Назначение коленчатого вала дизеля – Коленчатый вал это перегнутый много раз стержень и всунутый в блок

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.

auto-ru.ru

Назначение и устройство коленчатого вала – понятными словами о детали

Даже непрофессиональный механик в двух словах знает назначение и устройство коленчатого вала, так как он является очень важным конструктивным элементом двигателя внутреннего сгорания. Именно в его функции входит воспринимать возвратно-поступательные движения поршней и передавать их в виде крутящего момента вспомогательным агрегатам, а также ротору тягового генератора.

Назначение и устройство коленчатого вала – основные узлы

Зная, для чего нужен коленвал, можно утверждать, что на него в процессе работы воздействуют и крутящие, и изгибающие силы, поэтому для того чтобы он не вышел из строя раньше заданного времени, его износостойкость должна быть высокой. Именно с этой целью такие детали чаще всего изготавливают из высокопрочных легированных сталей, еще встречаются и литые коленчатые валы, изготовленные из высокопрочного чугуна и закаленные токами высокой частоты. Коленвалы бывают без противовесов и с двойным противовесом.

Расположена эта деталь непосредственно в двигателе автомобиля, и его конструкция напрямую зависит от движка. Однако, несмотря на это, в конструкциях абсолютно всех коленчатых валов наблюдается много общего. Так из чего состоит коленвал? В качестве опоры выступают коренные шейки, в основном, применяется конструкция с четырьмя опорами, но встречаются и трехопорные. В шестицилиндровых двигателях расположены валы, у которых семь опор. Для того чтобы деталь была уравновешена, необходим противовес, а если диаметры цилиндров небольшие, тогда применяется одинарный противовес. Благодаря им обеспечивается плавная работа всего двигателя.

Из чего состоит коленвал – вспомогательные механизмы

Выяснив, для чего служит коленчатый вал и какие силы на него действуют, становится понятным, почему сопряжения между щеками и шатунными шейками делаются немного закругленными, это предотвращает преждевременное разрушение. Между двумя щеками располагается шатунная шейка, которая называется коленом, ее предназначение – обеспечивать равномерность воспламенения, уравновешенность движка, минимальные изгибающие моменты и крутильные колебания.

Подшипники скольжения обеспечивают вращение шатунов и коленвала в опорах. На крайней или же средней коренной шейке устанавливается упорный подшипник скольжения, в его задачи входит предотвращение осевых перемещений детали. Учитывая количество деталей, которые должны четко работать все вместе, нетрудно догадаться, как тщательно балансируется эта деталь в процессе изготовления, но все равно иногда обнаруживается дисбаланс, правда, происходит это еще на этапе испытаний, и в продажу такой агрегат не попадет.

Как работает коленвал – взгляд изнутри

Принцип работы коленчатого вала заключается в следующем. В момент максимального удаления поршня щеки и шатун коленвала вытягиваются в одну линию. В это время в цилиндрах начинает гореть топливо, и, соответственно, выделяются горючие газы, которые перемещают поршень по направлению к коленвалу. Вместе с ним также перемещается и шатун, нижняя головка которого поворачивает относительно своей оси коленчатый вал. Как только он развернется на 180°, шатунная шейка начинает движение в обратном направлении, таким образом, перемещается и поршень.

Получается следующая картина: поршень равномерно то удаляется, то приближается к детали, крайние точки поршня называются «мертвыми», так как в этих положениях его скорость равна нулю. Таким образом, мы разобрались, как работает коленчатый вал.

Немаловажную роль играет и система смазки в детали. От общей магистрали к опорам коренных шеек обеспечивается подвод масла, которое подается под давлением. Далее по специальным каналам, расположенным в щеках, это масло подается к шатунным шейкам. Благодаря масляной пленке, повышается износостойкость данных элементов. Кроме того, благодаря давлению масла можно проверить, нуждаются ли шейки коленчатого вала в замене. Определившись, для чего нужен коленчатый вал, можно смело утверждать, что он занимает одну из ведущих позиций среди деталей двигателя.

carnovato.ru

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):

autoportal.pro

Коленвал – это что? Устройство, назначение, принцип работы

Коленвал – это один из главных элементов двигателя. Он является частью кривошипно-шатунного механизма. Она имеет сложное устройство. Что собой представляет данный механизм? Давайте рассмотрим.

Устройство и назначение

Коленчатый вал воспринимает усилия от поршня и преобразует их в механическую энергию. На этот механизм воздействуют силы вращения. Работает он постоянно под высокой нагрузкой. Поэтому, чтобы деталь не вышла преждевременно из строя, коленчатые валы изготавливают из качественных, высокопрочных чугунных сплавов. Затем все детали закаляются током высокой частоты. Различают валы с двойным противовесом или вовсе без противовеса. Располагается колневал двигателя непосредственно в корпусе мотора. Что касается конструкции, то она в целом зависит от двигателя.

Несмотря на некоторые различия, в конструкциях есть очень много общего. Коленвал — это комплекс из нескольких деталей. В качестве опоры для этой конструкции используются коренные шейки – чаще встречаются модели с четырьмя шейками, но также есть и трехопорные. В шестицилиндровых моторах установлены валы, где таких опор 7. Для того чтобы коленчатый вал был уравновешен, применяют противовесы. Если цилиндры имеют небольшой диаметр, тогда используют одинарные противовесы. За счет этих деталей обеспечивается максимально плавная работа силового агрегата.

Вспомогательные механизмы

Итак, зная, для чего предназначен коленвал двигателя и какие силы воздействуют на него во время работы, можно понять, почему сопряжения между щеками и шатунными шейками немного закруглены. Это позволяет предотвратить преждевременные разрушения.

Между щек расположена шатунная рейка. Механики, которые обслуживают двигатели, называют ее «коленом». Она предназначена для того, чтобы обеспечивалось равномерное воспламенение, чтобы работа двигателя была максимально уравновешенной, чтобы на вал действовали минимальные крутильные и изгибающие силы. Коленвал это – деталь, работающая при высоких оборотах. Вращение шатунов и самого вала на опорах обеспечивается за счет подшипников скольжения. Установлены упорные элементы на крайней или средней коренной шейке. В задачи этого подшипника входит предотвращение осевых смещений и перемещение механизма. Если учесть, сколько деталей должны слаженно и четко работать в одном механизме, нетрудно сказать, что в процессе производства коленчатый вал тщательно балансируется. Но иногда удается обнаружить и разбалансируемые детали. В продажу такие изделия не поступают.

Работа коленчатого вала изнутри

Принцип работы в целом простой. Когда поршень максимально удален, щеки и шатун коленчатого вала выстраиваются в одну линию. В этот момент в камерах сгорания воспламеняется топливо и выделяются газы, которые двигают поршень к коленчатому валу. С поршнем движется и шатун, головка которого проворачивает коленчатый вал. Когда последний развернется, шейка шатуна движется вверх и с ней перемещается поршень.

Система смазки

Важную роль играет смазка. Коленвал – это деталь вращения, а значит, он будет испытывать трение.

От общей смазочной магистрали к опорам шеек обеспечен подвод смазки. Затем по каналам в щеках масло попадется и к шейкам шатунов. Смазка значительно повышает износостойкость всех деталей вала.

Неисправности

В силу высоких нагрузок данный механизм выходит из строя. Среди типовых неисправностей можно выделить ускоренный износ шеек. Он связан с проблемами в блоке цилиндров. Также нередко случаются задиры на поверхностях шеек.

Это случается из-за неудовлетворительной циркуляции или отсутствия смазки, либо в связи с нарушением температурных режимов. Царапины на поверхностях шеек можно видеть особенно часто. Необходимо различать просто царапины и трещины, которые образуются вследствие усталости металла. Нередко случаются биения и прогиб детали. Это особенно актуально для двигателей высокооборотистых автомобилей. Еще одна типовая неисправность – отклонение шеек от их заводского размера. Но это более естественный процесс, чем все остальные. Нужно учитывать, что размеры коленвала имеют допуск не более 0,02 миллиметров. Любое несоответствие устраняется проточкой на специализированном оборудовании.

Как выполнить замену?

Конечно, при некоторых видах неисправностей можно обойтись ремонтом – шлифовкой либо проточкой. Но иногда восстановить вал не получается. В таком случае можно заменить старый механизм на новый. Кстати, в двигателе это наиболее дорогая составляющая. Особенно в дизельных силовых агрегатах.

Прежде чем будет выполнена замена коленвала, проверяются осевые люфты. Это упростит подбор осевых вкладышей. Необходимо найти метки на вкладыше и блоке цилиндров. Они указывают направление установки крышек коренных подшипников. Все детали, которые мешают демонтировать вал, необходимо также снять. В руководствах по ремонту процесс демонтажа описывается по-разному, так как есть 8-ми и 16-клапанные двигатели, с рядной или V-образной системой расположения цилиндров. Затем необходимо установить новый коленчатый вал на место старого – нужно строго соблюдать инструкции производителя автомобиля и не перепутать положение коленвала. Ввиду высокой ответственности все работы нужно производить в специализированном сервисе.

Итак, мы выяснили устройство, назначение и принцип работы коленчатого вала автомобиля.

fb.ru

Что такое коленчатый вал двигателя в автомобиле

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

Что такое коленвал

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

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

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

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

Для чего нужен коленчатый вал

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

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

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

Из чего состоит коленчатый вал

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

Рабочие компоненты коленвала:

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

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

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

Для чего нужен датчик коленвала

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

Встречаются датчики следующих видов:

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

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

Видео на тему

Похожие статьи

avtonov.com

Коленчатый вал судового двигателя.

Одной из наиболее ответственных и трудоемких в изготовлении деталей судового дизеля является коленчатый вал. Посредством его осуществляется связь всех кривошипно-шатунных механизмов. Назначение коленчатого вала-суммирование набегающих моментов и передача их результирующего значения потребителю энергии.

Конструкция коленчатого вала дизельного двигателя, во многом, определяется размерами дизеля и зависит от числа и расположения цилиндров, порядка вспышек и уровня неуравновешенности. В многоцилиндровом дизельном двигателе коленчатый вал состоит из колен. Дополнительно в группу коленчатого вала входят: маховик, ведущая шестерня (звездочка) привода распределительного вала, демпфер, гребень упорного подшипника, фланец отбора мощности, а также ряд мелких деталей. В свою очередь элементами колена являются: шатунная шейка, две щеки, половины соседних рамовых (коренных) шеек, противовесы. В судовых дизелях применяются исключительно полноопорные валы. Для таких валов число рамовых шеек на единицу больше числа кривошипных механизмов.

При назначении геометрических параметров элементов колена исходят из того, что они должны обеспечивать прочность, жесткость и износостойкость коленчатого вала. Последнее обстоятельство вынуждает увеличить диаметр и уменьшать длину шеек. В новых судовых дизельный двигателях диаметр шеек приближается к диаметру цилиндра, а отношение длины шейки к ее диаметру составляет 0,3-0,5. Для шатунной шейки в V — образных двигателях с рядомстоящими шатунами это отношение лежит в пределах 0,5-0,6. Рамовые и шатунные шейки обычно делают одного диаметра. С целью уменьшения центробежных сил, облегчения вала и повышения его выносливости шейки часто выполняют полыми. В результате этого снижаются напряжения в местах сопряжения шеек и щек. Если полости шеек используются в качестве магистрали подачи масла к подшипникам коленчатого вала, то они должны быть закрыты заглушками. Конструкции заглушек весьма разнообразны. Иногда полости шеек выполняют роль сепараторов масла.

В тронковых и реже в крейцкопфных дизельных двигателях масло для смазки подшипников коленчатого вала подается через сверления в шейках. Отношение диаметра смазочного отверстия к диаметру шейки составляет 0,05-0,11. Из конструктивных соображений масляный канал сверлят, как правило, под углом к оси шейки, что приводит к увеличению концентрации напряжений. По этой причине не рекомендуется делать угол наклона сверления более 30 градусов. Выходы масляных отверстий обязательно закругляют радиусом не менее 0,25 диаметра сверления и тщательно шлифуют.

Щеки коленчатого вала двигателя отличаются многообразием конструктивных форм. Наибольшее распространение получили прямоугольные, трапецеидальные, круглые щеки. Последние находят применение главным образом в валах ВОД дизельного двигателя. Часть материала щек в районе шатунной шейки обычно срезают. Благодаря этому уменьшаются неуравновешенно вращающаяся масса колена. На стадии эскизного проектирования толщиной и шириной щеки задаются. У коленчатых валов судовых дизелей ширина щеки b=(0,9-1,5)D, а толщина зависит от отношения S/D. Для длинноходных дизелях h=(0.3-0.65)D и h=(0.16-0.3)D в случае короткоходных двигателей, как правило, имеющих перекрытие шеек. Перекрытие шеек повышает жесткость коленчатого вала, а поэтому толщину щеки можно уменьшить. Здесь и ниже D- диаметр цилиндра, S — ход поршня.

Галтели (места сопряжения шеек со щеками) являются ярко выраженными концентраторами напряжений. Их следует выполнять с возможно большим радиусом закругления R. Экспериментально установлено, что при увеличении R с 5 до 7 мм предел выносливости возрастает на 30%. В судовых дизельных двигателях R=(0,05-0,1)d, где d — диаметр шейки. Вместе с тем, увеличение радиуса галтели неизбежно вызывает рост длины шейки. Сохранить длину шейки и одновременно уменьшить концентрацию напряжений можно за счет конструктивного совершенствования галтели. Рекомендуется выполнять галтели с поднутрением в шейку и щеку. Однако такие галтели ослабляют сечение в месте концентрации напряжений, в результате повысить прочность в целом не удается. Целесообразно выполнять галтель дугами нескольких радиусов. При этом длина шейки не возрастает, если большим радиусом описывать части галтели, непосредственно примыкающие щеке. Находят применение также эллиптические и параболические галтели.

Противовесы устанавливаются для разгрузки рамовых подшипников от действия центробежных сил, уравновешивания моментов сил инерции вращающихся и поступательно движущихся масс, а также для уменьшения внутренних перерезывающих сил и изгибающих моментов в остове двигателя. Чаще всего противовесы изготавливают в виде цилиндрических сегментов. Объясняется это тем, что такая форма дает наибольшее удаление центра массы противовеса от оси коленчатого вала, а поэтому требует меньшей массы. Противовесы крепят к щекам при помощи шпилек, которые растягиваются центробежной силой. Иногда для разгрузки шпилек делают зубчатое соединение противовеса со щекой. Относительное расположение колен выбирают таким образом, чтобы обеспечить равномерное чередование вспышек, естественное уравновешивание двигателя, минимальную нагрузку рамовых подшипников и умеренные амплитуды колебаний коленчатого вала. Удовлетворить перечисленным требованиям полностью не удается, поэтому задача выбора рациональной схемы заклинки коленчатого вала требует оптимизационного решения. В частности, выполнение условия равномерного чередования вспышек рядного двигателя дает угол между соседними коленами ß =720/I в четырехтактном и ß = 360/I в двухтактном судовом дизельном двигателе, здесь I — число цилиндров. Требование минимизации нагрузки рамовых подшипников вынуждает назначать такую заклинку вала, при которой вспышки следуют в цилиндрах, как можно дальше удаленных друг от друга.

В зависимости от числа колен и их размеров коленчатые валы судовых дизелей изготавливают цельными или состоящими из двух частей, которые стыкуются между собой при помощи фланцевого соединения. Заготовки валов получают ковкой или штамповкой. Так как трудоемкость этих методов прогрессирует по мере увеличения размеров поковки, в последнее время взамен их используют гибку с высадкой. При такой обработке цилиндрический вал подвергается пластической деформации изгибу и осевому сжатию в месте формирования колена. В ряде случаев гибка с высадкой отличается высокой производительностью и дает повышение прочности коленчатого вала. Перед механической обработкой поковки коленчатых валов подвергают низкому отжигу или нормализации. Цель термической обработки — устранение внутренних напряжений и уменьшение твердости стального вала для улучшения его обрабатываемости.

Коленчатые валы больших размеров чаще всего собирают из полусоставных или составных колен. В валах с полусоставными коленами шатунные шейки отковываются вместе со щеками, в которые запрессовываются рамовые шейки. В составных коленах как рамовые, так и шатунные шейки соединяют посредством запресовки. Запресовку осуществляют с натягом и предварительным нагревом соединяемых деталей до 200-300 градусов. Установка шпонок и штифтов не допускается.

Как известно, несущая способность прессового соединения определяется величиной натяга, т.е. значениями контактных напряжений. Вследствие неизбежной релаксации материалов коленчатого вала контактные напряжения уменьшаются. Этот процесс приводит к ослаблению натяга, появлению фретинг-коррозии на сопрягаемых поверхностях и, как следствие, к повышению вероятности проворачивания шеек. Уменьшение скорости релаксации достигается увеличением массы щеки в районе ее сопряжения с шейкой и в конечном итоге определяется радиальной и осевой толщиной щеки.

Для снижения массы щек прессовое соединение деталей коленчатого вала дизельных двигателей иногда заменяют сваркой. В результате такой замены удается уменьшить металлоемкость коленчатого вала на 25-30% и собирать валы с перекрытием шеек. В настоящее время существует два варианта изготовления сварных валов. По первому варианту щеки вместе с половинками шеек отковываются, нормализуются и соединяются сваркой по стыкам половины каждой шейки. Второй вариант предусматривает изготовление ковкой отдельных колен, которые затем соединяются между собой сваркой по стыкам половин рамовых шеек. В обоих вариантах сварные швы располагаются в середине шеек.

Технология сварки элементов коленчатого вала дизеля предусматривает следующие операции. Перед сваркой производится механическая обработка торцов свариваемых половин шеек для обеспечения их параллельности. Свариваемые детали устанавливаются на манипулятор таким образом, чтобы расстояние между торцами составляло 15-20 мм, и подогреваются до температуры 200 градусов. После этого соединяемые детали приводятся во вращение манипулятором с частотой 10-20 об/мин и начинается автоматический процесс электродуговой сварки под флюсом. Круговые сварные швы поочередно наносятся друг на друга, постепенно заполняя металлом торцевой зазор. После сварки производится отжиг коленчатого вала и проверка качества сварных швов. Качество сварки ультразвуковым дефектоскопом.

Коленчатые валы судовых дизельных двигателей стальные. Они изготавливаются из сталей, легированных хромом, никелем, марганцем, молибденом и алюминием. Чаще других применяются, стали 40Х, 35Г, 40Г, 40ХН2МЮА, 38Х2МЮА. Первые три марки обычно служат материалом для валов МОД.

Повышение износостойкости шеек и долговечности коленчатого вала дизельного двигателя в целом достигается поверхностным упрочнением. Благодаря ему в поверхностном слое создаются остаточные сжимающие напряжения, которые в значительной степени препятствуют зарождению усталостных трещин. Среди методов поверхностного упрочнения в судовом дизелестроении наиболее распространены: закалка током высокой частоты, азотирование и обкатка роликами. Высокочастотная закалка относится к производительному и прогрессивному способу повышения поверхностной твердости стали. Однако по причине громоздкости электрического индуктора этот метод применяется пока лишь для упрочнения валов небольших размеров. Более эффективным средством получения высокой твердости является азотирование. Процесс насыщения поверхностного слоя азотом протекает чрезвычайно медленно (примерно около 10 ч для получения слоя глубиной 0,15 мм). Обычно азотирование производят на глубину 0,3-0,6 мм и оно относится к завершающей стадии обработки коленчатого вала. После азотирования подвергают шлифованию только шейки вала. Предел выносливости коленчатого вала двигателя можно еще больше повысить, если подвергать его поверхности механическому наклепу. Весьма успешно эта цель достигается при обкатке роликами галтелей и обжатии шариком краев масляных отверстий. Шейки валов больших размеров также обкатываются роликами. При такой обработке упрочненный слой может достигать нескольких миллиметров, что способствует заметному снижению напряжений в местах их концентрации. Помимо упомянутых известны комбинированные методы поверхностного упрочнения коленчатых валов. Например, шейки и щеки вала азотируют, а галтели либо обкатывают фасонными роликами, либо подвергают обдувке дробью.

psk-spb.com

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.

smotr.net