтому всегда изготовляют стальными.

Чугунные коленчатые валы [ править | править код ]

Литые коленчатые валы 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.

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. При износе посадочных поверхностей могут применяться электрохимическая обработка, плазменная или электродуговая наплавка поверхностей, а также другие решения.

собственно вопрос в названии темы)

Смотрите также

Метки: коленвал, материал

Комментарии 18

Из пластика ё-моё!

в любом случае это не просто кусок металла причудливой формы, проще говоря внутри коленвала метал более мягкий чем снаружи, для того чтобы он выдерживал нагрузки и биения при работе, он как бы не много изгибается. клапана также сделаны из окалиностойкой стали, а внутри залит жидкий натрий, для того чтобы выдерживать высокие температуры и резкие перепады.

Там не два материала. Весь коленвал из одногодного материала, из чугуна. Но поверхность подвергнута термической обработке.

Уже давно не закаливают поверхность вала. Это был удел совдепа. Сейчас наши бравые ЗМЗшники заявляют, что это приводит к необоснованному удорожанию детали.

Там не два материала. Весь коленвал из одногодного материала, из чугуна. Но поверхность подвергнута термической обработке.

я не говорил, что там два металла.

в любом случае это не просто кусок металла причудливой формы, проще говоря внутри коленвала метал более мягкий чем снаружи, для того чтобы он выдерживал нагрузки и биения при работе, он как бы не много изгибается. клапана также сделаны из окалиностойкой стали, а внутри залит жидкий натрий, для того чтобы выдерживать высокие температуры и резкие перепады.

какой какой там натрий? оО =)

Внутри клапана имеется полость, заполненная на 50…60% натрием. Полость закрыта заглушкой, приваренной к тарелке клапана. Во время работы двигателя натрий плавится и, переливаясь при встряхивании, интенсивно переносит тепло от головки к стержню, а от стержня тепло передается втулке клапана. Благодаря этому температура тарелки клапана снижается.

нет там ничего подобного. но должно быть. но нету:)

если память мне не изменят то есть два двигателя умз 417 и змз 402. так вот распредвалы у них одинаковые. У умз сделан из чугуна, а у змз из стали .

Есть еще УМЗ 421 и на всех заводской распредвал, как и коленвал из одного и того же материала сделан.

Из дерева, странный вопрос, из чего ещё коленвалы делают:-)

зачет это нужно знать ?именно марку ну чугун

Изготовление коленчатого вала двигателя

Совершенствование технологического процесса изготовления коленчатых валов — один из решающих факторов увеличения моторесурса двигателей. Для повышения их надежности и ка­чества изготовления проведен комплекс исследований и конструкторско-технологических мероприятий, которыми преследовалась цель уменьшить остаточные напряжения в волокнах материала, снизить влияние концентраторов напряжений, улучшить формо­образование заготовки, усовершенствовать термическую обра­ботку, применить различные методы упрочнения и повышения качества.

Материалы изготовления коленчатого вала 

Коленчатые валы двигателя шести- и восьмицилиндровых четырехтакт­ных двигателей изготовляются из марганцовистой стали 50Г, а двенадцати цилиндровых — из Хромованадиевой стали 60ХФА. Коренные и шатунные шейки, а также шейки под уплотнительные манжеты подвергаются поверхностной закалке с нагревом ТВЧ. Сложная форма кованых коленчатых валов влечет за собой необ­ходимость сравнительно большого съема металла при механиче­ской обработке. Металл снимается не только на шейках, но и на щеках. Сравнительно большие припуски имеют коленчатые валы У-образных двигателей, ко_гда шейки расположены в не­скольких плоскостях. Кроме того, стремление использовать штамп как можно дольше также приводит к увеличению припу­сков. Согласно исходной технологии токарная обработка корен­ных шеек, переднего и заднего Концов коленчатого вала прово­дилась одновременно на многорезцовых станках мод. МК-840, а шатунных шеек на многорезцовых станках мод. МК-8212. При этом суммарная ширина режущих кромок одновременно рабо­тающих резцов на станке мод. МК-840 для шестицилиндровых валов составляла 440 мм, для восми-цилиндровых 490 мм, а на станке мод. МК-8212 — соответственно 240 и 320 мм.

Наличие значительных сил резания и ударных нагрузок при обработке щек в сочетании с перераспределением внутренних напряжений в материале вала после снятия поверхностного слоя штампованной заготовки приводило к короблению вала на пред­варительных операциях его изготовления. Нагрев шеек при закалке ТВЧ также вызывал дополнительное коробление вала. При этом суммарные деформации вала достигали 1,5—2 мм. I С целью их устранения технологическим процессом предусма­тривалась правка вала, которая производилась после обтачи­вания коренных и шатунных шеек и после термической обработки. Процесс правки заключался в неоднократном прогибе вала с устра­нением биения до допустимых величин.

Холодная правка коленчатого вала 

Холодная правка в про­цессе механической обработки приводила к возникновению боль­ших остаточных напряжений. Исследованиями на усталостных машинах коленчатых валов, подвергавшихся холодной правке, и валов, не подвергавшихся правке, показали значительную разницу в их прочностных характеристиках. Усталостная проч­ность коленчатых валов, подвергавшихся холодной правке, снижается на 30% и более. При этом характерно значительное рассеяние разрушающих напряжений . В процессе эксплуата­ции двигателя происходила релаксация остаточных напряжений, что приводило к короблению валов и отрицательно сказывалось на надежности как собственно вала, так и сопрягаемых с ним деталей и прежде всего подшипников (вкладышей) и блока ци­линдров.

Перецентровка коленвала

Чтобы исключить причины, вызывающие появление остаточ­ных напряжений, в технологию изготовления вала введены до­полнительные операции перецентровки: первая — после обтачи­вания коренных шеек, вторая — после термической обработки. Базой при перецентровках приняты первая и четвертая коренные шейки, что позволило усреднить биение и снизить припуски на последующую обработку. Во время второй перецентровки, произ­водимой на алмазно-расточном станке, кроме корректировки центров улучшается форма центровых фасок, уменьшается шеро­ховатость поверхности, что важно для последующей обработки детали на финишных операциях. Все это позволило ликвиди­ровать операции правки валов, уменьшить и стабилизировать межоперационные припуски и, в конечном итоге, благоприятно сказалось на надежности коленчатых валов в эксплуатации. Проблема снижения остаточных напряжений решена путем внед­рения более производительного и прогрессивного способа пред­варительной обработки коленчатых валов методом кругового фрезерования. При этом методе обработка производится много­резцовыми фрезерными головками, оснащенными твердосплав­ными неперетачиваемыми пластинками с механическим крепле­нием. Резание ведется на скорости 100—150 м/мин. Коленчатый вал производит за цикл медленный поворот в режиме подачи. Количество шеек, обрабатываемых за один поворот детали, соот­ветствует количеству фрезерных головок. Таким методом можно обрабатывать как коренные, так и шатунные шейки. По сравне­нию с точением фрезерование характеризуется сравнительно невысокой нагрузкой на коленчатый вал во время обработки. Достигается это соответствующим расположением режущих кро­мок пластинок фрезерной головки, благодаря чему весь профиль шейки делится на отдельные участки (секторы). При этом режу­щие кромки инструмента вступают в работу попеременно, что значительно снижает силы резания. Привод круговой подачи осуществляется с обоих концов вала, благодаря чему исключается   его деформация  и обеспечивается высокая геометрическая точность. Стружка дробится, что также положительно сказывается на параметрах процесса.

Обработка шатунных шеек

Обработка шатунных шеек, раз­личается методом врезания фрезерной головки. По первой схеме врезание производится в проем между щеками на величину  до достижения заданного диаметра шейки А по­следующее снятие припуска ведется при круговой подаче. По второй схеме  врезание происходит непосредственно в шейку, а остальная ее часть и проем между щеками обрабаты­ваются при круговой подаче. В этом случае за счет уменьшения длины врезания повышается производительность обработки. По первой схеме обрабатываются валы двенадцати цилиндровых дви­гателей одновременно двумя фрезами от самостоятельных при­водов последовательной обработки в сочетании 1—6-й, 2—5-й и 3—4-й шейки. Контуры шейки и щек формируются на раздель­ных станках. Шейки и щеки валов шести- и восьмицилиндровых двигателей обрабатываются по второй схеме на одном станке. Станок имеет самостоятельные позиции с независимыми приво­дами для обработки двух валов одновременно.

Коренные шейки фрезеруются одновременно, при этом выдерживаются размеры.  Шатунные шейки фрезеруют после­довательно (1, 2, 3 и 4-я) с выдержкой диаметра шейки  и толщины буртиков щек  с обоих сторон, радиусов галтелей, радиуса кривошипа . Оси кривошипов 2, 3 и 4-й шейки относительно 1-й выдерживаются с точностью ±15′. Линейные размеры до торцов щек выдерживаются с точностью 0,2 мм. Ширину шеек и радиусы галтелей по заданным размерам определяет приме­няемый инструмент. На круглофрезерные станки вал поступает с обработанными хвостовиками для базирования  в  постелях зажимных патронов и с проточкой диаметром  и ши­риной  на средней шейке для установки люнета. При фрезе­ровании коренных шеек средняя опора находится в жестком люнете, а 2 и 4-я шейки устанавливаются в следящий гидравли­ческий люнет. Благодаря этому деталь имеет надежное крепле­ние и не подвергается деформации при обработке. Снятие при­пуска ведется двумя комплектами, состоящими из двух и трех фрез, расположенных с противоположных сторон детали. Такая схема размещения инструмента позволяет снизить величину сил, скручивающих вал при обработке. При фрезеровании шатунных шеек 2, 3 и 4-я коренные шейки находятся в гидролюнетах, а 1 п 5-я помещены в базовых вкладышах зажимных патронов. В про­цессе фрезерования шатунной шейки фреза совершает синхронное С кривошипом вала возвратно-поступательное перемещение в го­ризонтальной плоскости. Как видно из приведенных схем, усилия резания  воспринимаются   хвостовиками   вала,   закрепленными I патронах жестких шпинделей. Двойной привод вала, жесткие и точные люнеты, установленные на шейках, обеспечивают мини­мальное скручивание и прогиб вала. Деформации вала по новой технологии 0,1—0,2 мм (против 1,5—2 мм по старой). Это позво­лило отказаться от первой перецентровки и получить после закалки ТВЧ и отпуска коленчатые валы с биением по коренным шейкам в пределах 0,3—0,4 мм.

Благодаря высокой точности, достигаемой на станках для кругового фрезерования, припуски на шлифование обработанных коренных и шатунных шеек сводятся к минимуму. При данном методе на обработанной поверхности образуется огибающая кривая в виде многоугольника с большим количеством граней. Такой профиль является результатом специфических условий обработки данным инструментом. При рассмотрении поверхности обработки кажется на первый взгляд, что последующее оконча­тельное шлифование можно осуществить только с повышенным износом шлифовального круга. Однако на практике имеет место обратная картина, когда грани вызывают саморегулирующий износ и очистку зерен шлифовального круга. Эта особенность процесса позволяет в ряде случаев отказаться от операции пред­варительного шлифования. Фрезерные головки оснащены твердо­сплавными поворотными пластинками, которые устанавливаются в точно выполненные пазы и закрепляются при помощи каленых клиньев.

В зависимости от профиля пластинки имеют до восьми режу­щих кромок. При повороте или замене пластинок сохраняется точность кругового вращения и ширина инструмента в пределах допуска пластинок, который составляет по ГОСТ 19086—73. Материал пластинок для обработки валов из стали 50Г-СШ и 60ХФА — твердый сплав Т14К8; формы пласти­нок 07141—270660 по ГОСТ 19061—73, 09141—180600 по ГОСТ 19058—73 и др. Смена и проверка пластинок фрезерной головки осуществляется вне станка, поэтому при замене фрезы не требуется наладки станка, что обеспечивает сокращение вре­мени на простой оборудования, связанный с техническим обслу­живанием, и обеспечивает стабильное качество. В настоящее время метод кругового фрезерования шеек коленчатых валов наиболее прогрессивен, так как обеспечивает высокую произво­дительность и точность получения геометрических параметров детали, а также снижение внутренних напряжений в волокнах металла. Конструкции станков для данного вида обработки со­вершенствуются. В частности, кругло фрезерные станки с внеш­ним расположением инструмента заменяются станками, где обра­ботка ведется фрезой с внутренним расположением зуба. Новый принцип обработки позволяет, с одной стороны, создать более жесткий рабочий орган фрезерной головки, что обеспечивает спокойную работу при повышении режимов более чем в 2 раза, с другой стороны, станок стал меньше по габаритам. Примером та­ких станков могут служить мод. RFК-250, RFК400 фирмы «Геллер».

Материалы коленчатых валов — Коленвал

Коленчатые валы могут быть изготовлены стальными кованными, стальными штампованными, чугунными литыми.

Применение углеродистой стали для изготовления коленчатых валов для двигателей малой и средней напряженности объясняется низкой стоимостью теромобработки и хорошими механическими свойствами этих сталей.

Для подавляющего большинства коленвалов стационарных, судовых и тепловозных дизелей чаще применяют стали 35, 40, 50, 35Г, 40Г, 45Г, 50Г и др. Валы быстроходных двигателей изготовляют из тех же сталей, а также из хромовых, хромоникелевых, хромомолибденовых (40Х, 40ХН, 35ХМ, 30ХН2МА, 18Х2Н4МА и др.). Для коленвалов автомобильных и тракторных двигателей применяют стали 45,50Г, 40Х, 45Г2, 38ХГН, 40ХН2МА.

Стали, легированные ванадием, хромом, молибденом, никелем имеют повышенную твердость, пластичность, износостойкость (30ХМА, 20ХН3А, 38Х2МЮА, 40Х2Н2МА, 25Х2Н4МА, 38Х2МЮА и др.) и служат для изготовления коленчатых валов  дизелей повышенной мощности.

В двигателях тракторной, автомобильной техники в последнее время нередко применяют литые коленчатые валы из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Эта технология, известная еще с советских времен, снова стала популярной.

Изготовление литых чугунных валов технологически проще и существенно дешевле. Причем экономия металла увеличивается по мере усложнения конструкции вала, износостойкойсть шеек вследствие большего наличия в чугуне графита возрастает, надежность работы вала благодаря большой циклической вязкости чугуна повышается. Однако при изготовлении чугунных коленвалов особую роль играет качественное литье на современном оборудовании с целью исключения литейных пороков. Также прочностные свойства литого коленчатого вала полностью зависят от свойств используемого материала. В случае использования высокопрочных марок чугуна ВЧ или специального модифицированного чугуна марок СЧ коленчатый вал имеет достаточные характеристики прочности и не нуждается в дальнейшей термообработке. Литой коленчатый вал имеет равномерную твердость по всему сечению и она не снижается после шлифовки.

     Как всегда, Вы можете получить подробную и персональную консультацию по телефону 
т. 050-40-08-705, 098-79-33-152
     Пожалуйста, если вам было интересно,  поделитесь ссылкой на сайт и статью, с теми кому это важно, не прячьте это от своих друзей…

 

Вал коленчатый где находится

Коленвал – что это такое и как он работает?

Двигатель – сложный агрегат, в котором нет незначительных деталей. Одна из таких его составляющих – коленвал. С одной стороны, это не сложное устройство, а простая деталь, с другой, коленчатый вал – одна из основных деталей двигателя.

Для чего нужен коленвал?

Любой автомобильный двигатель является поршневым. Принцип его работы прост: в цилиндр подается топливно-воздушная смесь, которая воспламеняется и увеличивается в объеме. Возникает избыточное давление, которое выталкивает поршень из цилиндра. Поршень при этом совершает поступательное движение, которое нужно преобразовать во вращательное, чтобы передать его в коробку передач, а дальше – на полуоси или карданный вал.

Вот именно эту функцию и выполняет коленчатый вал – преобразовывает один тип механического движения в другой, а именно: поступательное во вращательное.

Материал, из которого изготавливаются коленчатые валы, это не простая сталь, поэтому и стоимость изделия так высока, по сравнению с ценой простой металлической болванки. Сталь, из которой изготавливается вал, легируется хромом, молибденом и другими металлами, что придает изделию особую прочность. Кроме того, немаловажен сам процесс изготовления, начиная от того, как расположены волокна заготовки, заканчивая методикой изготовления – прессованием или ковкой.

С тем, что делает вал, мы разобрались, но остался вопрос – где находится коленвал? Коленчатый вал расположен в нижней части двигателя, снизу он прикрыт картером, заполненным моторным маслом. Вал закреплен в подшипниках, которые удерживают его и не дают смещаться, иногда для его усиления используются дополнительные упоры. Но есть исключение – в оппозитных двигателях коленчатый вал располагается выше, по центру ДВС.

Что собой представляет и как работает коленчатый вал?

Теория ДВС: Коленвал

Поршня в двигателе перемещаются неравномерно – пока дни опускаются, другие поднимаются – это обеспечивает плавность хода, и равномерное распределение нагрузки по времени. Коленчатый вал сдерживает ход поршней после сгорания топлива и возвращает их в исходное положение для сжатия смеси. С одной стороны он связан с газораспределительным механизмом, с другой – передает вращательный момент в трансмиссию.

Коленчатый вал состоит из нескольких шеек:

• Основные находятся точно по центральной оси вала и в процессе вращения не смещаются.
• Между ними находятся шатунные шейки, которые смещены относительно оси под разными, строго определенными углами, и при вращении описывают круг. Именно они обеспечивают взаимодействие вала и поршня.
• Между собой шейки соединены «щеками» – пластинами из толстого металла. Щеки кроме крепежной, выполняют антирезонансную функцию – во время вращения вал может войти в резонанс и разрушиться, но щеки не позволяют этому произойти.

Словами трудно описать внешний вид этой детали, если вы хотите точно представить коленвал, фото или схематическое изображение – наилучший вариант.

Принцип действия коленчатого вала:

• В момент, когда в камере воспламеняется воздушно-топливная смесь, поршень, а соответственно и связанная с ним шейка, находятся в крайнем нижнем положении.
• При воспламенении смеси поршень выталкивает шейку, которая смещается и тем самым проворачивает вал.
• В свою очередь, другая шейка, смещенная относительно описанной, под действием вращательного момента проворачивается и вдавливает сопряженный с ней поршень в цилиндр, сжимая топливно-воздушную смесь.

Дальше все продолжается аналогично. Это простой примет, не стоит забывать, что автомобильный двигатель – четырехтактный, поэтому в определенный момент поршень находится в одном из следующих положений:

• Впуск смеси.
• Сжатие смеси.
• Рабочий ход поршня.
• Выпуск отработанных газов.

Поэтому каждая из шатунных шеек расположена под углом 90 градусов по сравнению с рядом стоящими.

Немного интересной информации о коленвалах

Вытачивание коленвала

Кроме обычных серийных, существуют спортивные коленчатые валы. Они обеспечивают более быстрый ход поршня в крайней точке сжатия за счет особой формы шатунных шеек. Если у обычного вала они имеют круглую форму, то у спортивного они слегка вытянутые, за счет чего общие характеристики работы двигателя изменяются.

Среди автомобилистов бытует мнение, что маркировка коленвала может рассказать о его характеристиках. На самом деле это не так – маркировка это всего лишь каталожный номер производителя или оригинальный номер. Она ничего общего не имеет со свойствами изделия, а используется для простоты подбора запчасти.

По сути, коленчатый вал это простой кусок обработанного должным образом качественного металла или сплава. С точки зрения функциональности, это незаменимая деталь, которая испытывает огромные нагрузки, от работы которой зависит не только качество езды, но и ресурс двигателя и его деталей. По сути же, это просто передаточное звено, которое обеспечивает работу других узлов автомобиля – генератора, трансмиссии, полуосей, карданного вала и так далее.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы

Коленчатый вал (коленвал) двигателя – это одна из важных деталей КШМ, расположенная в цилиндровом блоке. Вал преобразует поступательные движения поршней во вращательный момент, который через трансмиссию передается на колеса автомобиля.

Устройство коленчатого вала

Сложная конструкция коленвала представлена в виде расположенных по одной оси колен – шатунных шеек, соединенных специальными щеками. При этом количество колен зависит от числа, формы и месторасположения цилиндров, а также тактности двигателя автомобиля. С помощью шатунов шейки соединяются с поршнями, совершающими поступательно-возвратные движения.

В зависимости от расположения коренных шеек коленвал может быть:

• полноопорным – когда коренные шейки расположены по две стороны от шатунной шейки;
• неполноопорным – когда коренные шейки расположены только по одну из сторон от шатунной шейки.

В большинстве современных автомобильных двигателей применяются полноопорные коленвалы.

Итак, основными элементами коленвала являются:

• Коренная шейка – основная часть вала, которая размещается на коренных вкладышах (подшипниках), находящихся в картере.
• Шатунная шейка – деталь, соединяющая коленвал с шатунами. При этом смазка шатунных механизмов осуществляется благодаря наличию специальных масляных каналов. Шатунные шейки в отличие от коренных шеек всегда смещены в стороны.
• Щеки – детали, соединяющие два типа шеек – коренные и шатунные.
• Противовесы – детали, которые предназначены для уравновешивания веса поршней и шатунов.
• Фронтальная (передняя) часть или носок – часть механизма, оснащенная колесом с зубцами (шкивом) и шестерней, в некоторых случаях гасителем крутильных колебаний, который осуществляет контроль над мощностью привода ГРМ (газораспределительного механизма), а также других механизмов устройства.
• Тыльная (задняя) часть или хвостовик – часть механизма, соединенная с маховиком при помощи маслоотражающего гребня и маслосгонной резьбы, осуществляет отбор мощности вала.

Фронтальная и тыльная сторона коленчатого вала уплотняется защитными сальниками, которые препятствуют протеканию масла там, где выступающие части маховика выходят за пределы блока цилиндров.

Вращательные движения всего механизма коленвала обеспечивают подшипники скольжения – тонкие стальные вкладыши, с защитным слоем антифрикционного вещества. Для предотвращения осевого смещения вала, применяется упорный подшипник, установленный на коренной шейке (крайней или средней).

Коленвал двигателя изготавливается из износостойкой стали (легированной или углеродистой) или модифицированного чугуна, методом штамповки или литья.

Принцип действия коленчатого вала

Несмотря на сложность самого устройства, принцип работы коленвала достаточно прост.

В камерах сгорания происходит процесс сжигания поступившего туда топлива и выделения газов. Расширяясь, газы воздействуют на поршни, совершающие поступательные движения. Поршни передают механическую энергию шатунам, соединенным с ними втулкой или поршневым пальцем.

Шатун в свою очередь соединен с шейкой коленвала подшипником, вследствие чего каждое поступательное поршневое движение преобразуется во вращательное движение вала. После того как происходит разворот на 180˚, шатунная шейка движется уже в обратном направлении, обеспечивая возвратное движение поршня. Затем циклы повторяются.

Процесс смазки коленчатого вала

Смазка коленвала обеспечивается за счет шатунных и коренных шеек. Важно помнить, что смазка коленчатого вала всегда происходит под давлением. Каждая коренная шейка обеспечена индивидуальным подводом масла от общей смазочной системы. Поступившее масло попадает на шатунные шейки по специальным каналам, расположенным в коренных шейках.

Коленчатый вал это перегнутый много раз стержень и всунутый в блок

Когда я учился в автошколе, преподаватель в начале занятия, отправлял какого-нибудь «незнайку» к стеллажам, чтобы тот нашёл и принес изучаемую деталь. Независимо от названия детали, чтобы «помочь» незадачливому ученику, все показывали на него и конечно коленчатый вал это был.

То есть первая деталь, которую все научились узнавать с первого раза, был именно он коленчатый вал.

Вот и мы сегодня поговорим о назначении и конструктивных особенностях коленчатого вала, а также о материалах из которых его делают.

Назначение коленчатого вала

Коленчатый вал это, одна из важных деталей двигателя. Он преобразует поступательное движение поршня во вращательное, которое через трансмиссию передается к колесам.

Несмотря на относительную сложность устройства, его принцип работы достаточно простой. В камере сгорания сжигается топливо и выделяются газы, которые толкают поршни, и придают им поступательное движение.

Поршни через шатуны отдают механическую энергию на шейку коленвала, в результате поступательное движение преобразуется во вращательное. Как только вал поворачивается на 180˚, шатун начинает двигаться в обратном направлении, возвращая поршень в исходную позицию ‒ цикл повторяется.

Коленчатый вал это конструкция, короче много раз изогнутая железяка

Коленвал представляет собой расположенные на одной оси коренные шейки, соединенные щеками и шатунные шейки, количество которых определяется числом цилиндров. При помощи шатунов шейки коленвала соединены с поршнями.

В зависимости от того как расположены коренные шейки, коленвал бывает:

• полноопорный – если коренные шейки располагаются по обе стороны от шатунной шейки;
• неполноопорный – если коренные шейки располагаются только с одной стороны от шатунной шейки.

Большинство современных автомобильных двигателей оснащены полноопорными коленчатыми валами.

Основные элементы КВ

К основным элементам относятся:

• Коренная шейка – это главная часть узла, которая находится на коренных подшипниках (вкладышах), расположенных в картере;
• Шатунная шейка – соединяет коленчатый вал с шатунами. Смазываются шатунные механизмы через специальные масляные каналы. Шатунные шейки смещены в стороны;
• Щеки коленвала – соединяют коренные и шатунные шейки;
• Противовесы – уравновешивают вес поршней и шатунов;
• Передняя, фронтальная часть или носок – элемент механизма, оснащенный зубчатым колесом (шкивом) и шестерней, а в отдельных случаях еще и гасителем колебаний. Он контролирует мощность привода газораспределительного механизма (ГРМ) и других устройств;
• Задняя часть (хвостовик) – элемент механизма, соединенный с маховиком с помощью маслоотражающего гребня и маслосгонной резьбы, выполняет отбор мощности.

Тыльная и фронтальная стороны коленчатого вала уплотняются защитными сальниками, которые не допускают протекания масла в местах, где маховик выходит за пределы блока цилиндров.

Движение коленвала гарантируют подшипники скольжения, которые представляют собой тончайшие стальные вкладыши, со специальным антифрикционным слоем. Чтобы не допустить осевое смещение, существует упорный подшипник, устанавливаемый на коренную шейку (крайнюю или среднюю).

Материалы для изготовления

Коленчатый вал это трудяга, который подвергается действию сильных, быстроизменяющихся нагрузок. Показатели его надёжности определяются конструктивными особенностями и материалами, из которого он сделан.

У этого элемента двигателя, обычно, цельная структура. Так что материалы для его изготовления должны использоваться максимально прочные, потому что от этого зависит стабильная работа системы. Лучшие материалы ‒ углеродистая и легированная сталь и высокопрочный чугун.

Коленчатые валы изготавливают методом литья, ковки из стали, а затем их вытачивают. Заготовки производят горячей штамповкой или литьем.

Важный момент ‒ расположение волокон материалов в заготовке. Чтобы они не перерезались в процессе обработки, применяют гибочные ручьи. Когда заготовка изготовлена, её еще раз обрабатывают высокой температурой и освобождают от окалины.

Материал и технология производства зависит от класса и типа автомобиля.

1. Для серийных моделей коленвалы производятся методом литья из чугуна. Это уменьшает себестоимость.
2. Для дорогих спортивных моделей берут кованные стальные коленвалы. Такой вариант обладает рядом преимуществ по размерам, весу и показателям прочности, и все чаще используются в автомобилестроении.
3. Для супердорогих двигателей изделие вытачивается из цельных стальных болванок. При этом приличная часть материала остается в отходах.

Конструктивные особенности

Теперь вы знаете, что кроме серийных, есть и спортивные коленвалы. Они дают возможность ускорить ход поршня в крайней точке сжатия, благодаря специальной форме шатунных шеек. У стандартного вала они круглые, а у спортивного ‒ немного вытянутые, за счет этого характеристики двигателя изменяются.

Многие автомобилисты считают, что по маркировке коленчатого вала можно узнать о его характеристиках. Это заблуждение – маркировка лишь номер в каталоге производителя, который используют для подбора запчасти. К свойствам изделия она не имеет отношения.

Поздравляю вас, господа. Теперь вы в курсе, что коленчатый вал это не только тяжелая железяка, но и незаменимая деталь, от которой зависит комфортная езда, ресурс двигателя и его узлов.

А ещё она обеспечивает многие устройств автомобиля крутящим моментом: трансмиссию, генератор, карданы, и так далее до колес.

Конечно рассказывать об этом своей любимой девушке не обязательно, а вот друзьям автомобилистам через социальные сети сообщите. Пусть тоже читают наш блог – будет много интересного.

И до скорой встречи.

Коленчатый вал и его назначение

Подробно рассмотрим принцип работы коленчатого вала.

Среди всех элементов конструкции двигателя внутреннего сгорания именно коленчатый вал считается наиболее важным и дорогостоящим. И это неудивительно, ведь довольно трудно найти более ответственный элемент, чем коленчатый вал. Именно данный элемент ответственен за процесс преобразования в крутящий момент возвратно-поступательного движения поршней.

Восприятие переменных нагрузок, возникающих в результате действия сил давления газа, вращающихся и движущихся масс и их сил инерции – одна из важнейших задач, которая решается исключительно благодаря данному элементу конструкции. Коленчатый вал является цельным элементом конструкции, потому правильнее будет дать ему название “деталь”. Методы ковки стали либо литья чугуна – вот главные способы изготовления этой детали. Стоит отметить, что турбированные, а также дизельные силовые установки оснащаются коленчатыми валами из наиболее прочных видов стали, и они являются более надежными.

Схема коленчатого вала.

Рассмотрев конструкцию вала, можно увидеть, что эта деталь соединяет воедино шатунные(6) и коренные шейки(9), которые, в свою очередь, объединяются друг с другом при помощи щек(5). По количеству шеек коренные опережают шатунные на один элемент, а сам вал с подобной компоновкой называется “полноопорный”. В сравнении с шатунными шейками, коренные обладают большим диаметром. Противовес(4) является естественным продолжением щеки(5) в направлении, противоположном шатунной шейке. Основной задачей противовесов является создание условий для уравновешивания веса поршней и шатунов, что напрямую влияет на работу силовой установки, делая ее более плавной и размеренной.

Между щеками находится шатунная шейка, и она носит название “колено”. Расположение колен напрямую зависит от нескольких факторов, среди которых: количество цилиндров, порядок их работы, расположение, а также тактность силовой установки. Уравновешенность мотора обеспечивается за счет положения колен. Кроме того, от данного фактора зависит равномерность воспламенения, изгибающие моменты и наименее возможные крутильные колебания.

Шатунная шейка является важнейшей опорной поверхностью для шатунов. В V-образной силовой установке коленчатый вал создается при помощи специальных шатунных шеек удлиненной формы. На этих шейках и основывается пара шатунов правого и левого ряда цилиндров. На определенных валах таких двигателей спаренные шейки шатунов несколько сдвинуты друг против друга под углом в 18 градусов, за счет чего и обеспечивается равномерное воспламенение (данная технология более известна под названием Split-pin).

Переход к щеке от шейки считается элементом, который наиболее подвержен нагрузкам среди всех элементов конструкции коленчатого вала. Чтобы добиться снижения концентрации напряжения, переход к щеке от шейки создается с определенным радиусом закругления, который также известен как галтель. За счет галтелей длина коленчатого вала способна увеличиваться, а чтобы уменьшить длину вала, эти галтели создают с углублением в шейку либо щеку.

Подшипники скольжения – еще один важный элемент, ведь они обеспечивают вращение в шатунных шейках шатунов, а вала – в опорах. Роль подшипников выполняют специальные, произведенные из прочной стальной ленты разъемные вкладыши. На эту же ленту наносится антифрикционный слой. Но почему вкладыши не проворачиваются вокруг шейки? Все потому, что они надежно фиксируются в опоре благодаря наличию выступа. Чтобы недопустить лишних перемещений вала, применяется упорный подшипник скольжения. Этот подшипник устанавливается на крайней, либо средней шейке.

Схема системы смазки.

Шатунные и коренные шейки являются частью системы смазки двигателя, при этом сама смазка производится под давлением. Конструкцией предусмотрен подвод масла для смазки к каждой конкретной опоре коренной шейки, начинающийся от общей магистрали. В дальнейшем к шатунным шейкам масло переходит по каналам, расположенным в щеках.

С коленчатого вала мощность отбирается с хвостовика, заднего конца, а к этому концу прикрепляется маховик. Спереди на конце вала (его также называют носком) имеются посадочные места, и на этих местах закрепляется звездочка (шестерня) привода распределительного вала, специальный гаситель крутильных колебаний (во многих, но не во всех конструкциях) и шкив привода вспомогательных агрегатов. Гаситель представляет собой 2 диска, которые крепятся друг к другу при помощи материала, обладающего высокой степенью упругости (резина, пружина и силиконовая жидкость). Благодаря данному упругому материалу происходит поглощение вибраций вала через внутреннее трение.

Что такое коленчатый вал (коленвал) видео, лекция:

Графическое видео о процессе работы коленвала:

Как изготавливают коленчатый вал (видео):



Изготовление коленчатого вала в Москве

Компания «Профдеталь» оказывает услугу изготовления коленчатых валов на заказ по любым чертежам или существующим образцам. Современное оборудование, профессиональный инструмент и опыт позволяют мастерам реализовывать сложнейшие проекты.

Производство коленчатых валов требует строгого соблюдения заданных размеров и других параметров. При необходимости могут быть доработаны и улучшены технические характеристики изделия, чертеж которого предоставляет клиент. Изготовленный коленвал удовлетворяет требованиям заказчика и соответствует эксплуатационным условиям.

Особенности коленвала

Коленчатые валы принимают усилие от шатуна, преобразуя его в крутящий момент. Для этого изделие должно соответствовать техническим параметрам:

• стойкость к механическому износу;
• высокая жесткость материала, которая исключает деформацию вала при эксплуатации;
• небольшой вес, снижающий инерцию;
• усталостная прочность металла под воздействием динамических нагрузок.

Качество коленчатого вала от производителя соответствует всем стандартам. Деталь обеспечивает надлежащий моторесурс силового агрегата, поэтому для ее изготовления принято использовать хромованадиевую или марганцовистую сталь.

Подходящую марку стали выбирают с учетом конструктивных особенностей изделия и нагрузок, которые оно должно выдерживать. Выбор делают на стадии разработки прототипа.

Критерии выбора коленвала

Деталь необходимо выбирать по размерам и таким основным параметрам, как количество колен, формы и положение цилиндров двигателя, такты его работы. Шейки вала через шатуны соединяются с поршнями, придавая им возвратно-поступательные движения. В зависимости от положения коренных шеек деталь бывает:

• Полноопорной. Коренные шейки размещены с обеих сторон от шатунной рейки.
• Неполноопорной. Шейки находятся с одной стороны рейки.

Первый вид коленчатых валов на нашем заводе в Санкт-Петербурге заказывают чаще, так как именно они обычно встречаются двигателях современных автомобилей.

На рабочей поверхности коленвала не должно быть царапин, сколов, задиров и других изъянов. Специалисты, занимающиеся изготовлением деталей по чертежам или реальным образцам, строго следят качеством обработки всех поверхностей. Все размеры важны, но главными среди них являются диаметр с конусностью вала, а также овальность и соосность шеек.

Перед установкой коленвал требует правильной балансировки с целью уравновешивания всех вращающихся элементов. Во избежание проблем необходимо доверять сборку двигателя с установкой изготовленного коленчатого вала профессионалам.

САЛЬНИК ПЕРЕДНИЙ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ УМЗ (5 ESPRA EO5034

 

Фильтр

• срок доставки
• Доступное количество
• Сбросить

Используя сервис по продаже автозапчастей —  Автоcистема, Вы легко можете заказать онлайн оптом и в розницу, как оригинальную деталь — САЛЬНИК ПЕРЕДНИЙ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ УМЗ (5 ESPRA. 

Так и выбрать из множества  качественных аналогов — САЛЬНИК ПЕРЕДНИЙ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ УМЗ (5 ESPRA, которые легко купить в пару шагов, используя онлайн оплату или оплатить на расчетный счет (для юридических лиц)

Есть так-же возможность заказа запчастей без предоплаты, с оплатой при получении.
 

А в случае, если Вы в сомнениях, подойдет ли деталь ESPRA с номером EO5034 к Вашему авто, мы с удольствием развеем их.
Поставьте галочку «Проверить по VIN» и введите данные Вашего автомобиля при подтверждении заказа и мы проверим применимость артикулов деталей находящихся в нем к Вашему автомобилю.  Так же Вы можете самостоятельно связвться с менеджером по номеру +7(8552) 31-48-08 и он подберет вам необходимую запчасть, которая подойдет для вашей модификации авто. 

Материалы коленчатого вала

…

Материалы коленчатых валов должны быть легко обработаны, подвергнуты механической обработке и термообработке, и должны иметь соответствующую прочность, ударную вязкость, твердость и высокую усталостную прочность. Коленчатый вал изготавливается из стали методом ковки или литья. Вкладыши коренного подшипника и шатунного подшипника изготовлены из баббита, сплава олова и свинца. Кованые коленчатые валы прочнее литых, но стоят дороже. Кованые коленчатые валы изготавливаются из стали марки SAE 1045 или аналогичной.Поковка позволяет получить очень плотный и прочный вал с зерном, идущим параллельно направлению главного напряжения. Коленчатые валы отливаются из стали, модульного чугуна или ковкого чугуна. Основное преимущество процесса литья состоит в том, что снижаются затраты на материал коленчатого вала и механическую обработку, поскольку коленчатый вал может быть изготовлен близко к требуемой форме и размеру, включая противовесы. Литые коленчатые валы могут выдерживать нагрузки со всех сторон, поскольку структура металлического зерна однородна и случайна по всей длине. Противовесы на литых коленчатых валах немного больше, чем противовесы на кованых коленчатых валах, потому что литой металл менее плотный и, следовательно, несколько легче.

Обычно автомобильные коленчатые валы в прошлом выковывались, чтобы иметь все желаемые свойства. Однако с развитием чугуна с шаровидным графитом и усовершенствованием технологий литейного производства, теперь предпочтение отдается литым коленчатым валам при умеренных нагрузках. Кованые валы предпочтительны только для тяжелых условий эксплуатации. Выбор материалов коленчатого вала и термообработки для различных применений заключается в следующем.

(i) Сталь марганцево-молибденовая.

Это относительно дешевая кованая сталь, которая используется для коленчатых валов бензиновых двигателей средней мощности.Этот сплав состоит из 0,38% углерода, 1,5% марганца, 0,3% молибдена и остального железа. Сталь подвергается термообработке закалкой в ​​масле от температуры 1123 К с последующим отпуском при 973 К, что обеспечивает твердость поверхности около 250 по числу Бринелля. Благодаря такой твердости поверхности вал подходит как для подшипников с оловянно-алюминиевым, так и свинцово-медным покрытием.

(ii) 1% хромомолибденовая сталь.

Эта кузнечная сталь используется для коленчатых валов бензиновых и дизельных двигателей средних и тяжелых режимов эксплуатации.В состав этого сплава входят 0,4% углерода, 1,2% хрома, 0,3% молибдена и остальное железо. Сталь подвергается термообработке путем закалки в масле при температуре 1123 К с последующим отпуском при 953 К. Это обеспечивает твердость поверхности около 280 по числу Бринелля. Для использования более твердых подшипников шейки могут быть подвергнуты термической или индукционной поверхностной закалке до числа Бринелля 480. Для очень тяжелых условий эксплуатации процесс азотирования позволяет получить поверхность с числом алмазной пирамиды 700 (DPN). Эти опорные поверхности подходят для всех подшипников с оловянно-алюминиевым и бронзовым покрытием.

(iii) 2,5% никель-хром-молибденовая сталь.

Эта сталь используется в тяжелых дизельных двигателях. В состав этого сплава входят 0,31% углерода, 2,5% никеля, 0,65% хрома, 0,55% молибдена и остальное железо. Сталь сначала подвергается термообработке путем закалки в масле от температуры 1003 К, а затем отпускается при подходящей температуре, не превышающей 933 К. Это обеспечивает твердость поверхности в районе числа Бринелля 300. Эта сталь немного дороже марганцево-молибденовых и хромомолибденовых сталей, но имеет улучшенные механические свойства.

(iv) Сталь с 3% -ным хромомолибденом или 1,5% -хром-алюминием-модибденом.

Эти кованые стали используются для коленчатых валов дизельных двигателей, пригодных для подшипников из твердых материалов с высокой усталостной прочностью. Легирующие композиции включают 0,15% углерода, 3% хрома и 0,5% молибдена или 0,3% углерода, 1,5% хрома, 1,1% алюминия и 0,2% молибдена. Первоначальной термообработкой для обеих сталей является закалка в масле и отпуск при 1193 К и 883 К или 1163 К и 963 К соответственно для двух сталей.Валы закалены азотированием, так что азот поглощается их поверхностными слоями. Если азотирование выполняется хорошо в галтелях шейки, усталостная прочность этих валов увеличивается как минимум на 30% по сравнению с валами с индукционной закалкой и валами с поверхностной закалкой пламенем. Сталь с 3% -ным содержанием хрома имеет относительно прочную поверхность и твердость от 800 до 900 DPN. С другой стороны, кожух из стали с содержанием 1,5% хрома имеет тенденцию быть немного более хрупким, но имеет повышенную твердость порядка 1050 — 1100 DPN.

(v) Чугуны с шаровидным графитом.

Эти чугуны также известны как чугуны со спероидальным графитом или ковкие чугуны. Эти серые чугуны содержат от 3 до 4% углерода и от 1,8 до 2,8% кремния, а узелки графита диспергированы в перлитной матрице вместо образования поддельного графита. Для достижения этой структуры в расплав добавляют около 0,02% остаточного церия или 0,05% остаточного ниагния, или даже то и другое, благодаря чему сера удаляется и в литом материале образуется множество небольших сфероидов.Поверхностная твердость литого чугуна с шаровидным графитом выше, чем у стали такой же прочности, их соответствующие твердости составляют от 250 до 300 и от 200 до 250 по числу Бринелля. Пламенная или индукционная закалка позволяет получить поверхность с числами Бринелля от 550 до 580, а также при необходимости может быть применено азотирование.

Чугун с шаровидным графитом обладает преимуществами свойств серого чугуна (то есть низкой температурой плавления, хорошей текучестью и литьем, отличной обрабатываемостью и износостойкостью), а также механическими свойствами стали (то есть относительно высокой прочностью, твердостью, ударной вязкостью). , удобоукладываемость и закаливаемость).В настоящее время большое количество коленчатых валов как для бензиновых, так и для дизельных двигателей изготавливается из чугуна с шаровидным графитом, а не из более дорогой кованой дорогой кованой стали. Для поддержания несколько более низкой ударной вязкости и усталостной прочности этих чугунов используются более крупные сечения и максимальное количество основных шеек.

Термическая обработка.

(a) Пламенное и индукционное поверхностное упрочнение.

Это методы поверхностного упрочнения стали с содержанием углерода от 0,3 до 0,5% без использования специальных соединений или газов.Основной принцип — быстрое нагревание поверхности с последующей закалкой только водой. Поскольку он нагревается локально, а не нагревает всю массу, упрочнение значительно снижается, и исключается деформация цапфы.

Закалка в пламени осуществляется кислородно-ацетиленовым пламенем при температуре поверхностного слоя от 993 до 1173 К. Температура поверхности зависит от эквивалента содержания углерода различных легирующих элементов в стали. За процессом нагрева следует закалка в воде.Поскольку фактический период нагрева и охлаждения имеет решающее значение, он задается заранее и в большинстве случаев регулируется автоматически.

Индукционная закалка осуществляется путем электрического наведения тепла на закалываемую поверхность. В этом случае исключается опасность перегрева или ожога поверхности металла, как при закалке пламенем. Индукционная катушка окружает цапфу и проводит ток высокой частоты. Это вызывает циркулирующие вихревые токи на поверхности шейки, в результате чего ее температура повышается, и тепло в основном ограничивается внешней поверхностью шейки.В этом процессе, чем выше частота тока, тем ближе тепло к коже. При достижении необходимой температуры ток автоматически отключается, а поверхность одновременно гасится струей воды, которая проходит через отверстия в индукционном блоке.

(б) Азотирование. Процесс поверхностного упрочнения.

В этом процессе цапфы нагреваются до 773 К в течение заданного времени в атмосфере газообразного аммиака, так что азот в газе абсорбируется поверхностным слоем.Легирующие элементы, такие как хром, алюминий и молибден, присутствующие в стали, из твердых нитридов. Нитриды алюминия образуют очень твердый мелкий корпус. Нитриды хрома диффундируют на большую глубину, чем нитриды алюминия. Молибден увеличивает прокаливаемость, дает измельчение зерна и улучшает ударную вязкость сердечника.

В этом процессе можно напрямую использовать цапфы, отшлифованные до их окончательного размера, поскольку после азотирования не происходит закалки, что позволяет избежать деформации в отличие от других процессов поверхностного упрочнения.Низкая скорость проникновения через поверхность увеличивает стоимость процесса, например, для изготовления корпуса глубиной около 0,2 мм требуется 20 часов.

(c) Процесс карбонитрирования и поверхностного упрочнения.

Tufftride ’- это самый известный процесс карбонитрирования в соляной ванне. Коленчатый вал погружается в ванну с расплавом солей с температурой около 853 К на относительно короткое время цикла, составляющее два-три часа. При этом углерод и азот отделяются от солей и диффундируют на поверхность.Поскольку азот более растворим в железе, чем углерод, он диффундирует дальше в материал. На поверхности образуются твердые карбиды железа и вязкие нитриды железа, в результате чего значительно повышается устойчивость к износу, истиранию (отслаиванию поверхности), заеданию и коррозии.

В зависимости от используемой стали этот внешний слой имеет глубину заклинивания от 6 до 16 с твердостью от 400 до 1200 DPN. Под этим внешним слоем избыточный азот переходит в твердый раствор с железом, благодаря которому он укрепляется.Эта внутренняя диффузионная зона образует барьер, предотвращающий распространение трещин, ведущих к усталостному разрушению.

Эта поверхностно-упрочняющая обработка, также известная как мягкое азотирование МАХОВИКА, становится все более популярной как для стали, так и для чугуна, и ожидается, что она заменит другие более дорогие процессы для компонентов с использованием простых углеродистых сталей, требующих твердости поверхности и коррозионной стойкости. Этот процесс намного быстрее и дешевле и дает свойства, аналогичные азотированию, но глубина твердости обычно меньше, что может быть проблемой, если вал должен быть переточен.

Материалы коленчатого вала | Термическая обработка коленчатого вала | Кованые коленчатые валы из материалов

Материалы коленчатого вала:

Стальные сплавы, обычно используемые в высокопрочных коленчатых валах, были выбраны с учетом того, что каждый разработчик считает наиболее желательным сочетанием свойств. Здесь обсуждается номинальный химический состав сплавов коленчатого вала. Среднеуглеродистые стальные сплавы состоят в основном из железа и содержат небольшое количество углерода 0.От 25% до 0,45%, описывается как «от 25 до 45 баллов» углерода, несколько комбинаций легирующих элементов, смесь которых была тщательно разработана для придания определенных свойств целевому сплаву, включая твердость, поверхность и твердость сердцевины, предел прочности на растяжение, предел текучести, предел выносливости, усталостная прочность, пластичность, ударопрочность, коррозионная стойкость, устойчивость к возгоранию.

Обычно используемые легирующие элементы в этих углеродистых сталях — марганец, хром, молибден, никель, кремний, кобальт, ванадий, а иногда и алюминий и титан.Каждый из этих элементов добавляет определенные свойства данному материалу. Содержание углерода является основным определяющим фактором предельной прочности и твердости, до которой такие сплавы могут подвергаться термообработке.

Химия сплавов коленчатого вала
Материалы	AMS	С	млн	Кр	Ni	Пн	Si	В
4340	6414	0.4	0,75	0,82	1,85	0,25
EN-30B		0,3	0,55	1,2	4,15	0,3	0,22
4330-М	6427	0,3	0,85	0,9	1,8	0,45	0,3	0,07
32-CrMoV-13	6481	0.34	0,55	3	<0,30	0,9	0,25	0,28
300 — M	6419	0,43	0,75	0,82	1,85	0,4	1,7	0,7

Ключ: —

• C = углерод
• Mn = марганец
• Cr = хром
• Ni = никель
• Mo = молибден
• Si = кремний
• V = ванадий
• AMS = Номер спецификации материала самолета

Также читайте: Что такое блок цилиндров? | Материалы блока цилиндров и гильзы | Конструкция блока цилиндров

Химия сплавов коленчатого вала

Помимо легирующих элементов, высокопрочные стали тщательно очищаются для удаления как можно большего количества нежелательных примесей, таких как сера, фосфор, кальций и т. Д.Определяет допустимую процентную долю легирующих элементов. Сталь самого высокого качества обычно указывается и заказывается по номеру AMS (Спецификация материалов для аэрокосмической промышленности). Эти стекла жестко ограничивают химический состав, и требуемая чистота часто может быть достигнута только путем плавления в вакууме, а затем повторного плавления в вакууме для дальнейшего рафинирования металла. Типичный метод вакуумной обработки — это VIM и VaR.

Индукционная плавка в вакууме (VIM) — это процесс производства сталей очень высокой чистоты путем плавления материала путем индукционного нагрева внутри камеры высокого вакуума.Вакуумная дуговая переплавка (VAR) — это процесс рафинирования, при котором сталь переплавляется в вакуумной камере для уменьшения количества растворенных газов в металле. Нагрев происходит за счет электрической дуги между расходуемым электродом и слитком. Существуют и другие сверхвысокопрочные стали, не являющиеся углеродистыми сталями.

Эти стали, известные как «слитные» стали, очищаются для удаления как можно большего количества углерода и содержат большое количество никеля (15%) в качестве побочного продукта их кристаллических структур.Обладает исключительными прочностными и усталостными свойствами. И выше) и кобальта (6% и выше). Эта сталь может достигать экстремальных уровней прочности и сохранять отличную стойкость к ударам.

Насколько я мог определить, мартенситностареющие сплавы в настоящее время (2008 г.) не используются для гонок коленчатого вала, но они использовались в некоторых экстремальных приложениях Conrads. В мире высокопроизводительных коленчатых валов никель-хром-молибденовый сплав SAE-4340 (AMS-6414) является фаворитом как для кованых, так и для заготовок.Он используется из-за его очень высоких прочностных и усталостных свойств, сочетается с хорошей пластичностью и ударопрочностью при высокой прочности. SAE-4340 имеет номинальную марку углерода 40 и часто описывается как «стандарт, с которым сравнивают другие сверхвысокопрочные сплавы».

Есть свидетельства того, что более низкое содержание углерода обеспечивает лучшую ударопрочность (меньшую чувствительность к надрезам) в некоторых сплавах. Закаленные на воздухе никель-хром-молибденовые сплавы EN-30B используются в некоторых высокотехнологичных коленчатых валах как в коммерческих, так и в VAR-формах.Эти сплавы содержат 30 единиц углерода и более 4% никеля (400 единиц). Он обладает хорошей ударопрочностью при высокой прочности и часто используется в буровом оборудовании, а также в высоконагруженных компонентах зубчатых передач и трансмиссий.

Возможность закалки на воздухе для достижения определенной жесткости сердечника коленчатого вала является дополнительным преимуществом, поскольку исключаются деформации и остаточные напряжения, возникающие в результате закалки в масле. Некоторые производители предлагают коленчатые валы в заготовках из EN-30B.

По крайней мере, один американский производитель коленчатых валов для сверхмощных коленчатых валов для NASCAR Cup, Top Fuel, Pro-Stock, Early IRL и других мест выбрал высокочистую низкоуглеродистую версию никель-хромомолибденовых сталей серии 43xx. .Полноценный вариант Э-4330-М (AMS 6427). Эти материалы имеют номинальное содержание углерода 30 единиц и стали фаворитом для компонентов бурения нефтяных скважин и реактивных двигателей из-за их высокой твердости и ударопрочности при термообработке для повышения прочности.

Этот производитель использует незначительные вариации химического состава для различных применений, но не хотел обсуждать особенности вариаций и то, как они влияют на желаемые свойства. Компания поддерживает жесткий контроль над всем процессом, закупая конкретный химический состав у одного производителя высококачественной стали и выполняя термическую обработку, криогенную обработку, ионное азотирование и высокотехнологичный контроль.За нитридным процессом может следовать чистовое шлифование с использованием ионного азотирования.

Материал, который в настоящее время считается сверхэкстремальным сплавом коленчатого вала, — это сталь, доступная от французских производителей Aubert & Duval, известная как 32-CrMoV-13 или 32CDV13. Это сплав для глубокого азотирования, содержащий 300 точек хрома, разработанный в середине девяностых годов специально для подшипников в аэрокосмической отрасли. Он доступен в трех вариантах. ГКХ — профессиональная чистота и химическая устойчивость. GKH-W — это сорт с высокой степенью чистоты (VAR) и строгой химической стойкостью.GKH-YW — это очень чистый сорт (VIM — VAR), который, как говорят, стоит в два раза дороже за фунт, чем сорт -W.

Согласно данным, предоставленным Aubert & Du улучшение (более чем на 22%) усталостной прочности по сравнению с классами -W и, как утверждается, немного меньше, чем предел текучести предела выносливости, что поистине поразительно.Мне сказали, что из-за экстремальных уровней напряжения коленчатого вала Formula One большинство из них используют сплавы -YW, в то время как более низкие уровни натяжения коленчатого вала позволяют успешно использовать класс -W.

Известный производитель (Chambon) разработал процесс, который позволяет изготавливать более глубокий слой нитрида корпуса в этом сплаве (глубиной около 1,0 мм по сравнению с более типичным слоем толщиной от 0,10 до 0,15 мм). Они заявляют, что этот глубокий корпус обеспечивает очень короткий резкий градиент твердости от поверхности> 60 HRC до сердечника 40-45 HRC, что улучшает усталостные и ударные свойства стали.В нем указывается, что процесс глубокой обработки требует нескольких дней в печи для азотирования, но позволяет проводить чистовую шлифовку после глубинного азотирования, используя очень сложный процесс для устранения искажений, возникающих во время азотирования.

Ни одно обсуждение высококачественных материалов коленчатых валов не будет полным без упоминания сверхвысокопрочного сплава, известного как 300M (AMS 6419). Этот сплав является модификацией исходного химического состава 4340, к которому добавлено еще несколько точек углерода (более высокая достижимая твердость и прочность), а также 170 точек кремния и 7 точек ванадия.Ванадий действует как измельчитель зерна, а кремний позволяет материалу иметь очень высокую прочность (285 тыс. Фунтов на квадратный дюйм) и усталостные свойства, сохраняя при этом чрезвычайно хорошую ударопрочность и ударную вязкость.

Также читайте: Что такое гильза цилиндра? | Материал гильзы цилиндра | Функция гильзы цилиндра | Типы гильзы цилиндра

Термическая обработка коленчатого вала:

Типичный процесс термообработки сплавов углеродистой стали сначала изменяет структуру обработанной детали путем нагрева детали до полной температуры в печи, чтобы преобразовать ее в гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру аустенита («аустенизация»). .Деталь стабилизируется в диапазоне от 1550 ° F до 1650 ° F, в зависимости от конкретного материала. После этого деталь вынимают из нагревательной печи и быстро охлаждают («закаливают») для отвода тепла от деталей со скоростью, достаточной для превращения большого процента аустенитной композиции в мелкозернистый мартенсит.

Желаемая мартенситная кристаллическая структура стали после закалки — это высокая прочность, высокая твердость, форма железоуглеродистых растворов. Скорость охлаждения, необходимая для достижения максимального изменения, зависит от твердости материала, которая определяется комбинацией легирующих элементов.Деформация и остаточное индуцированное напряжение — две самые большие проблемы, связанные с термообработкой.

Менее жесткие методы закалки снижают остаточное напряжение и деформацию. Некоторые сплавы (например, EN-30B и некоторые инструментальные стали) могут достигать полной твердости путем закалки на воздухе. Другие сплавы с более низкой твердостью можно закалить в солевой ванне с температурой 400 ° F. Тем не менее, для других требуется закалка на основе полимеров в масле и, по крайней мере, для твердых сплавов, требующих закалки в воде.

Удар при закалке водой часто бывает достаточно сильным, чтобы сломать деталь или вызвать серьезные остаточные напряжения и деформации.По мере того, как твердость материала уменьшается, твердость (следовательно, прочность) сильно меняется от поверхности к сердцевине материала. Материалы с более высокой твердостью могут достигать более однородной твердости после закалки.

Как правило, твердость после износа, обеспечивающая лучшую пластичность и ударные свойства, недостаточна для изнашиваемых поверхностей магазинов кривошипа. Кроме того, усталостная прочность материалов при такой твердости недостаточна для приемлемого срока службы. В настоящее время предпочтительным процессом, который обеспечивает резкое улучшение как твердой поверхности шейки, так и усталостной долговечности, является азотирование (а не «нитрование» — нитраты представляют собой кислородсодержащие соединения азота).

Азотирование — это процесс диффузии элементарного азота на поверхность стали с образованием нитрида железа (FeNx). В результате получается более прочный и прочный корпус, а также остаточное поверхностное сжимающее напряжение. Деталь имеет высокопрочную, твердую поверхность с высокой износостойкостью и значительно улучшает усталостные характеристики благодаря высокой прочности корпуса и остаточному сжимающему напряжению.

Этот эффект возникает без необходимости закалки за счет температур азотирования.Толщина кожуха обычно довольно мала (от 0,10 до 0,20 мм), хотя, по крайней мере, один производитель коленчатых валов разработал способ увеличения толщины нитридного слоя до 1,0 мм. Существует три распространенных процесса азотирования: газовое азотирование (обычно аммиак), азотирование в солевой ванне (цианидные соли) и, точнее, плазменно-ионное азотирование.

Все три имеют примерно одинаковую температуру (925 — 1050 ° F), которая, конечно, становится конечной температурой деталей — эффективность азотирования зависит от химического состава стального сплава.Наилучший результат достигается, когда сплавы содержат один или несколько нитридообразующих элементов, включая хром, молибден и ванадий.

Также читайте: Что такое обработка коленчатого вала? | Обработка коленчатого вала | Способ обработки коленчатого вала | Детали обработки коленчатого вала

Кованые коленчатые валы материалов:

Если одна была сделана для ваших двигателей, наиболее распространенной сталью является сталь 1038. Это в основном простая старая чистая сталь с добавлением углерода для целей термообработки.Коленчатый вал из кованой стали обычно является хорошим выбором из-за его низкой стоимости и высокой мощности, особенно при покупке. Эти кованые коленчатые валы будут по-прежнему использоваться в более сложных условиях, чем литые коленчатые валы, но по-прежнему потребуют некоторой подготовительной работы, прежде чем их можно будет использовать в двигателях.

Опять же, первое, что мы делаем, — это не тратим время и деньги на треснувший коленчатый вал. Далее снимаем стояк с заброса штанги и просверливаем масляную скважину поперек. Другой вариант, особенно привлекательный для гонщиков кольцевых гусениц, — это сверление штанг параллельно оси кривошипа с помощью стержня или отверстий 7/8.

Это делает шейку стержня полой и очень легкой, с минимальной потерей прочности, и это можно сделать менее чем за 100 долларов. В конце концов, кованый коленчатый вал был снят, прежде чем его можно было реверсировать. Он также снимает напряжение со стали и делает коленчатый вал более стабильным. Кованый коленчатый вал, сконструированный таким образом, сможет выжить во всех гоночных условиях, кроме самых сложных. Гонщик может выбрать, какая степень коленчатого вала лучше всего подходит для его применения и бюджета.

На вершине лестницы находятся коленчатые валы из кованой и стальной стали.Это много разных производителей и ценовых категорий. Итак, как гонщик решает, по какому пути идти? Во-первых, я расскажу о самых распространенных доступных материалах. Есть 4130 и 4340 — эти числа постоянно появляются в рекламе коленчатого вала, но знаем ли мы, что они означают? Я постараюсь дать краткие пояснения. Последние два числа говорят нам, сколько сотых углерода содержится в материале. Углерод увеличивает твердость стали. В 4130 будет 30% углерода, в 4340 — 40% и так далее.

И 4130, и 4340 начинаются с # 4; это говорит нам о том, что сталь смешана с молибденом или молибденом.Это придает прочности стали. Больше молибдена означает более твердый коленчатый вал. 4130 содержит 20% молибдена, а 4340 — 25%. Помимо большего количества углерода и молибдена, 4340 также легирован никелем; это отмечено вторым номером в сплаве. Никель «3» обеспечивает глубокую и равномерную жесткость коленчатого вала.

Также читайте: Что такое раздавливание подшипника? | Подшипник Crus | Проверка износа подшипника

Процессы производства коленчатого вала:

№1. Необработанная поковка коленчатого вала V8 с двумя плоскостями

Многие высокопроизводительные коленчатые валы изготавливаются методом ковки, в котором заготовка подходящего размера нагревается до подходящей температуры ковки, обычно в диапазоне 1950-2250 ° F, а затем последовательно сжимается и растягивается до желаемого размера.Или зажатая между парами, заготовка умирает под очень высоким давлением.

Эти наборы штампов имеют вогнутую отрицательную форму желаемой внешней формы. Для придания формы сложной формы и / или чрезмерной деформации часто требуется более одного набора штампов. Первоначально шатуны V8 с двумя плоскостями выковывались в одной плоскости, затем основные шейки номер два и четыре были повторно нагреты и повернуты на 90 ° для перемещения шатунов номер два и три в вертикальной плоскости. Более поздние разработки в области кузнечных технологий позволили изготовить прямые двухплоскостные кривошипы «без скручивания».

№2. Обработка заготовки коленчатого вала

Предоставлено Bryant Racing: — Верхняя часть спектра автоспорта, коленчатые валы производятся из заготовок из высококачественных легированных сталей. Заготовки коленчатого вала изготавливаются полностью из круглого прутка («заготовки») выбранного материала. Этот метод производства обеспечивает исключительную гибкость конструкции и позволяет быстро вносить изменения в конструкцию в поисках оптимальных рабочих характеристик.

В дополнение к полностью обработанным поверхностям процесс заготовки позволяет легко разместить противовес и журнальную перемычку именно там, где их хочет дизайнер.Этот процесс включает в себя сложные операции механической обработки, в частности, формование и подрезание противовеса, нарезание нарезов и сверление коренной шейки и шейки штанги, а также каналов для смазки при сверлении.

Наличие многоосного, высокоскоростного и высокоточного обрабатывающего оборудования с ЧПУ сделало метод от заготовки к заготовке значительно экономически эффективным и позволило чрезвычайно точное изготовление в сочетании с точными методологиями проектирования 3D-CAD и FEA. Коленчатые валы часто нуждаются в небольшом массировании последнего для балансировки.

№3. Сборный радиальный кривошип двигателя

Существует старый аргумент, что кованые кривошипы лучше кривошипов для заготовок из-за якобы плавного потока зерна, который может быть достигнут в процессе ковки. Это может быть верно для некоторых компонентов, но в отношении коленчатого вала аргумент не работает из-за больших дислокаций в материале, которые требуются для перемещения материала шатунной шейки и противовеса от центров поковок к внешнему краю детали. .

Полученная зернистая структура типичных поковок кривошипа V8 демонстрирует свойства фрагментированного зерна, аналогичные свойствам обработанных заготовок. Более чем один производитель коленчатых валов сказал мне, что нет никакого способа выжить после штамповки из обычно используемого стального сплава SAE-4340 (AMS-6414) в одном из сегодняшних чашечных двигателей. Несколько лет назад Cosworth попытался создать коленчатый вал Формулы-1, собрав вместе различные секции, включая шейки, перемычки и противовесы.

Предполагаемое намерение состояло в том, чтобы иметь возможность улучшить форму и сечение различных компонентов, тем самым уменьшая MMOI при достижении равной или лучшей жесткости.Хотя никто не хотел подробно рассказывать об усилиях, ходят слухи, что они проводились один или два раза, а затем были прекращены из-за высокой стоимости и сложности по сравнению с измеримыми выгодами.

В некоторых случаях они являются преимуществами использования сборного коленчатого вала. Из-за механизма «ведущая штанга», необходимого для реализации радиально-поршневого двигателя, который приводил в действие большинство самолетов до конца 20-го века, почти исключительно использовалась конфигурация коленчатого вала, соединенная болтами. Незакрепленные противовесы будут рассмотрены позже в этих статьях.

Понравился этот пост? Поделитесь этим с вашими друзьями!

Рекомендуемое чтение —

Основное руководство по выбору коленчатого вала Chevy

Коленчатый вал — это основа любой мыши или крысы.

Без хорошего и прочного коленчатого вала ваш высокопроизводительный двигатель Chevy (или любой другой двигатель, если на то пошло) рискует получить серьезную травму. Независимо от того, строите ли вы маленький или большой блок с нуля или вносите серьезные изменения в существующую мельницу, важно, чтобы ваш коленчатый вал соответствовал вашему применению и ожидаемым характеристикам.Вот почему мы обратились к экспертам технического отдела Summit Racing , чтобы узнать, как правильно выбрать коленчатый вал Chevy.

Соответствие коленчатого вала двигателю

Здесь мы сосредоточимся на двигателях Chevrolet, поэтому давайте начнем с некоторых основных характеристик, которые вы должны знать при выборе коленчатого вала для вашего двигателя:

В то время как стандартные конфигурации двигателей скрепляются болтами вместе с заводскими спецификациями, комбинации строкеров часто требуют специальных мер, чтобы гарантировать, что коленчатый вал и шатун вписываются в заданное пространство.Это может означать нестандартную длину стержня, ход коленчатого вала и дополнительную очистку двигателя.

Это тема для целого другого поста.

А пока давайте сосредоточимся на поиске правильного коленчатого вала для вашего двигателя Chevrolet стандартной конфигурации.

Материалы коленчатого вала

В первую очередь следует учитывать материал коленчатого вала и то, как он соотносится с вашим конкретным применением. Существует четыре основных типа материалов, используемых для изготовления коленчатого вала: чугун или чугун с шаровидным графитом, литая сталь, кованая сталь и заготовки.

Коленчатые валы из литого чугуна

и чугуна с шаровидным графитом обычно поставляются изготовителями оригинальных комплектующих. Большинство чугунных коленчатых валов имеют предел прочности на разрыв в диапазоне 65 000–80 000 фунтов на квадратный дюйм. Некоторые компании, в том числе Scat, , будут добавлять графит в свои чугунные кривошипы для повышения сопротивления усталости. Коленчатые валы из чугуна с шаровидным графитом слегка приподнимают планку, обеспечивая прочность на разрыв, близкую к диапазону 100 000 фунтов на квадратный дюйм.

Если у вас есть стандартное или слегка измененное уличное применение, шатуны из литого или чугуна с шаровидным графитом являются доступным способом.По словам Карла Притса, советника технического отдела Summit Racing, эти коленчатые валы обычно надежно рассчитаны на мощность от 300 до 400 лошадиных сил и могут выдерживать периодическое использование трассы в выходные дни.

Коленчатый вал из литой стали от Manley.

Коленчатые валы из литой стали — следующая ступенька чугуна. Литая сталь сначала представляет собой жидкость, а затем ее выливают в форму перед охлаждением. Это относительно недорогой производственный процесс, но стальная конструкция делает эти коленчатые валы намного прочнее, чем оригинальные конструкции.По словам Приттса, коленчатые валы из литой стали идеально подходят для надежных приложений мощностью до 500 лошадиных сил.

«Литые коленчатые валы идеально подходят для уличных применений, работающих на бензиновом насосе с хорошими манерами вождения», — сказал Приттс.

Приттс говорит, что эти шатуны лучше всего использовать с двигателями от 327 до 383 кубических дюймов со степенью сжатия от 8,5: 1 до 10: 1, мягким кулачком и, возможно, умеренным сумматором мощности, таким как комплект закиси азота для малой мощности. Для более крупных кубических двигателей со степенью сжатия от 11: 1 до 14: 1 и крупными усовершенствованиями — алюминиевыми головками с большим отверстием, большим распределительным валом, большими коллекторы и даже сумматором мощности — он рекомендует использовать кованый коленчатый вал.

Коленчатый вал из кованой стали от Scat.

Коленчатые валы из кованой стали идеально подходят для сильно модифицированных двигателей и большинства гоночных автомобилей. Во время процесса ковки отдельный кусок расплавленной стали сжимается и, по существу, выжимается до его конечного состояния с помощью мощных прессов и штампов. Этот производственный процесс, наряду с типом используемой стали, делает кованые коленчатые валы очень прочными при правильной установке.

Коленчатые валы обычно изготавливаются из одной из этих высокопрочных сталей:

• 1053: углеродистая сталь с пределом прочности на разрыв в диапазоне 110000 фунтов на квадратный дюйм
• 5140: хромистая сталь с пределом прочности при растяжении в диапазоне 115 000 фунтов на кв. Дюйм
• 4130/4140: хромомолибденовая сталь с пределом прочности при растяжении примерно 120 000–125 000 фунтов на кв. Дюйм
• 4340: хромоникелевый сплав с пределом прочности при растяжении около 140000 фунтов на кв. Дюйм

Также существует два типа процессов ковки: скрутка и некрутка.В более простом методе скручивания матрицы расположены в одной плоскости, но необработанная поковка должна быть скручена, чтобы образовались смещенные шейки коленчатого вала. В процессе ковки без скручивания, который сейчас используется большинством производителей коленчатых валов на вторичном рынке, используются более сложные штампы для одновременной штамповки всех четырех ходов кривошипа. Теоретически это вызывает меньше внутренних напряжений в поковке, чем метод скручивания.

В зависимости от типа стали и производственного процесса, по словам Приттса, кованые коленчатые валы могут надежно выдерживать от 600 до 1000 лошадиных сил.

На самом верху пищевой цепи находятся коленчатые валы из стальных заготовок. Эти кривошипы представляют собой сплошной стержень из высококачественной стали, а затем вырезаются и обрабатываются до окончательной формы коленчатого вала. Из-за процесса обработки они считаются самыми прочными коленчатыми валами и часто не имеют ограничений по номинальной мощности. Однако этот же процесс обработки делает коленчатые валы из заготовок самыми дорогими. Обычно они используются в гоночных автомобилях высшего класса со сверхмощной мощностью.

Внутренний vs.Внешний баланс

По словам Приттса, одна из самых распространенных ошибок — это неправильная балансировка коленчатого вала. Все коленчатые валы должны быть сбалансированы для вашей комбинации поршня и шатуна, и обычно производитель коленчатого вала указывает, как его продукт предназначен для балансировки.

Коленчатые валы с внутренней балансировкой могут использовать только противовесы для балансировки коленчатого вала. Кривошипы с внешней балансировкой часто требуют правильной балансировки внешних элементов.Это может быть добавлено к гасителю гармоник и / или маховику. Согласно Eagle Specialties, двигатели Chevy 305 и 350 обычно являются внутренне сбалансированными. Chevy 400 и 454 часто внешне сбалансированы.

В любом случае, вы всегда должны отправлять вращающийся узел в надлежащим образом оборудованный механический цех для окончательной балансировки.

Прочие соображения

Закругленная кромка журнала (изображение любезно предоставлено darkside.ca).

Коленчатые валы

могут изготавливаться с применением различных дополнительных процессов для улучшения сопротивления усталости или уменьшения общей массы.Например, многие стальные коленчатые валы могут быть подвергнуты индукционной закалке, дробеструйной обработке или криогенной обработке для повышения прочности. Вы можете узнать больше об этих процессах здесь. Коленчатые валы могут также иметь закругленные галтели шейки, из-за которых шейки соприкасаются со щеками кривошипа, что является типичным слабым местом. Чтобы облегчить общий вес, коленчатые валы также могут быть перфорированы или поставляться с противовесами с прорезями.

5 распространенных ошибок

Приттс говорит, что существует пять распространенных ошибок, которые люди допускают при выборе коленчатого вала:

1. Покупки на площадке для обмена: «Детали здесь обычно изношены или ломаются», — сказал Приттс.
2. Бюджетное строительство и ожидание, что коленчатый вал прослужит долго.
3. Сборка не сбалансирована должным образом.
4. Неправильный учет зазоров на ходовых механизмах.
5. Использование неправильных подшипников на кованой рукоятке.

Выполняя домашнюю работу и избегая распространенных ошибок, вы найдете подходящий коленчатый вал Chevy для своего двигателя.

Автор: Дэвид Фуллер Дэвид Фуллер — управляющий редактор OnAllCylinders.За свою 20-летнюю карьеру в автомобильной промышленности он освещал множество гонок, шоу и отраслевых мероприятий, а также написал статьи для нескольких журналов. Он также сотрудничал с ведущими и отраслевыми изданиями по широкому кругу редакционных проектов. В 2012 году он помог создать компанию OnAllCylinders, где ему нравится освещать все аспекты хот-роддинга и гонок.

Как выбрать материалы для кованых коленчатых валов? Коленчатые валы

широко используются в автомобильных двигателях, которые принимают возвратно-поступательное движение поршней, движущихся вверх и вниз в цилиндре, и преобразуют его во вращательное движение, которое можно использовать для поворота колес.Но при использовании нам все еще необходимо знать, какие материалы коленчатого вала являются лучшими и как выбрать подходящий для вашего применения.

В прошлом люди думали, что чугун используется в качестве материала коленчатого вала для большинства двигателей из-за его высокой стоимости. Иногда некоторые ребята могут сказать, что коленчатый вал из чугуна не годится для двигателя, но при правильной подготовке эти коленчатые валы выживут в большом количестве. Для умеренного уличного использования или восстановления запасов все, что мы делаем в магазине, — это магнифлюкс и их переточка.Если гонщик хочет использовать его для гонок на кронштейнах или ограниченного использования овальной трассы, мы удалим все дефекты литья на бросках удилища, чтобы исключить подъемники напряжения (место появления трещин). Мы также просверлим отверстия для масла, чтобы обеспечить лучшую смазку подшипников штока. Одна из самых важных вещей, которые мы делаем с чугунным двигателем с коленчатым валом, — это не коленчатый вал. Очень важно, чтобы мы использовали штоки и поршни, которые были как можно более легкими, чтобы они не оторвали шейку штока от кривошипа, когда он пытается их остановить и потянуть обратно вниз по цилиндру в верхней мертвой точке.При правильной подготовительной работе и легкой комбинации штока и поршня чугунный коленчатый вал должен без проблем выдерживать более 500 л.с.

Далее на трапе коленчатого вала стоит коленчатый вал из кованой стали (литой против кованого коленвала). Если одна из них была сделана для вашего двигателя, наиболее распространенной используемой сталью является сталь 1038. Это в значительной степени обычная старая чистая сталь с добавлением углерода для целей термообработки. Коленчатый вал из кованой стали обычно является хорошим выбором из-за его низкой стоимости и высокой прочности, особенно когда он покупается подержанным.Эти кованые коленчатые валы пригодны для применения в более сложных условиях, чем литые коленчатые валы, но все же требуют некоторой подготовительной работы перед использованием в двигателях. Опять же, первое, что мы делаем, — это увеличиваем его, чтобы убедиться, что мы не тратим время и деньги на треснувший коленчатый вал. Также снимаем стояки напряжения с забросов штанги и просверливаем масляные скважины поперечно. Другой вариант, особенно привлекательный для гонщиков на кольцевых гусеницах, — это просверлить ход штока параллельно оси кривошипа с отверстием ¾ или 7/8. Это делает шейку стержня полой и намного легче, с минимальной потерей прочности, и это можно сделать менее чем за 100 долларов.

Наконец, кованый коленчатый вал подвергся дробеструйной обработке перед переточкой. Это также снижает нагрузку на сталь и делает коленчатый вал более стабильным. Кованый коленчатый вал, подготовленный таким образом, сможет выжить во всех, кроме самых сложных гоночных условиях. Гонщик может выбрать, какая степень подготовки коленчатого вала лучше всего подходит для его применения и бюджета.

На вершине лестницы находятся коленчатые валы из кованой и заготовленной стали после продажи. Есть много разных производителей и ценовых категорий.Итак, как гонщик определяет, в какую сторону идти? Сначала я расскажу о наиболее распространенных доступных материалах. Есть 4130 и 4340 — эти числа постоянно появляются в рекламе коленчатого вала, но знаем ли мы, что они означают? Я постараюсь дать быстрое объяснение. Последние два числа говорят нам, сколько сотых процента углерода содержится в материале. Углерод увеличивает закаливающую способность стали. В 4130 будет 30% углерода, в 4340 — 40% и так далее. И 4130, и 4340 начинаются с № 4, это говорит нам о том, что сталь легирована молибденом или молибденом.Это добавляет стали прочности. Больше молибдена означает более жесткий коленчатый вал. 4130 содержит 20% молибдена, а 4340 — 25%. В дополнение к большему количеству углерода и молибдена 4340 также легирован никелем, что отмечено вторым числом в сплаве. Никель «3» обеспечивает глубокую и равномерную твердость коленчатого вала.

Очевидно, что 4340 — лучший выбор, но для сравнения он будет стоить дороже. Если вы достигли уровня производительности, необходимого для вторичного коленчатого вала, я не вижу возможности покупать его посредственного качества.Сэкономьте свои деньги и купите высококачественные изделия от производителя штампованных деталей, вы будете счастливее в долгосрочной перспективе благодаря технической поддержке и более низкой стоимости. Еще одна вещь, которую вы должны учитывать при покупке кованого коленчатого вала, — это его вес. Чем легче коленчатый вал, тем дороже он будет стоить. Большинство компаний начинают с той же ковки для своих стандартных и легких коленчатых валов, поэтому, если вы ограничены в средствах и можете пожертвовать весом, стандартный коленчатый вал — лучший вариант (поскольку прочность и долговечность будут такими же).

Что ж, надеюсь, это поможет вам более разумно тратить деньги на коленчатый вал. До следующего раза держите правую ногу прижатой. Наше руководство по проектированию кованого коленчатого вала также может помочь вам разобраться в этой теме. Если у вас остались вопросы по материалу кованых коленчатых валов, свяжитесь с нами.

How to Build Racing Engines: Crankshafts Guide

Как и большинство деталей в двигателях соревнований, коленчатые валы живут мучительной жизнью, похожей на то, что восемь хулиганов избивают вас снова и снова.Высококлассный гоночный двигатель может создавать давление сгорания от 1400 до 1500 фунтов на квадратный дюйм. Например, если вы примените это давление к поршню диаметром 4,185 дюйма, как в двигателе Sprint Cup, оно преобразуется в силу, превышающую 19 000 фунтов на шейку штока для каждого цилиндра. Это ошеломляюще сжимающая нагрузка даже в нединамических условиях. Коленчатые валы для гоночных автомобилей — довольно жесткие покупатели, но они действительно прогибаются под действием прерывистой крутильной нагрузки, создаваемой непрерывной последовательностью работы двигателя.Эта невидимая размерная эластичность (пластичность) необходима для поглощения действующих динамических сил. По размерам он обычно меньше, чем существующие зазоры в подшипниках, поршневые и кольцевые зазоры.

---

Этот технический совет взят из полной книги «Конкуренция». Подробное руководство по этой теме вы можете найти по этой ссылке:

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ ОБ ЭТОЙ КНИГЕ

ПОДЕЛИТЬСЯ СТАТЬЕЙ: Пожалуйста, не стесняйтесь делиться этой статьей на Facebook, на форумах или в любых клубах, в которых вы участвуете.Вы можете скопировать и вставить эту ссылку, чтобы поделиться: https://musclecardiy.com/performance/how-to-build-racing-engines-crankshafts-guide/

---

Мы говорим о силах, создаваемых фактическим процессом сгорания, но мы также должны учитывать возвратно-поступательную массу, отбрасываемую назад и вперед в каждом цилиндре. Сюда входят не только поршни, но и пакеты колец, пальцы на запястье, фиксаторы пальцев, маленький конец шатуна, а также некоторое количество масла, прилипшего к этим деталям.Какой бы вес ни был в каждом цилиндре, он непрерывно ускоряется от нулевой скорости до максимальной скорости и обратно до нуля дважды за каждый оборот коленчатого вала. И, конечно же, это происходит в каждом отдельном цилиндре в упорядоченной последовательности, которая имеет тенденцию поглощать мельчайшие вариации.

Коленчатые валы

Racing обладают многими важными характеристиками, показанными здесь, для обеспечения максимальной прочности и максимальной производительности.

В дополнение к давлению сгорания коленчатый вал также пытается поддерживать порядок среди всех этих различных масс, разбрасываемых во всех направлениях.Некоторые поршни приближаются (до верхней мертвой точки, ВМТ), другие движутся (вниз, к нижней мертвой точке, НМТ), а некоторые находятся в пути, все со своими собственными ускорениями, скоростями и векторами силы, в значительной степени зависящими от хода, длина штанги и частота вращения двигателя. Возвратно-поступательная масса, прикрепленная к каждой шатунной шейке в сборе, также должна противодействовать ходу кривошипа для поддержания баланса.

Если бы Атлас думал, что удержать мир сложно, он не был бы счастливее, пытаясь удержаться на восьми бушующих гоночных поршнях на максимальных оборотах.Компоновка V-8 под углом 90 градусов позволяет довольно полно уравновесить первичные и вторичные силы в игре, но не настолько хорошо, чтобы полностью исключить вибрационную нагрузку. В зависимости от таких факторов, как размеры и масса компонентов, вращающийся узел входит и расстраивается при разных оборотах двигателя; он может быть очень плавным на одних оборотах и ​​не таким плавным на других. В той или иной степени это влияет на стабильность коленчатого вала, кольцевое уплотнение и целостность подшипников, и это основная причина, по которой гоночные двигатели должны быть точно сбалансированы для обеспечения плавной предсказуемой работы.

Типы коленчатого вала

В большинстве гоночных машин используется стальная поковка или коленчатый вал из стальной заготовки. Низкие классы часто ограничиваются шатунами из литой стали или чугуна с шаровидным графитом OEM-типа, которые превосходно работают во многих классах спортсменов, но функционально не подходят для приложений с высокой мощностью. Эти классы часто устанавливают ограничения по весу коленчатых валов (например, минимум 50 фунтов), чтобы предотвратить использование более легких шатунов с высокой стоимостью.Обладая прочностью на разрыв от 65 000 до 80 000 фунтов на квадратный дюйм, обычные отливки относительно хрупки, но идеально подходят для общего использования в автомобилях. Шатуны OEM из чугуна с шаровидным графитом имеют предел прочности на разрыв выше 100 000 фунтов на квадратный дюйм, лучшую пластичность и коэффициент удлинения около 3 процентов. Это подходит для многих тяжелых грузовиков и даже некоторых двигателей OEM. Рейтинг относительного удлинения относится к проценту деформации, которую кривошип может неоднократно выдерживать без сбоев. По сути, это разница между пределом прочности на разрыв (сила, необходимая для инициирования растяжения или отклонения) и пределом текучести (величина силы, необходимой для постоянного растяжения или деформации детали).Литые кривошипы превосходно работают в тех классах спортсменов, которые в них нуждаются, особенно коленчатые валы, такие как Scat серии 9000, которые имеют предел прочности на растяжение, равный большинству основных поковок (105000 фунтов на кв. Дюйм), и коэффициент удлинения (6 процентов), почти вдвое превышающий, чем у большинства обычных отливок. . Эти кривошипы довольно удобны в диапазоне от 400 до 450 л.с. в кольцевых гонках, и они часто очень хорошо выдерживают даже на уровне 500 л.с. в высокопроизводительных уличных приложениях, которые наблюдаются только неполный рабочий день.

Вопрос о том, использовать ли поковки скрученной или нескрученной формы, все еще обсуждается. Многим строителям удаются и то, и другое, но не скрученные поковки обычно предпочтительны для приложений с высокими нагрузками, работающих на экстремальных оборотах двигателя. (Предоставлено Scat Enterprises)

Сочетание легкого кованого коленчатого вала, легких шатунов с двутавровой балкой и кованых поршней — залог успеха в большинстве гоночных автомобилей.

Кованые шатуны

Шатуны из кованой стали бывают двух основных типов: скрученные и нескрученные, то есть кривошипы кованы на месте все за один раз или скручены в нужное положение в процессе производства.Процесс ковки заключается в нагревании куска заготовки до температуры от 2650 до 2750 градусов по Фаренгейту и последующем придании ему формы с помощью штампов на массивных 200-тонных прессах. Скрученные кривошипы выкованы как одно целое, а на огромных автоматизированных машинах шатуны сразу скручиваются на место. Производство витых поковок обходится дешевле, но первоначальные вложения в инструмент намного выше, хотя общие затраты на техническое обслуживание меньше.

Кривошип без скручивания выковывается с ходами в правильном положении сразу, и инструмент служит дольше, так как общее смещение металла меньше.В зависимости от того, с каким производителем вы разговариваете, разница незначительна, если процесс выполняется правильно. Споры об относительных достоинствах каждого типа продолжаются, но многие производители рекомендовали неискрученную конструкцию как лучшую для использования в соревнованиях.

Большинство заводских шатунов изготовлены из скрученной поковки, и они достаточно прочные для большинства применений. Обратите внимание, что нарушение зернистой структуры в металле больше в скрученной поковке, чем в нескрученной поковке.В ковке без скручивания смещение зерен ограничено примерно половиной длины хода по сравнению с аналогичным смещением в поковке со скрученной кручением плюс сильное скручивание, которое дополнительно нарушает внутреннюю структуру зерен. Следовательно, теоретически нескрученные поковки могут быть несколько более жесткими и более способными противостоять прогибу коленчатого вала при сильной нагрузке.

Кривошипы Billet предпочтительны исключительно для чашек, и это должно вам кое-что сказать. Везде, где требуется максимальная прочность и долговечность, почти всегда лучшим выбором будет кривошипная рукоятка.(Предоставлено Scat Enterprises)

Просверленные шатунные шейки — наиболее эффективный способ снизить инерцию вращения коленчатого вала гоночного типа без ущерба для общей прочности отдельных шатунов. (Предоставлено Scat Enterprises)

Кованые кривошипы изготавливаются из широкого спектра материалов с разной степенью прочности в зависимости от сплава и применяемой термической обработки. Заводские кованые кривошипы изготавливаются из простой углеродистой стали, обычно из сплава 1053, а иногда и из сплава 1045.Предел прочности этих сплавов составляет около 110 000 фунтов на квадратный дюйм. Хотя это не кажется намного лучше, чем хороший литой коленчатый вал, пластичность кованого кривошипа намного лучше, поскольку коэффициент удлинения до отказа почти на 25 процентов выше. Следующим по прочности является хромистая сталь 5140 с пределом прочности на разрыв 115 000 фунтов на квадратный дюйм. Кроме того, хром и сплавы с более высоким содержанием углерода, такие как 4140, используются для изготовления большинства высокопроизводительных кованых коленчатых валов. Эти сплавы рассчитаны на давление до 125 000 фунтов на квадратный дюйм.В первоклассных кованых шатунах для гоночных применений используется 4340, более прочный и прочный сплав, рассчитанный на 140 000 фунтов на квадратный дюйм.

Кованые кривошипы дороже, чем литые кривошипы, и дешевле, чем кривошипы из заготовок, но за исключением абсолютно высокотехнологичных приложений, требующих бескомпромиссной прочности (4340 заготовок), кованые кривошипы 4140 являются основным выбором для большинства гоночных спортсменов. Кроме того, сегодня большинство производителей грамотно спроектировали свои поковки, чтобы из одной и той же поковки можно было обрабатывать различные длины хода.Во многих случаях они могут отшлифовать определенный ход существующей поковки, если он находится в заданном диапазоне.

Другие преимущества покупки кованого коленчатого вала почти всегда включают большой радиус галтели шейки шейки, что увеличивает прочность и препятствует растрескиванию. Это немаловажное дело, поскольку большинство производителей кривошипов считают конструкцию и обработку нужного радиуса галтеля одной из самых важных характеристик гоночного коленчатого вала. В частности, они начали отдавать предпочтение некруглому контуру или непостоянному радиусу, который, как считается, придает большую силу переходу от цапфы к броску.Большинство кованых гоночных кривошипов на вторичном рынке также имеют кромку ножа или выступы на ходу кривошипа — особенность, разработанная для того, чтобы помочь кривошипу прорезать крутящуюся масляную массу с уменьшенным аэродинамическим сопротивлением.

Кривошипы для заготовок

Кривошипы для заготовок изготовлены на станке с ЧПУ из цельного куска высокопрочной легированной стали. Как правило, они являются самыми прочными и жесткими из доступных и являются подавляющим выбором для неограниченного количества приложений, таких как драгстеры Top Fuel, Веселые автомобили, Pro / Stock и Pro / Modified, дрэг-рейсеры, двигатели Sprint Cup и любые формы неограниченных соревнований, требующие максимума прочность и долговечность.

Одним из основных преимуществ кривошипов для заготовок является способность обрабатывать любую желаемую комбинацию хода и размера шейки при сохранении максимальной прочности. В отличие от поковки, в которой зернистая структура металла растягивается и деформируется при высокой температуре, зеренная структура кривошипа заготовки остается неизменной без остаточных напряжений в процессе ковки. Процесс обработки прерывает зерно в обоих типах, но в заготовке это воспринимается как менее интрузивное. Кроме того, заготовки позволяют очень точно формировать и размещать ходы кривошипа для обеспечения максимальной прочности и точной балансировки.Заготовки обычно изготавливают из сплава 4340 или лучше.

Обратите внимание на большой радиус скругления на шейке стержня Scat. Радиус распределяет нагрузку и устраняет общую точку изломов под напряжением.

Перфорированная сетка также используется для облегчения гоночного коленчатого вала.

Если вы согласитесь с представлением о том, что поршень, шток и коленчатый вал — все служат амортизаторами, это становится спорным вопросом. Неподатливый коленчатый вал может быть более подвержен ударам подшипников, даже если он обеспечивает более точное позиционирование поршня.Это особенно верно в условиях детонации, когда дребезжание и раскачивание поршня могут быть очень сильными. Поскольку переменный прогиб кривошипа практически невозможно измерить, все, что мы можем сделать, — это попытаться предсказать его последствия и действовать соответствующим образом. Это веская причина строго контролировать боковой зазор поршневого кольца, радиальную глубину и натяжение с очень жесткими допусками. Это обеспечивает наилучшее возможное уплотнение на торцевой поверхности кольца и контактной площадке кольца, чтобы минимизировать перемещение кольца в кольцевых канавках, когда оно подвергается ударным эффектам детонации или высокоскоростного флаттера.Подумайте, что происходит с кольцевым уплотнением, когда кольцо временно разгружено, и насколько сложно восстановить это уплотнение при повышенных оборотах двигателя. Это одна из причин, по которой поршневые кольца имеют слегка закругленную поверхность. Они должны поддерживать уплотнение даже при качании поршня.

Укрепляющие средства

Для повышения жесткости коленчатых валов для работы в тяжелых условиях используются различные виды обработки. Они включают термообработку, методы закалки и криогенную обработку в условиях сильного холода для стабилизации металла.

Термическая обработка

Интересно, что литые коленчатые валы обычно не требуют термической обработки, потому что в процессе производства металл упрочняется в процессе обработки. Это означает, что литые кривошипы можно легко переточить без потери поверхностного упрочнения. То же самое относится к кузнечным кривошипам OEM-типа, если они не были зачесаны или азотированы. В таких случаях кривошипу требуется еще одна термообработка для восстановления исходной твердости поверхности шейки.Кованые шатуны изначально мягче и требуют специальной термической обработки, чтобы сделать их пригодными для использования на соревнованиях. Кованые кривошипы OEM подвергаются термообработке для повышения их долговечности и устойчивости к износу.

Индукционная закалка

Заводские кривошипы

подвергаются индукционной закалке, в результате чего на поверхности кривошипа быстро нагревается высокочастотное переменное магнитное поле. Эта процедура быстрая и недорогая и обычно обеспечивает проникновение затвердевания на глубину до.080 дюймов. К сожалению, это вызывает напряжение в различных частях кривошипа, потому что процесс нагрева и охлаждения ограничивается материалом поверхности и не влияет в равной степени на остальной материал кривошипа. Этот процесс экономичен и полезен для OEM-приложений, которые, как правило, никогда не сталкиваются с тяжелыми условиями, налагаемыми гоночными условиями.

Туфтридинг

Tuftriding — это процесс, специально разработанный для предотвращения неравномерных напряжений, вызванных индукционной закалкой.Это выполняется путем погружения рукоятки в горячие цианидные соединения, которые создают твердую поверхность, стойкую к износу и усталости. При сборке пучков обычно применяется только тонкий слой упрочнения и часто возникает коробление, с которым приходится иметь дело в процессе окончательной обработки.

Азотирование

Наиболее распространенной и предпочтительной термической обработкой является азотирование — химический процесс, при котором кривошип нагревают в специальной печи и подвергают воздействию газообразного аммиака и азота, которые вступают в реакцию с углеродом на поверхности кривошипа, упрочняя его до глубины, характерной для время, в течение которого кривошип подвергается воздействию горячих газов.

Азотирование обычно не проникает так глубоко, как образование пучков, обычно только от 0,010 до 0,013 дюйма или около того, но оно не создает локальных напряжений, вызванных образованием пучков. Его основное преимущество — улучшение ударопрочности и устойчивости к износу. Азотирование — это низкотемпературный процесс, который, в отличие от индукционной закалки, не влияет на прочность сердечника кривошипа. По словам Ската, он равномерно обрабатывает кривошип и создает поверхностное натяжение, увеличивающее усталостную долговечность на 18–20 процентов.Этот процесс более дорогостоящий, и шатуны требуют повторного азотирования, если они когда-либо будут переточены.

Многие производители по-прежнему предпочитают индукционную закалку своих кривошипов для контроля затрат, и дело не в том, что эти кривошипы плохие, изготовителю двигателя просто нужно знать это и учитывать последствия, если работа кривошипа потребуется позже. Производители гоночных двигателей взвешивают относительные достоинства обоих и делают свой выбор, основываясь на эксплуатационных требованиях и требованиях к долговечности, а также, во многих случаях, на выделенном бюджете для любого конкретного проекта двигателя.

Криогеника

Криогенная обработка — еще одна процедура, используемая для повышения прочности и сопротивления усталости. Криогенный процесс охлаждает кривошип до 300 градусов по Фаренгейту в течение определенного периода времени, обычно от 24 до 36 часов. Затем рукоятку откладывают, чтобы она медленно вернулась к комнатной температуре. Этот процесс глубокой заморозки снимает остаточные напряжения в металле, делая кривошип более устойчивым к поломке. В недалеком прошлом считалось змеиным маслом, криогенная обработка стала популярной и теперь используется многими ведущими производителями двигателей для двигателей с максимальным усилием.

Противовесы

Среди производителей коленчатых валов широко распространено мнение, что стандартные двухплоскостные кривошипы V-8 обеспечивают увеличение мощности и долговечности за счет использования дополнительных противовесов вокруг центральной главной шейки, особенно в длинноходных приложениях, которые имеют большую гибкость из-за меньшего перекрытия между ними. броски и сеть. Центральные противовесы ранее не использовались, поскольку они увеличивают сложность и стоимость изготовления коленчатого вала, а также потому, что традиционные кривошипы с шестью противовесами имеют более низкий момент инерции массы (MMOI).Все больше строителей признают преимущества восьми противовесов, особенно в длинноходных и высокоскоростных приложениях.

Центральные противовесы уменьшают прогиб изгибающего момента на центральном коренном подшипнике, что помогает сохранить общую жесткость кривошипа и сопротивление прогибу вдоль оси кривошипа. В этом отношении их отдают предпочтение некоторым приложениям с коротким ходом, поскольку они делают балансировку более точной. Добавление противовесов в центральные броски также помогает уменьшить изгибающие нагрузки и уменьшить общий размер противовесов.Это часто применяется к кривошипам с коротким ходом, предназначенным для работы на очень высоких оборотах.

С точки зрения прочности и мощности центральные противовесы могут быть более желательными, чем низкий MMOI, за исключением, возможно, двигателя дрэг-рейсинга с короткой продолжительностью действия и требованием очень быстрого переходного ускорения. Конструкторы также заботятся о твердости и пластичности кривошипов. Движение смещается в сторону более жестких и жестких кривошипов, чтобы сохранить целостность размеров для повышения выработки мощности, но кривошип все еще должен иметь возможность немного подавать без трещин.Это называется пластичностью. Шатуны нуждаются в некоторой степени пластичности, чтобы безотказно воспринимать экстремальные нагрузки, но им также необходим высокий предел прочности на растяжение для обеспечения постоянных нагрузок на подшипники. В настоящее время разработчики коленчатого вала продолжают исследования в этой области.

Фигурные противовесы используют различные стратегии для борьбы с ветром картера. Этот коленчатый вал Scat включает противовесы Aero-Wing, которые имеют специальную форму, позволяющую аккуратно прорезать масляную массу, в то время как маятниковый разрез снижает вес и концентрирует его в наиболее желаемом месте для оптимального баланса.(Предоставлено Scat Enterprises)

Кривошип для заготовки начинается с твердой заготовки из материала весом в несколько сотен фунтов. Время настройки и программирования для этой процедуры длительное и дорогое. (Предоставлено Scat Enterprises)

Процесс обработки кривошипа для заготовки длительный и точный, но в результате получается превосходный коленчатый вал с непрерывной структурой зерна и максимальной прочностью. (Предоставлено Scat Enterprises)

Противовесы необходимы для компенсации усилий компонентов, совершающих возвратно-поступательное движение, при вращении коленчатого вала.Они являются необходимым и эффективным компонентом балансировки, но они также создают различные проблемы, связанные с ветром картера. У всех производителей коленчатых валов есть свои предпочтительные методы формирования противовесов для уменьшения паразитного сопротивления. Наиболее распространенный подход — закруглить или заострить переднюю и заднюю кромки противовесов, чтобы они легче прорезали масло. Эта практика обычно более эффективна, когда она сопровождается новыми маслосодержащими покрытиями, которые усиливают общий эффект.

Противовесы

также могут быть подрезаны и / или заужены с одной или обеих сторон, чтобы уменьшить массу и площадь лобовой поверхности, которые представляют собой вихревую масляную массу. Материал удаляется с боков и с передней и задней кромок, ближайших к центру кривошипа, оставляя концентрацию массы по направлению к внешнему радиусу противовеса для оптимального эффекта балансировки. Тяжелый металл или заготовки из сплава вольфрам / никель / медь часто используются для обеспечения дополнительной массы в тех случаях, когда это требуется для достижения надлежащего баланса.Они также используются для уменьшения передней площади противовеса, позволяя удалять значительный объем материала с передней и задней кромки, сохраняя при этом достаточную массу с помощью вставок из тяжелого металла. Вставки из тяжелого металла всегда должны устанавливаться перпендикулярно направлению вращения, вдавливая их в просверленные соответствующим образом отверстия в противовесах.

Популярной особенностью коленчатых валов для гоночных автомобилей является сверление с помощью пистолета, которое эффективно облегчает кривошип, но мало влияет на инерцию вращения коленчатого вала, поскольку материал, удаленный из центра кривошипа, почти не представляет собой рычага или плеча момента.Задний фланец также может быть обработан звездообразно для удаления материала и дальнейшего снижения веса без ущерба для соединения коленчатого вала с маховиком.

Условия эксплуатации

Как и все объекты, коленчатые валы подвержены физическому воздействию массы и инерции. Коленчатые валы постоянно ускоряются и замедляются. Нас больше интересует сторона ускорения и сопутствующие факторы, которые способствуют отклонению, инерции, сопротивлению переходному крутящему моменту и способности двигателя ускоряться в заданном диапазоне оборотов.Эти факторы включают вес коленчатого вала, длину хода и распределение массы внутри кривошипа и сопутствующих компонентов, таких как шатуны и поршни.

При фиксированной массе (шток, поршень и сопутствующие компоненты) тяжелый коленчатый вал поглощает больший крутящий момент и ускоряется с меньшей скоростью. Требуется больший крутящий момент, чтобы преодолеть его инерцию или сопротивление ускорению. По этой причине желательны более легкие кривошипы, но они могут жертвовать долговечностью и производительностью, если уменьшенная конструкция приводит к большему прогибу кривошипа, снижению стабильности и, как следствие, влиянию на долговечность, кольцевое уплотнение и, в некоторых случаях, время события.Проблема усугубляется с увеличением длины хода; следовательно, прилагаются усилия, чтобы сконцентрировать массу коленчатого вала ближе к оси кривошипа, чтобы уменьшить момент инерции или сопротивление изменению ускорения.

Опытные машинисты держат балансировочный груз как можно ближе к оси. При снятии веса для балансировки они стараются снимать вес как можно дальше, не сверляя на самом деле внешнюю поверхность ходов кривошипа, что может усугубить проблемы с ветром на высоких оборотах двигателя.На многих шатунах просверлены шатуны. Как правило, это наиболее эффективный способ облегчить коленчатый вал, если вы не занимаетесь дорогостоящей обработкой противовеса. Просверливание шатунов снижает вес в самой дальней точке от центра кривошипа, тем самым уменьшая инерцию вращения.

Смазка коленвала

Масло под давлением подается к коренным подшипникам через главные масляные каналы в блоке цилиндров. Как только масло попадает в коренные шейки, оно проходит через просверленные каналы к шейкам шатуна для смазки подшипников шатуна.Эта система смазки используется практически в каждом серийном автомобиле, потому что это наиболее эффективный способ смазки вращающегося узла.

Поперечное сверление

Много лет назад гонщики решили, что просверливание дополнительного отверстия прямо в магистрали обеспечивает лучшую смазку подшипников, вероятно, в результате попытки устранить проблему смазывания или другую проблему, вызванную неправильными зазорами и подшипниками, которые изначально не были предназначены для стресс гоночной среды.В некоторых случаях сквозные отверстия просверливались как в главной, так и в шейной шейках. Это не причинило реального вреда двигателям, которые никогда не работали на повышенных оборотах. Но вскоре гонщики узнали, что на очень высоких оборотах двигателя кривошип с перфорированным отверстием центрифугировал масло из главной шейки, не давая ему свободно течь к шейкам шатуна.

Все первоклассные гоночные коленчатые валы используют «прямую смазку», при которой шатуны смазываются прямым, непрерывным проходом от сети.

Подшипник штока малого диаметра

В любой правильно спроектированной системе смазки поперечное бурение не требуется, особенно теперь, когда большинство гоночных блоков имеют приоритетное основное смазывание. Вы не увидите ни одной высококлассной гоночной команды в NASCAR или профессиональных дрэг-рейсингов, использующих перфорированные коленчатые валы. Одним из важных соображений относительно поперечного сверления является размер шейки штанги. Многие современные гоночные двигатели имеют уменьшенные диаметр и ширину подшипников. Хотя это положительно сказывается на скорости вращения подшипника и снижении трения, оно увеличивает нагрузку на подшипник и делает адекватную смазку шейки штока более важной, чем когда-либо.

Традиционная практика включает смазочные отверстия в шейках шатунов, которые имеют скошенные кромки для облегчения потока масла на подшипник.

Команды

Cup разработали это в высшей степени, и они знают, что они могут, а что не могут. В них установлен стержневой подшипник Honda диаметром 1,889 дюйма, для которого требуется специально разработанный коленчатый вал для обеспечения надлежащей смазки. Цепи меньшего размера уменьшают площадь опорной поверхности и трение, но увеличивают нагрузку на агрегат. Это имеет тенденцию к повышению температуры масла и увеличению усталости подшипников, но это становится приемлемым компромиссом, потому что двигатели должны проработать всего около 600-700 миль до восстановления, а команды настроили эффективность системы смазки, чтобы поддерживать использование меньших цапф.Одна область, в которой они не идут на компромисс, — это радиус скругления между шейкой подшипника и ходом кривошипа.

Коренные подшипники меньшего диаметра

Хотя эти процедуры позволяют получить силу, ошибки неумолимы. Диаметр главной шейки является основным фактором жесткости коленчатого вала на кручение и, таким образом, влияет на сопротивление кривошипа изгибу и прогибу под нагрузкой. В других типах гонок (например, спринтерских автомобилях и грязных гонках поздних моделей) строители предпочитают большую сеть для большей прочности, потому что эти двигатели вырабатывают большой крутящий момент и, как ожидается, проработают 1000 кругов или более, не требуя восстановления.Меньшие сети были опробованы в основном безуспешно, потому что они допускают недопустимый прогиб коленчатого вала при высокой нагрузке.

Меньшая сеть снижает скорость вращения подшипников и трение, но потери устойчивости и долговечности часто неприемлемы, за исключением случаев с исключительно коротким ходом и минимальной возвратно-поступательной массой — обычно это короткие двигатели для дрэг-рейсинга с малым рабочим объемом, которые вращают много оборотов в минуту с легким возвратно-поступательным движением. компоненты и небольшая продолжительность мероприятия. Строители, рассматривающие эти типы двигателей, часто обращаются к производителям коленчатых валов за инженерными знаниями, чтобы обеспечить наиболее совместимую комплектацию.

Смазка шейки штока

Особо следует отметить недавние изменения в стратегии подачи масла к шейкам штанг. Инженеры давно осознали важную функцию гидродинамического клина масла, который предотвращает контакт металла с металлом в конструкции подшипника с жидкостью. Они также признают, что гидродинамический клин обеспечивает максимальную несущую способность в центре сопряжения шейки подшипника, поскольку клин функционально сужается к сторонам подшипника из-за утечки масла.Это одна из причин, по которой так важен соответствующий боковой зазор штока.

Совсем недавно конструкторы кривошипов обратили свое внимание на методологию смазывания шейки шатунов, особенно в том, что касается обычной практики изготовителей двигателей по шлифованию фаски на масляных отверстиях, чтобы помочь распределить масло по подшипнику. Такая практика всегда казалась логичной, но есть несколько предостережений.

Стандартная стратегия смазки шейки штока называется «смазка прямым впрыском». Каждая основная шейка питает соседнюю шейку стержня по прямому каналу от главной в положении минимальной нагрузки (вверху) к шейке стержня в положении максимальной сжимающей нагрузки.Практически все рабочие кривошипы просверлены таким образом, потому что это сводит к минимуму масляное голодание, вызванное центробежной силой на высоких оборотах двигателя, и обеспечивает оптимальную подачу масла для поддержки гидродинамического клина в точке наибольшей нагрузки на шейку.

Тем не менее, остаются две потенциальные проблемы. Во-первых, угловой проход от главной трубы естественным образом создает эллиптическое отверстие в цапфе стержня. Это отверстие часто еще больше увеличивается из-за снятия фаски, которую делают многие производители двигателей.

Во-вторых, фаска шлифуется в направлении вращения, чтобы помочь подать масло на шейку, но некоторые конструкторы теперь видят в этом прерывание или потенциальную точку гидродинамического обрушения клина непосредственно в центре подшипника, где клин несет наибольшую нагрузку. .Кроме того, при уменьшении ширины опоры, которую предпочитает большинство строителей, существует дополнительная возможность ослабить клин в точке наибольшей нагрузки. Это направление мысли было впервые представлено Cosworth в 1960-х годах, и его применение остается спорным.

Некоторые инженеры предлагают просверливать вертикальные отверстия в цапфе с центром на пути каждого стержневого подшипника, чтобы полученное отверстие было идеально круглым. Затем каждый стержневой подшипник на шейке питается через угловой канал от соседнего коренного подшипника.Вертикальные отверстия меньшего размера (отверстие в поперечном сечении) концентрируют подачу масла в центре каждого подшипника штока, где клин создает самое высокое давление, а меньшее круглое отверстие для смазки сводит к минимуму разрушение клина. Второй метод достижения этого заключается в использовании просверленных горизонтальных проходов от основной шейки через перекрытие шатунной шейки. Горизонтальные каналы соединены вертикальными проходами и в конечном итоге ведут к перпендикулярным масляным отверстиям в цапфе.

Несмотря на то, что он сложен и дороже, он считается выгодным, поскольку каждая пара шатунных шейек может питаться только от одного коренного подшипника.Таким образом, шейки шатунов в V-8 можно смазывать из магистралей 1, 3 и 5, в то время как магистрали 2 и 4 остаются, чтобы в полной мере пользоваться преимуществами приоритетной смазки без необходимости также подавать пару шатунных шейек. Согласно некоторым исследованиям, главные 2 и 4 двигатели Chevy V-8 более нагружены, потому что они имеют упорный подшипник в задней части, а не в центре. Таким образом, приложение прямого давления масла и уменьшение утечки обеспечивает оптимальную смазку наиболее нагруженных магистралей.

Резюме

Вот некоторые вещи, которые следует учитывать, если вы испытываете или ожидаете проблемы с подшипниками.Проконсультируйтесь со своим производителем кривошипа для уточнения деталей и считайте себя членом хорошей компании, если они хотят обсудить относительные достоинства этих новых взглядов. Обязательно предоставьте производителю коленчатого вала все возможные подробности о вашей области применения и ее эксплуатационных требованиях. Чем больше у них деталей, тем точнее они могут подобрать коленчатый вал в соответствии с вашими конкретными требованиями.

Балансировка двигателя

Балансировку двигателя часто называют «черным искусством», практикуемым хитрыми мастерами механического цеха, но на самом деле это не так уж и загадочно.Тысячи высококвалифицированных моторных мастерских делают это каждый день и редко испытывают проблемы с двигателем, связанные с балансировкой. Балансировка стала еще более точной благодаря современному оборудованию с компьютерным управлением. Балансировка компонентов в пределах 2 граммов раньше была обычным делом в кругах профессионалов, но теперь это не так. Многие магазины, занимающиеся балансировкой, утверждают, что балансировка составляет менее 1/2 грамма для максимальной точности и плавности двигателя, но это в значительной степени рекламная шумиха. Хотя в современных двигателях с высокими рабочими характеристиками все легче и потенциально более хрупко, особенно в условиях высоких скоростей, балансировка компонентов с точностью до 2 граммов по-прежнему вполне приемлема даже для самых мощных гоночных двигателей.

Расчет противовеса

Основная трудность при балансировке двигателя заключается в том, что некоторые детали вращаются, а другие поднимаются и опускаются. Чтобы сделать это гармонично, требуется точная балансировка с точностью до 2 граммов. Регулируемые веса боба используются для имитации веса деталей во время балансировки. Вращающийся вес включает большой конец шатуна, болты шатуна и подшипники шатуна, а также небольшое количество (2–3 грамма) для имитации масла между шейками кривошипа и подшипниками.Возвратно-поступательный вес включает малый конец штока, поршень, поршневые пальцы, поршневые кольца и фиксаторы, если они используются, а также несколько граммов масла, которое прилипает к различным движущимся частям. После того, как веса всех компонентов уравновешены, рассчитываются веса бобов. Нормальный вес боба включает 100 процентов веса вращения и 50 процентов веса возвратно-поступательного движения. Коленчатый вал имеет электронную балансировку с прикрепленными грузами, и нормальная балансировка легко достигается.

Этот кованый кривошип Scat имеет противовесы аэродинамической формы, вставки из тяжелого металла для балансировки, закругленные галтели шейки и отверстия для смазки шейки стержня с фаской.

Отравление

Двигатели с высокими оборотами часто подвергаются перебалансировке для улучшения баланса на высоких скоростях с меньшим вниманием к плавности хода на низких оборотах. Цель состоит в том, чтобы еще больше сгладить состояние баланса двигателя в предполагаемом рабочем диапазоне. Производители шатунов относятся к этому скептически, и большинство из них рекомендуют стандартные балансовые проценты. Теоретически, когда узел перебалансирован, хитрость заключается в том, чтобы сбалансировать его так, чтобы любой критический дисбаланс выходил за пределы предполагаемого рабочего диапазона (либо выше, либо ниже него).Для этого вес боба корректируется по расчетной норме. Вместо того, чтобы добавлять 50 процентов возвратно-поступательного веса, процент часто увеличивается до 52–54 процентов.

Если что-то из этого действительно является черным искусством, то это может быть фактическое определение правильного процента перевеса. Многие строители утверждают, что знают по опыту, но новые комбинации часто требуют обоснованного предположения, и большинство строителей, похоже, не склонны раскрывать свои предпочтительные проценты превышения баланса или стратегию, которую они используют для их определения.Самый распространенный подход — это попытка ошибиться в сторону консерваторов, скажем, от 51 до 52 процентов. Если производительность и плавность двигателя улучшатся в пределах его основного рабочего диапазона, строители могут немного перебалансировать его на следующем заходе.

• Нормальная балансировка = 100% вращающегося веса плюс 50% возвратно-поступательного веса
• Отбалансировка = 100% вращающегося веса плюс желаемый процент увеличения возвратно-поступательного веса (52%)

Процент перевеса может вызвать резкие вибрации за пределами нормального рабочего диапазона двигателя, но это считается незначительной проблемой, поскольку вы не запускаете его здесь какое-либо время.Мнения относительно этих методов балансировки расходятся. Многие производители двигателей придерживаются традиционного 100-процентного вращения и 50-процентного возвратно-поступательного движения, в то время как некоторые даже предпочитают небольшую степень депрессии, скажем, от 48 до 49 процентов возвратно-поступательного движения, в то время как другие считают, что перевес в диапазоне от 52 до 53 процентов является допустимым. очень выгодно по мощности и долговечности.

Отбалансировка — это практика соревнований с двигателем, а не то, что обычно делается с уличным или уличным / полосным двигателем, который работает в более широком диапазоне оборотов.Считается, что для гоночных двигателей он может сэкономить детали и улучшить характеристики за счет снижения вибраций, которые могут быть вредными для кольцевого уплотнения, динамики клапанного механизма и других факторов, влияющих на мощность в определенном диапазоне мощности. Также обратите внимание, что не все производители двигателей и заводов считают, что это необходимо. Если вы чувствуете необходимость рассмотреть это, сначала проконсультируйтесь с производителем коленчатого вала, чтобы получить рекомендации.

Амортизатор коленчатого вала

Еще одна область, которую многие считают черным искусством, — это странный мир демпферов или, вернее, гасителей крутильных колебаний.Вышеупомянутые прогибы и изгибающие моменты коленчатого вала вызывают вибрацию коленчатого вала. Коленчатый вал можно рассматривать во многом так же, как торсион, в том смысле, что он имеет определенную массу и жесткость пружины, которая резонирует с определенной частотой, которая определяется последовательностью непрерывного запуска двигателя и зависит от материала коленчатого вала, жесткости на кручение, длины, ход поршня, возвратно-поступательная масса и составляющие моменты инерции от маховиков, муфт и даже вращающихся узлов, приводимых от кривошипа, таких как водяные насосы, генераторы переменного тока и насосы с сухим картером.

Многие производители кривошипов рекомендуют самый маленький и легкий демпфер из имеющихся. Этот BHJ S.F.I. Под описание подходит блок 18.1 для крупноблочного Chevy. Демпферы эластомерного типа предпочтительны из-за их долговечности и превосходных характеристик демпфирования высоких частот. И потому, что они способны гасить все типы колебаний: крутильные, осевые и радиальные.

Резонансная частота определяется как изменение частоты в зависимости от оборотов двигателя, и соответственно изменяется амплитуда или степень возбуждения.Следовательно, двигатель может работать очень плавно на одних оборотах и ​​трястись на других в зависимости от влияния различных факторов. Частота — это количество циклов вибрации в секунду, например, 600 циклов в секунду или 600 герц. Когда частота умножается на «порядок», она включает количество раз, когда создается возбуждение (например, четыре такта мощности на оборот в двигателе V-8). Это представляет собой возбуждение четвертого порядка, по которому может быть вычислена частота. В двигателе для дрэг-рейсинга, работающем со скоростью 9000 об / мин, частота этого возбуждения четвертого порядка рассчитывается следующим образом.

Заказ x об / мин / 60

4 x 9000/60 = 600 герц

Процесс управления этой вибрацией называется затуханием и в данном случае относится к гасителю крутильных колебаний. Абсорбер — это правильная номенклатура, поскольку абсорбер предназначен для компенсации определенной частоты или порядка путем колебания против вибрации. В рамках этого обсуждения я придерживаюсь соглашения и называю это демпфером.

Все гоночные двигатели нуждаются в демпфере для контроля вибрации.Единственное исключение — двигатель спринтерского автомобиля, который работает без маховика. Маховик обычно является частью абсорбирующего пакета и работает вместе с демпфером для управления вибрациями. Отсутствие одного в спринтерском автомобиле изменяет частоты коленчатого вала и (в сочетании с демпфирующим эффектом водяного насоса с кривошипным приводом) позволяет им безопасно работать даже на очень высокой мощности с частым дросселированием при очень высокой нагрузке.

Написано Джоном Бэктелом и опубликовано с разрешения CarTechBooks

ПОЛУЧИТЕ СДЕЛКУ НА ЭТУ КНИГУ!

Если вам понравилась эта статья, вам понравится вся книга.Нажмите кнопку ниже, и мы отправим вам эксклюзивное предложение на эту книгу.

Полезные советы по выбору правильного коленчатого вала

Производители двигателей часто вынуждены выбирать коленчатые валы исключительно на основе ожидаемой выходной мощности двигателя, или, по крайней мере, это часто оптимистичное число имеет наибольший вес в процессе принятия решения. Но смекалистые строители — будь то сборка честного уличного двигателя, негодяйского воина на выходных или дикой гоночной пули — осознают важность анализа других факторов, прежде чем выбирать между чугуном, кованой сталью или стальной заготовкой.

Вот поковка коленчатого вала, которая все еще светится после того, как горячему стальному слитку придана форма. Обратите внимание на остатки широкого разделительного материала, которые необходимо удалить. Фотография ThyssenKrupp AG

Когда дело доходит до гоночных двигателей и сверх-уличных характеристик, выбор коленчатого вала обычно сводится к выбору между коваными материалами и материалами заготовок; большая часть этой истории будет сосредоточена на этом решении. Однако литые кривошипы заслуживают обсуждения просто потому, что больше производителей двигателей будут выбирать между литыми или коваными, чем те, кто должен выбирать между коваными или заготовками.В любом случае совет специалиста всегда будет полезен.

«Единственный реальный фактор — это предназначение автомобиля», — говорит Алан Дэвис из Eagle Specialty Products.

«Есть много факторов», — добавляет Кирк Петерс из Лунати. (См. Видео ниже о производстве коленчатых валов Lunati) «Вес автомобилей, время, проведенное на максимальных оборотах, и продолжительность циклов нагрева».

«Первое, что вы спрашиваете, — для чего вы хотите использовать кривошип», — резюмирует Том Либ из Scat Crankshafts. «Затем вы спрашиваете, сколько денег вы хотите потратить.”

Уровни мощности помогают принять решение

Поставщики шатунов на вторичном рынке могут указывать максимальные предполагаемые или предлагаемые значения мощности в лошадиных силах вместе со спецификациями кривошипа для литых или кованых моделей. Они являются хорошей отправной точкой для обсуждения с техническим представителем компании, поскольку большинство владельцев хорошо знают предполагаемую мощность своего двигателя. Но, опять же, проявляйте осмотрительность, предоставляйте точную информацию о двигателе и транспортном средстве в дополнение к заданию множества вопросов.

Современная технология коленчатого вала может быть применена в старинных коллекционных двигателях. Вот кованый шатун 4340 для двигателей Model A и Model T.

«Например, мы рекомендуем наши литые шатуны с малым блоком для использования мощностью до 500 лошадиных сил. Это не значит, что если вы сделаете 501 лошадиную силу, все взорвется », — объясняет Дэвис. «Это также не означает, что в любом приложении, пока вы производите менее 500 лошадиных сил, все в порядке. Я бы не стал использовать литой кривошип в двигателе нагнетателя — даже если он имеет мощность менее 500 лошадиных сил, из-за напряжения, которое система ремня нагнетателя оказывает на носик кривошипа.”

Чугунные коленчатые валы отлично подходят для большинства уличных работ, особенно при реставрации. Фактически, большинство коленчатых валов OEM изготавливаются из чугуна с шаровидным графитом или литой стали, поэтому в методе изготовления есть мера долговечности и прочности. Кроме того, многие организации, санкционирующие гонки, требуют литые шатуны для снижения затрат.

Процесс литья в основном ограничивается некоторыми сплавами чугуна или низкосортной стали. Другими словами, при использовании высококачественной стали в отливку становится все меньше.

Некоторые органы, санкционирующие гонки, требуют литые кривошипы, другие допускают заготовку. Согласно правилам, у этого шатуна Chevy с малым блоком Eagle нет отверстий для освещения. Кривошип Eagle billet справа, однако, предназначен для младшего драгстера и может быть заказан с маленькими или большими цапфами.

Вот необработанная поковка коленвала Lunati слева. Обратите внимание на широкий пробор. Вы можете увидеть, сколько машинной работы необходимо, чтобы закончить кривошип. Литой кривошип, показанный справа, выходит из формы намного ближе к окончательным размерам и требует меньше механической обработки для получения готового продукта.Этот кривошип предназначен для нового двигателя грузовика GM. Также обратите внимание на узкую линию разделения, которая помогает отличить отливку от поковки.

«Вся цель предложения литого кривошипа — это дешевая альтернатива стандартной детали», — говорит Дэвис. «Когда вы начинаете использовать высококачественную сталь, такую ​​как 4130, 4140, 4340, и более дорогие производственные процессы, вы убираете шатуны с ее целевого рынка».

«Ключом к созданию литого кривошипа является термообработка. Отливки требуют иного типа термической обработки, чем поковка », — говорит Либ, добавляя, что покупка бывших в употреблении литых кривошипов представляет собой отдельный набор предупреждений.(Посмотрите видео ниже, чтобы увидеть, как изготавливаются коленчатые валы Scat) «Ищите торговую марку. В нижней части спектра литые шатуны производятся в Китае десятками производителей, но заслуживают доверия лишь немногие ».

Сначала посмотрите поковки

Большинство производителей высокопроизводительных двигателей сегодня обращают внимание на кованые коленчатые валы, основываясь на хорошей репутации на трассе и повышенных проверках на двигателях OEM. Кроме того, поковки послепродажного обслуживания теперь покрывают более широкий круг рынка двигателей, а цены на них стали более конкурентоспособными.Переход на более дорогой коленчатый вал с заготовкой зависит от множества факторов, которые обычно связаны с сложной конструкцией и более дорогими материалами.

Примеры кривошипов для заготовок от Callies, которые предназначены для специальных применений. Сверху — кривошип для двигателя RoushYates RY45, а нижний — для двигателей спринтерских автомобилей 410 и 360. Оба имеют поверхностную обработку Callies Aeroshed.

«Поковки всегда должны быть в первую очередь рассмотрены при поиске коленчатого вала на вторичном рынке», — советует Грег Хилл, инженер-технолог Callies Performance Products.

«Процесс запрессовки стального стержня в грубую форму коленчатого вала придает поковке превосходную зернистую структуру и текучесть, что увеличивает прочность. Для перехода к заготовке обычно требуется более прочный материал и геометрия, выходящая за рамки стандартной формы поковки ».

Как отмечалось выше, любое обсуждение выбора коленчатого вала будет включать в себя обсуждение различий в прочности между поковкой и заготовкой.

В отрасли нет единого мнения, но производители будут приводить сильные активные аргументы в пользу многих точек зрения.

Плавный радиус между цапфой и противовесом, обычно называемый галтелем, важен, поскольку эта область находится под значительным напряжением, а плавный переход может свести к минимуму вероятность возникновения трещин или образования очагов напряжения.

«Поковка не такая прочная, как заготовка», — говорит Либ. «Категорически зернистость поковки такова, что она не такая прочная».

«Заготовки не имеют ограничений и изготавливаются по индивидуальному заказу. Поковки возможны только в том случае, если нужно производить очень большое количество », — возражает Дэвис.«При прочих равных условиях кованый кривошип будет прочнее, чем кривошип из заготовки».

«Недостатком поковок для вторичного рынка является то, что они предназначены для широкого диапазона ходов», — говорит Сонни Брайант, основатель и владелец Bryant Racing Crankshafts. «Большинство людей в прошлые годы думали, что есть преимущество из-за текучести зерна, но на самом деле потока зерна при поковке нет, потому что вы сокращаете все это, выполняя либо более короткий ход, либо более длинный ход [по сравнению с прессованной поковкой]».

Слева направо показаны этапы производства коленчатого вала из заготовки: стальные заготовки, например, от компании Marine Crankshaft, поступают от поставщика из стали требуемой марки.Заготовки с грубой обработкой, показанные на заводе Callies, ждут более подробной работы, показанной справа на заводе Bryant.

Фактор усталости

Во всяком случае, оживленные дебаты о различиях в силе в основном одобрили оба стиля коленчатого вала для двигателей с высокими рабочими характеристиками, и не существует формулы или рекомендаций, установленных в камне для выбора одного из них, — конечно, без использования уровней мощности в качестве решающего фактора. Двигатель NASCAR мощностью 900 лошадиных сил будет работать с кривошипом из заготовки из-за сложных конструктивных требований и жестких требований к выносливости; в то время как BBC мощностью 1500 лошадиных сил в драгстере Comp удобен с серийной кованой рукояткой.Ключом к правильному выбору является понимание требований к коленчатому валу для конкретного применения.

Вот вырез из кованого коленчатого вала, любезно предоставленный Callies, который ясно показывает движение зерна.

«Фактор усталости — один из первых факторов, определяющих тип кривошипа», — поясняет Либ. «Шатун постоянно изгибается. Если вы используете двигатель NASCAR на 500 миль, ковка не продержится долго. У него нет такой усталостной долговечности, как у заготовки. Если у вас есть Comp-автомобиль, усталость — это любой уик-энд.Совершенно другая ситуация. Но когда вы попадаете в Top Fuel и запускаете воздуходувку и закачиваете в нее нитро, тогда вы говорите об усталостной долговечности от воздействия давления сгорания. В такой ситуации нужно много злоупотреблений, и кованый шатун никуда не денется ».

«Сценарий NASCAR — прекрасный пример необходимости заготовок», — добавляет Хилл. (Обратите внимание на видео ниже, в котором демонстрируется обработка кривошипа заготовки на Callies.) «Их разработка двигателей постоянно развивается, и необходимые изменения штампа или материала для штамповки, чтобы приспособиться к этим изменениям, нереальны с точки зрения времени или финансов.”

Производители послепродажного обслуживания обычно закупают необработанные поковки из Китая, а затем выполняют всю обработку в своих цехах в США, чтобы обеспечить контроль качества и предложить специальные функции. Некоторые компании, такие как Callies, которые предоставили эту фотографию, также поставляют необработанные поковки из Японии и Кентукки, в зависимости от модели кривошипа. Термическая обработка осуществляется либо на ближайшем специализированном предприятии, либо на собственном предприятии, в зависимости от производителя. Некоторые производители коленчатых валов могут поручить поставщику поковок выполнять всю механическую обработку и термообработку под их руководством.

Самым заметным отличием поковки от заготовки является расположение производств. В то время как большинство коленчатых валов, используемых в OEM-двигателях, производимых в Северной Америке, отливаются или кованы в США, значительное количество литых и кованых коленчатых валов послепродажного обслуживания начинается в Китае, хотя некоторые компании, такие как Callies, также будут закупать необработанные поковки из Японии и на местном уровне в Китае. Соединенные штаты. Но в отличие от импорта из Китая в начале 90-х годов, который был быстро отвергнут из-за ужасающего качества и долговечности, современные кривошипы выковываются или отливаются на нескольких литейных заводах с превосходными производственными стандартами и доступом к качественной стали.

Различия в предложениях на вторичном рынке заключаются в выборе материалов, дизайне, механической обработке, термообработке и других отделочных работах, большая часть которых выполняется некоторыми компаниями в США. Другие предпочитают, чтобы поставщик занимался готовой продукцией, но под их строгим надзором и соблюдением стандартов контроля качества. Нет никаких преимуществ в закупке заготовок для производства коленчатых валов в Китае, поскольку они в основном представляют собой разовые нестандартные модели, а затраты на доставку и задержки сведут на нет любые затраты на рабочую силу или материалы.

4340 как шоколад

В процессе ковки кусок прокатной стали нагревают до состояния, близкого к расплавленному, помещают в матрицу, а затем растирают в форме коленчатого вала с помощью тяжелого пресса. По сравнению с литым кривошипом для чистовой обработки кованого кривошипа требуется значительно больше механической обработки. При обсуждении кривошипов часто всплывают термины ковка с закруткой и без скручивания. Если смотреть на типичный кривошип V8, ходы расположены под углом 90 градусов друг к другу.В методе скручивания поковка кривошипа повторно нагревается и скручивается, чтобы сформировать каждый ход. Тем не менее, современная оснастка почти полностью избавила от скрученных поковок на вторичном рынке, и все качественные коленчатые валы производятся без скручивания.

Вот пример кованого кривошипа и его матрицы. Обратите внимание, что изначально он был выкован в виде плоского кривошипа, а затем скручен в его окончательную форму. Эта экспозиция находится в Промышленном музее острова Келхэм и показывает кривошип для двигателя Rolls-Royce Merlin.

Самые популярные послепродажные кованые кривошипы из стали 4340. При выборе коленчатого вала не нужно проходить полный урок металлургии. Часто у вас нет выбора от производителя. Сталь — это просто железо, смешанное с несколькими легирующими элементами, такими как углерод, хром, марганец, никель и кремний. Чтобы идентифицировать различные сплавы, инженеры и профессиональные организации, такие как SAE и AISI, приняли 4-значную систему классификации стали. Углеродистые стали — это сплавы, состоящие в основном из железа и углерода, а также небольшого количества марганца и кремния.Следы серы и фосфора также могут быть включены в формулу. Большинство заводских шатунов изготавливаются из углеродистой стали, такой как 1010, 1045 и 1053.

«Первые два числа обозначают первичные и вторичные легирующие элементы», — поясняет Дэвис. «1010 содержит 0,10% углерода, 1045 — 0,45% и так далее. Свойства этих сталей очень похожи, и они очень недорогие из-за отсутствия сложности ».

Crankshafts в Callies (слева) и Bryant Racing на средней стадии производства.

Более сложные формулы, используемые при производстве коленчатых валов, включают 5140, 4130 и ранее упомянутый 4340. 5140 добавляет хром в смесь, поэтому его часто называют хромистой сталью. Для справки, сталь 4130 (а также 4140 — разница, конечно, в количестве углерода) более известна как хромомолибденовая сталь и содержит углерод, хром и молибден. После добавления никеля в смесь получается сталь 4340.

«С таким же успехом это может быть золото из-за того, что оно влияет на стоимость, но это очень важно», — говорит Дэвис.«Сталь 4340 легирована никелем от 1,65 до 2,00 процентов. Из-за добавления в сплав никеля наблюдается удивительный скачок прочности и стоимости ».

«4340 — это общий термин для легированной стали», — добавляет Либ. «Это как шоколад, какой тебе нравится: немецкий, белый, датский?» В семействе 4340 разница между всеми сплавами составляет, вероятно, от 10 до 15 процентов. Ключевым моментом является проектирование термообработки на основе сплава ».

Посмотрите, как Каллис проверяет усталость своих коленчатых валов

Нагрев рукоятки

Также обратите внимание, что некоторые производители кривошипов могут указывать состав стали, начиная с EN, например EN24, EN30 или EN40.Это европейские классификации, относящиеся к легированным сталям. Например, EN40 аналогичен SAE 4340.

Основы термической обработки

Термическая обработка коленчатых валов состоит из трех этапов:

• После черновой обработки кривошипы обжигаются до температуры более 1000 градусов по Фаренгейту, затем быстро охлаждаются или закаливаются в воде, масле или каком-либо закалочном растворе для полимеров.
• Теперь кривошипы стали более прочными, но имеют низкую пластичность и ударопрочность. Снятие напряжения или отпуск включает в себя повторный нагрев кривошипа до умеренной температуры от 600 до 700 градусов по Фаренгейту, затем процесс охлаждения регулируется в соответствии со свойствами стали.
• Последний этап после всей обработки — закалка шейки, обычно с помощью процесса, называемого азотированием. Это включает в себя нагрев рукоятки в печи с закрытой камерой и введение газообразного аммиака и азота, который вступает в реакцию с углеродом на поверхности металла и затвердевает примерно на 0,010 дюйма в глубину. Утверждается, что азотирование в основном удваивает твердость поверхности шейки.

Коленчатые валы из заготовок открывают возможность использования других материалов для решения критических задач. Bryant Racing использует два типа стали: EN30B с более высоким содержанием никеля используется для верхнего топлива и верхнего спирта, а 4330M используется для большинства других применений.Callies будет использовать для своих кривошипов либо 4330V, либо EN30B.

«Дополнительный никель увеличивает кратковременную долговечность», — говорит Брайант. «У них не так много циклов. По большей части материалы близки. Оба состоят из углерода 30 и закалены примерно на одном уровне ».

Термическая обработка — еще одна тема коленчатого вала, требующая внимания. Однако, опять же, такие особенности, как температура и методы закалки, редко будут входить в типичное решение производителя двигателя при выборе коленчатого вала.Производитель уже определит надлежащую термообработку не только на основе опыта, но и в тесном сотрудничестве с поставщиками металла, которые имеют опытных металлургов и лаборатории для определения особенностей термообработки. Большинство компаний, выпускающих коленчатые валы послепродажного обслуживания, либо имеют собственное производство по термообработке, либо отправляют их на ферму на ближайший завод, где можно соблюдать меры контроля качества.

«Когда мы сами проводим термообработку, мы эффективно тестируем коленчатые валы», — говорит Либ.«Потому что, если с металлом что-то не так, кривошипы вернутся с трещинами, деформацией или вздутием. Что-то случится с кривошипом, и мы это заметим ».

Некоторые магазины также подвергают кривошипы криогенной обработке или быстрому охлаждению до температуры около -300 градусов по Фаренгейту сразу после первой термообработки. Криоэтап помогает завершить процесс закалки и сделать сталь более плотной.

Bryant выполняет все работы с коленчатым валом собственными силами, включая криогенную обработку (слева) и азотирование.

Соображения по конструкции противовеса

В то время как производители двигателей редко высказываются по поводу процесса ковки или термообработки коленчатого вала, у них действительно есть выбор, когда речь идет о конструкции противовеса и весе коленчатого вала. Именно здесь важна тщательная консультация с представителем производителя для обеспечения правильного выбора для конкретного приложения.

Вот примеры обрезки передней кромки противовеса, популярной конструкции 20 лет назад.Современные тенденции склоняются к округлому профилю. Спасибо компании Marine Crankshaft за доступ к большому выбору кривошипов в ее магазине.

«Конструкция противовеса — это компромисс», — объясняет Брайант. «Есть два основных момента: простота балансировки и правильная нагрузка на главный подшипник. Одно не обязательно следует за другим ».

Нагрузка на главный подшипник рассчитывается путем моделирования, но иногда правильный вес создает нагрузку на весы.

«Вам не нужна правильная нагрузка на главный подшипник, а для кривошипа нужно 10 стержней мелочи», — говорит Брайант.«Вы хотите изменить противовесы, чтобы уменьшить их размер и по-прежнему правильно работать в приложении».

«Форма противовеса — это своего рода компромисс между расположением, формой, несущей нагрузкой и балансом», — повторяет Хилл. «В идеале противовес должен располагаться прямо напротив шейки с веером на 180 градусов, переходя по касательной в сторону цапфы с радиусом 1000 дюймов или больше. По мере увеличения ходов балансировка становится все более важной в форме и расположении противовеса.”

Эти коленчатые валы Bryant Racing демонстрируют разнообразие конструкций противовесов, доступных для удовлетворения различных потребностей.

Компания

Callies недавно завершила двухлетний проект по модернизации рычага LSX и противовеса, снизив потребность в тяжелых металлах на 50 процентов. В результате общий вес рукоятки уменьшился.

«Успех этого типа проекта стал возможен благодаря правильному сбору данных, программе, написанной внутри компании для анализа данных баланса на основе наших твердотельных моделей, и использованию нашего программного обеспечения для анализа конечных элементов», — говорит Хилл.«После внедрения этой системы для LSX мы смогли улучшить остальные семейства двигателей с гораздо более короткими затратами времени».

Большинство поставщиков кривошипов предлагают балансировку в качестве опции, независимо от того, приобретен ли полностью вращающийся узел или нет. Заказчик просто должен предоставить точные значения веса боба. И большинство поставщиков кривошипов согласны с тем, что кривошипы с внутренней балансировкой лучше, чем с внешне сбалансированными шатунами.

Переосмысление облегченных коленчатых валов

Вот шатун Callies Magnum сверху для малолитражки Ford и Magnum XL снизу.Обратите внимание на форму противовесов XL, уменьшающую вес и парусность. Также облегчены шейки шатунов.

Снижение веса — еще одно соображение, связанное с коленчатым валом, которое подверглось критическому анализу только в последние несколько лет. Расхожее мнение обещало, что более легкий коленчатый вал будет быстрее вращаться. Но так же, как конструкция клапанного механизма перешла на более тяжелые, но более прочные толкатели, аналогичный сдвиг происходит и в кривошипно-шатунном цехе.

«За прошедшие годы мы узнали, что жесткость намного важнее веса», — говорит Брайант.«Вероятно, менее пяти процентов производимых нами шатунов имеют заданный вес, который необходимо поразить. Так было не всегда. Пятнадцать лет назад мы прилагали согласованные усилия по снижению веса, потому что думали, что в этом что-то есть. Но когда дым рассеялся, вам было лучше иметь жесткость, чтобы увеличить мощность и чувствовать себя счастливее в блоке двигателя, чем то, что, по мнению водителя, было быстрее, потому что оно быстрее набирало обороты.

«Сейчас у ведущих производителей двигателей тенденция состоит в том, что жестче лучше, чем легче», — продолжает Брайант.«Когда вы делаете кривошип жестче, вы увеличиваете прочность».

Обратите внимание на маятниковые вырезы на внутренней поверхности противовеса этого коленчатого вала Scat. Это помогает снизить вес без ущерба для силы.

Один из последних вариантов выбора кривошипа у производителей двигателей — это размер шейки. Самые популярные приложения будут предлагать большие и маленькие журналы, в зависимости от потребностей клиента, и у каждого из них есть свои плюсы и минусы.

«Это соотношение площади трения к силе», — объясняет Петерс.«Когда шейка стержня сокращается, площадь трения уменьшается. Но поперечное сечение между шейкой шатуна и сетью было уменьшено, что снижает прочность коленчатого вала ».

«Вы должны учитывать поперечное сечение между броском и основным», — добавляет Либ. «Последнее, что вам нужно, — это журнал Honda (1,888 дюйма) на кривошипе 350 Chevy с 4-дюймовым ходом хода. У вас нет перекрытия между основным и броском ».

Обратите внимание на то, что коленчатый вал Lunati слева использует полные противовесы на всех четырех штифтах.Центральные противовесы увеличивают вращающий вес, но также могут упростить балансировку и помочь снизить скручивающие нагрузки. Кривошип Lunati справа имеет шесть противовесов, которые позволяют двигателю быстрее вращаться.

Эксперты подчеркнут важность перекрытия шейки при обсуждении прочности коленчатого вала. Вот сравнение длинноходного кривошипа Pro Mod со стандартным кривошипом с большим блоком. Обратите внимание, как шатунная шейка на нижнем кривошипе перекрывает часть основных шеек. Эта конфигурация более надежна, чем ходовой механизм, в котором цапфа штока находится дальше от сети.На перекрытие цапф также могут повлиять меньшие цапфы стержней.

Итак, что вы выберете? Коленчатые валы подходят для любого двигателя и области применения. Ключом к выбору правильного является тесное сотрудничество с техническими представителями производителя и честное отношение к вашим потребностям. Несомненно, рынок запчастей расширил возможности поставки качественных поковок для уличных и гоночных автомобилей, в которых используется множество опций, разработанных на треке. И переход к заготовке предлагает больше возможностей в дизайне и материалах.Просто нужно быть честным в отношении приложения и работать с техническими специалистами, чтобы выбрать правильную версию.

«То, как выглядит кривошип в изготовленном виде, — это баланс между весом, прочностью, улучшением характеристик, предполагаемым применением, стоимостью, доступностью вспомогательных деталей и производственной осуществимостью», — резюмирует Дэвис.

Многие производители комплектуют укомплектованные сбалансированные вращающиеся узлы, согласовывая свои коленчатые валы с соответствующими поршнями, шатунами, кольцами, демпфером и маховиком.Эта опция помогает снять любые опасения по поводу совместимости лошадиных сил и проблем с балансом. Слева Eagle предлагает запатентованную отделку ESP Armor, которая помогает коленчатому валу отводить масло и придает поверхности подшипников зеркальную гладкость.

Eagle Forged 4340 Стальной коленчатый вал, Chevrolet 350 Main, ход поршня 3,750 дюйма, длина штока 5,700 дюйма и выше

Кованый коленчатый вал Eagle 4340 из стали, Chevrolet SB 350 Main
Кованый коленчатый вал Eagle 4340 из стали обеспечивает максимальную прочность при доступной стоимости.Эти кривошипы изготовлены из поковки без скручивания с использованием только сертифицированной стали 4340. Многоступенчатая термообработка для большей прочности, x-рейтинг и звуковые испытания для обеспечения качества. Радиус фаски всех выступов, стержней и коренных шеек составляет 0,125 дюйма для дополнительной прочности (требуются зауженные подшипники). Они полностью азотированы для большей долговечности и микрополированы до 3 или менее, чтобы продлить срок службы подшипников.
Non-Twist Сертифицированные стальные поковки 4340
Многоступенчатая термообработка для большей прочности
Large.Радиус фаски 125 дюймов для дополнительной прочности
Проверен с помощью рентгеновских лучей и звуков, чтобы гарантировать качество
Полностью азотирован для лучшего качества
Микрополировка до 3 или лучше для продления срока службы подшипников

Тип детали: Коленчатый вал
Применение: Chevrolet Small Block
Материал коленчатого вала: 4340 Кованая сталь
Азотирование: Да
Тип заднего главного уплотнения: 2 шт.
Тип главного подшипника двигателя: 350 Главный
Ход: 3.