Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Коленчатый вал

Коленчатый вал

Рис. Коленчатый вал двигателя V6

Коленчатый вал воспринимает усилия, передаваемые от поршней шатуном, и преобразует их в крутящий момент. Поэтому коленчатый вал должен быть прочным и жестким.
В качестве материала для коленчатого вала используют высокопрочный чугун и сталь. Чугунные валы изготавливают методом литья, а стальные — методом ковки. Рабочие поверхности коренных и шатунных шеек коленчатого вала подвергают упрочнению с помощью термической обработки и последующей шлифовке.
Коленчатый вал состоит из нескольких коренных шеек, соединенных щеками с шатунными шейками. Щеки коленчатого вала продолжаются в противоположном от шейки направлении, образуя противовесы. В некоторых двигателях грузовых автомобилей используют съемные противовесы, которые крепятся к коленчатому валу болтами. Коренные шейки всегда больше в диаметре, чем шатунные. Коленчатый вал будет более жестким, если коренные и шатунные шейки перекрывают друг друга при взгляде с торца вала. Очевидно, что намного легче добиться перекрытия шеек в [[Короткоходный двигатель |короткоходном двигателе]]. Если по обеим сторонам от шатунной шейки расположены коренные шейки, коленчатый вал является полноопорным. В противном случае он неполноопорный и поэтому должен быть более жестким, а следовательно, более массивным, чтобы воспринимать значительные изгибающие и закручивающие усилия. Поэтому в современных двигателях в основном применяются полноопорные валы. В настоящее время редко применяют разборные коленчатые валы, хотя такая конструкция вала дает возможность применять шатуны с неразъемной нижней головкой. Переход от шейки к щеке является опасным с точки зрения концентрации напряжений, и поэтому его выполняют по радиусу. Такая конструкция уменьшает возможность появления трещин и последующего усталостного излома.
В качестве коренных и шатунных подшипников скольжения в настоящее время применяют разъемные, тонкостенные вкладыши. Вкладыши изготавливают из стальной ленты с нанесенным на нее слоем антифрикционного сплава. Для того чтобы установленные вкладыши не проворачивались в опорах коленчатого вала и головках шатунов, они имеют выступ, с помощью которого фиксируются в соответствующих канавках. Для предохранения коленчатого вала от осевых перемещений используются упорные подшипники скольжения.
Внутри коленчатого вала, в щеках и шейках коленчатого вала просверлены отверстия для прохода масла. Подшипники коленчатого вала подвергаются значительным нагрузкам, и даже кратковременная работа двигателя без масла приводит к его выходу из строя, поэтому к шейкам коленчатого вала масло подается постоянно под давлением.
К заднему концу коленчатого вала крепится маховик. Маховик служит для уменьшения неравномерности работы двигателя, запасая энергию при рабочем ходе и отдавая ее при других тактах, а также выводит КШМ из мертвых точек. Маховик представляет собой массивный диск, выполненный из чугуна. На внешнюю цилиндрическую поверхность маховика напрессован зубчатый венец, обеспечивающий проворачивание коленчатого вала при пуске двигателя с помощью электрического стартера. У многоцилиндровых двигателей рабочий ход происходит одновременно в нескольких цилиндрах. У таких двигателей крутящий момент более равномерный и масса маховика может быть уменьшена.

Рис. Двухмассовый маховик двигателя

Каким бы жестким ни был коленчатый вал, он подвергается крутильным колебаниям. Крутильные колебания можно представить как постоянное закручивание с последующим раскручиванием вала, что происходит при работе двигателя с определенной частотой. При совпадении частоты крутильных колебаний с частотой внешних сил может наступить резонанс, который приведет к резкому увеличению нагрузок, действующих на коленчатый вал, и, как следствие, к его поломке. Излом коленчатых валов (обычно в месте соединения щеки с коренной шейкой) был частой причиной выхода из строя двигателей старых конструкций. Современные коленчатые валы имеют высокую жесткость, и резонансные частоты находятся за пределами возможных частот вращения валов этих двигателей. Тем не менее в конструкции двигателей часто применяют гасители крутильных колебаний, которые снижают до нужного уровня виброактивность коленчатого вала. Наиболее распространенный способ: разделить шкив или диск, установленный на коленчатом вале, на внутреннюю и наружную части и соединить их упругим материалом, который поглощает вибрации за счет внутреннего трения.
Сейчас все большее распространение получают двухмассовые маховики, которые успешно выполняют функцию гасителя крутильных колебаний.
Прогресс в системах управления может внести дополнительные изменения в конструкцию двигателей. Сегодня разработаны новые тороидные стартер-генераторы, которые не только мгновенно и бесшумно пускают двигатель, но и дают возможность за счет электронного управления гасить всевозможные колебания и вибрации, а также обеспечивают возможность работы двигателя при экстремальных нагрузках.

Что такое коленвал в автомобиле и как он работает

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.

Коленвал в автомобиле

Коленвал это деталь в моторе автомобиля, приводящаяся в движение поршневой группой. Он передает крутящий момент на маховик, который в свою очередь вращает шестерни трансмиссии. Далее вращение передается на полуоси ведущих колес.

Все автомобили, под капотом которых установлены двигатели внутреннего сгорания, оснащаются таким механизмом. Эта деталь создается специально под марку двигателя, а не под модель автомобиля. В процессе эксплуатации коленчатый вал притирается к особенностям строения ДВС, в котором он установлен. Поэтому при его замене мотористы всегда обращают внимание на выработку трущихся элементов и на то, почему она появилась.

Как выглядит коленвал, где он находится и какие бывают неисправности?


Назначение коленвала

Во всех сложно-технических устройствах происходит возникновение одной одного вида энергии, которая кинематическими схемами преобразуется в другую, например, вращательное — в поступательное, и т.д.

В двигателе ДВС коленчатый вал — это сердце двигателя. Принцип работы коленвала следующий: когда поршень удалился на самое максимальное расстояние — щёки и шатун вытягиваются в одну линию. Далее, в рабочей камере сгорания цилиндра происходит взрыв топливно-воздушной смеси, из-за чего поршень опускается вниз с шатуном. Основание шатуна проворачивается вокруг оси шатунной шейки коленвала, так как шатун сидит на ней. После достижения поворота на 180 градусов, шатун начинает движение вверх и поднимает поршень. Таким образом происходит цикл вращения деталей цилиндро-поршневой группы.

Максимально удаленное и максимально приближенное расстояния от коленвала до поршней называются мертвыми точками, в мертвых точках скорость движения равна нолю.

Строение коленвала

Коленчатый вал устанавливается в нижнюю часть двигателя непосредственно над масляным картером и состоит из:

  • коренной шейки – опорная часть детали, на которой устанавливается коренной подшипник картера мотора;
  • шатунной шейки – упоры для шатунов;
  • щек – соединяют все шатунные шейки с коренными;
  • носка – выходная часть коленвала, на которой закреплен шкив привода газораспределительного механизма (ГРМ);
  • хвостовика – противоположная часть вала, к которой крепится маховик, приводящий в движение шестерни коробки передач, к нему же подсоединяется и стартер;
  • противовесов – служат для сохранения баланса во время возвратно-поступательных движений поршневой группы и снимают нагрузки центробежной силы.

Осью коленвала являются коренные шейки, а шатунные всегда поочередно смещены в противоположном направлении друг от друга. В этих элементах сделаны отверстия для подачи масла на подшипники.

Читать еще:  Как подготовить автомобиль к зиме?

Кривошип коленчатого вала это узел, состоящий из двух щек и одной шатунной шейки.

Раньше в автомобили устанавливали сборные модификации кривошипов. Сегодня все двигатели оснащены цельными коленвалами. Они изготавливаются из высокопрочной стали путем ковки, а затем обработки на токарных станках. Менее дорогие варианты изготавливаются из чугуна при помощи литья.

Вот пример создания стального коленвала:

Неисправности коленчатых валов

Рассмотрим типичные неисправности коленчатых валов:

  • течи сальников коленчатого вала;
  • «масляное голодание» рабочих поверхностей;
  • механические повреждения коленчатых валов;
  • естественный физический износ;
  • ненормальный повышенный физический износ.

Как правило, первое, с чем сталкиваются автомобилисты, — это течь масла из-под резиновых уплотнений (сальников коленвала). Это широко распространенная проблема на двигателях с пробегом. Подтекающий сальник требует замены. В некоторых случаях замена масла на более вязкое поможет остановить течь на какое-то время.

Сальник коленвала требующий замены

Это интересно: Технические характеристики 4B11 2,0 л/165 л. с.

Для коленчатых валов, как и для других деталей двигателя, наиболее опасно «масляное голодание». Причиной может быть поломка маслонасоса, забитый канал подачи масла, низкий уровень масла в двигателе. Это приводит к повышенному трению подшипников, нагреванию элементов. Дальнейшая эксплуатация двигателя в таком режиме приведет к его перегреву, полному заклиниванию и к капитальному ремонту. «Клин» на ходу может привести к критическим повреждениям вала или других узлов двигателя.

Вода и топливо попадая в масло меняют его хим. состав и степень вязкости. Причиной может быть значительный износ цилиндропоршневой группы, нарушенная структура прокладок, микротрещины в блоке двигателя или ГБЦ.

Повреждения шейки шатуна по причине отсутствия смазки

Со временем шейки и подшипники подвергаются износу, увеличивается допустимый зазор, появляется люфт коленвала, это приводит к возрастанию вибраций, двигатель начинает «стучать». Характерный стук двигателя — критичный сигнал. При его появлении необходимо прекратить движение и срочно обратиться в автосервис. Если коленчатый вал разбалансирован или смонтирован неправильно, может возникнуть повышенный ненормальный износ контактных поверхностей.

Возможные проблемы коленвала и их решение

Хотя коленвал изготавливается из прочного металла, из-за постоянных нагрузок он может выйти из строя. Данная деталь испытывает механические нагрузки от поршневой группы (порой давление на один кривошип может достигать десяти тонн). Помимо этого во время работы мотора температура внутри него поднимается до нескольких сотен градусов.

Вот некоторые причины поломок составной части кривошипно-шатунного механизма.

Задиры шатунных шеек кривошипа

Износ шатунных шеек – распространенная неисправность, так как в этом узле образуется сила трения при большом давлении. В результате таких нагрузок на металле появляются выработки, которые затрудняют свободный ход подшипников. Из-за этого коленвал неравномерно нагревается и впоследствии может деформироваться.

Игнорирование данной проблемы чревато не только сильными вибрациями в моторе. Перегрев механизма приводит к его разрушению и по цепной реакции – всего двигателя.

Проблема устраняется путем шлифовки шатунных шеек. При этом их диаметр уменьшается. Чтобы размер этих элементов был одинаковым на всех кривошипах, данную процедуру следует выполнять исключительно на профессиональных токарных станках.

Так как после процедуры технические зазоры детали становятся больше, после обработки на них устанавливается специальный вкладыш, компенсирующий образовавшееся пространство.

Задиры появляются из-за низкого уровня масла в картере двигателя. Также на возникновение неисправности влияет качество смазки. Если не менять масло вовремя, оно загустевает, от чего масляный насос не способен создать нужное давление в системе. Своевременное ТО позволит кривошипно-шатунному механизму работать длительный срок.

Срез шпонки кривошипа

Шпонка кривошипного механизма позволяет передать крутящий момент с вала на приводной шкив. Эти два элемента оснащены пазами, в которые вставляется специальный клин. Из-за некачественного материала и большой нагрузки эту деталь в редких случаях может обрезать (например, при заклинивании двигателя).

Если пазы шкива и КШМ не разбиты, то достаточно просто заменить эту шпонку. В старых моторах такая процедура может не принести желаемого результата из-за люфта на соединении. Поэтому единственным выходом из ситуации будет замена этих деталей на новые.

1.2 Коленчатый вал

Коленчатый вал служит для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршней во вращательное и передачи вращающего момента потребителю мощности.

Это одна из наиболее ответственных, напряженных и дорого­стоящих деталей. Стоимость вала может достигать 30 % стоимости дизеля, а масса — до 15 % его массы.

Коленчатый вал (рисунок 1.2) состоит из кривошипов (колен) (2), свободного конца (1), конца (4) отбора мощности и жесткого соеди­нительного фланца (3).

При относительно небольших размерах и массе вал по длине является цельным. Кривошип состоит из двух рамовых шеек (8), размещенных в рамовых подшипниках (10), двух щек (7) и шатунной (кривошипной) шейки (6), соединенной с нижним кон­цом шатуна (9).

На валу размещены шестерня (5) привода вспомогательных ме­ханизмов, противовесы (11), шестерня (12) привода распределитель­ного вала, маховик, иногда — демпфер осевых колебаний вала или гаситель крутильных колебаний.

Условия работы. Коленчатый вал воспринимает, на­грузки от действия сил газов и сил инерции поступательно движу­щихся и вращающихся масс. Эти силы вызывают знакопеременные скручивающие и изгибающие моменты,износ шеек вала и подшип­ников, а также усталостные явления в местах наибольшей концен­трации напряжений (галтелях, сверлениях).

Периодически изменяющийся вращающий момент вызывает кру­тильные (вал скручивается и раскручивается), поперечные (под действием сил инерции) и осевые (вал сжимается и растягивается вдоль оси) колебания, которые при резонансе могут вызывать значительные дополнительные напряжения и привести к полом­ке вала. Дополнительные напряжения в валу возникают также при искривлении его оси вследствие неправильной укладки, неравномерного износа рамовых подшипников или деформации фундаментной рамы дизеля.

Рисунок 1.2 – Коленчатый вал

Составляющие силы Рш, действующей по оси ша­туна — тангенциальная Рт и радиальная Рр, — вызывают реакции рамовых подшипников Рт/2 и Рр/2. Вращающие моменты, пе­редаваемые через первую и вторую рамовые шейки, соответствен­но равны Мв и М’в.

Реакции от сил Рт и Рр изгибают шатунную шейку (опасное сечение I — I), щеки кривошипа (опасное сечение II — II) и рамовые шейки (опасное сечение III — III), а вращающий момент Мв от других цилиндров скручивает шатунную и рамовые шейки. Щека дополнительно сжимается радиальной силой Рр/2 и скручивает­ся моментом от силы Рт/2.

Так как силы инерции Рj в верхней мертвой точке (ВМТ) направлены вверх и разгру­жают детали движения и коленчатый вал от направленных вниз сил действия газов Рг ,то одним из наиболее тяжелых режимов работы коленчатого вала и других деталей дизеля явля­ется режим пуска, когда максимальное давление сгорания в цилин­дре может превышать в 1,3—1,5 раза давление на номинальном ре­жиме, а силы инерции незначительны. Вместе с тем во время рабо­ты дизеля возникающие от сил Рj моменты Мj стремятся изогнуть коленчатый вал в плоскостях их действия. Деформация вала вос­принимается рамовыми подшипниками (наибольшую нагрузку вос­принимают центральные подшипники).

К конструкции коленчатого вала предъявляют следующие основные требования: возможно большие жесткость и прочность при наименьшей массе; высокая износостойкость шеек; динамическая уравновешенность (все массы должны быть располо­жены так, чтобы не было неуравновешенных пар).

Читать еще:  Что указывает на поломку коленчатого вала?

Материал для изготовления коленчатых валов: углеро­дистая сталь 35, 40, 45, 50, 35Г и 45Г (для малооборотных дизелей(МОД) и среднеоборотных дизелей(СОД) средней мощности), легированная сталь 40ХН, 40ХНВА и др. (для ВОД и мощных СОД); легированная сталь не увеличивает жесткости вала, но повышает его усталостную прочность и износостойкость.

Валы дизелей малой и средней мощности иногда изготовляют из высокопрочного модифицированного чугуна с шаровидным гра­фитом ВЧ45-5, ВЧ50-2. Преимущества чугунных валов: меньшая стоимость изготовления; возможность использования более рацио­нальных конструктивных форм (с точки зрения снижения концен­трации напряжений); меньшая чувствительность, к концентраторам напряжений (рискам, царапинам и т. п.); повышенная износо­стойкость шеек (вследствие наличия в чугуне графита и хорошей смачиваемости шеек маслом). Недостатки: пониженные жесткость и прочность, и трудность обнаружения внутренних литейных пороков.

Кривошипы. Кривошип (колено) вала изготовляют цельным (рисунок 1.3 а), полусоставным (рисунок 1.3 б) или составным (рисунок 1.3 в). В полусоставных и составных кривошипах соеди­нение отдельных частей обеспечивается горячей посадкой или хо­лодом (без шпонок или стопоров). Достаточное обжатие достигает­ся натягом 1/800—1/10000 при нагреве до 200—250 °С. Полусостав­ные и составные кривошипы применяют главным образом для ва­лов с большими диаметрами шеек в МОД.

Угол заклинивания кривошипов и порядок вспышек в цилиндрах выбирают из условий наибольшей равномерности вращающего момента, наиболее полного уравновешивания, равномерной нагрузки на рамовые подшипники, оптимального использования энергии выпускных газов для наддува, наименьших дополнительных на­пряжений от крутильных колебаний.

Для обеспечения равномерного вращения коленчатого вала вспышки в цилиндрах должны происходить через одинаковые углы поворота коленчатого вала: для четырехтактных дизелей φ= 720/i, для двухтактных φ = 360/i (где i — число цилиндров). У высокооборотных дизелей(ВОД) условие наиболее полного уравновешивания часто является решаю­щим и угол φ может быть другим. Для равномерного нагружения вала и рамовых подшипников последовательные вспышки не должны происходить в соседних цилиндрах, так как рамовый под­шипник между этими цилиндрами будет перегружен.

Рамовые и шатунные шейки обычно имеют одинаковый диаметр; у СОД и ВОД для демонтажа шатуна через цилиндр иногда диа­метр шатунной шейки уменьшают на 10—15 %. Место переходов шеек к щекам для уменьшения концентрации напряжений выпол­няют плавными с возможно большими радиусами закруглений.

Сверления в шейках могут иметь разное назначение: для уменьшения массы вала (сверления в рамовых и шатунных шейках); для уменьшения центробежных сил инерции неуравновешенных вращающихся масс (сверления в шатунных шейках); для подвода смазки к кривошипным подшипникам и контроля качества по­ковки вала; для искусственного уравновешивания без применения противовесов (сверления различных диаметров в некоторых шатунных шейках). В современных МОД сверления часто не делают, так как они являются концентраторами напряже­ний и существенно снижают прочность вала.

Смазывание шеек коленчатого вала — циркуляционное под дав­лением. Масло обычно подводится по отдельным патрубкам из об­щей масляной магистрали к рамовым подшипникам, а затем по сверлениям в кривошипах — к шатунным шейкам. Поступлению масла к шатунным подшипникам способствует центробежная сила от веса масла. Если кривошипы сверлений не имеют, в рамовые подшипники масло подводится по отдельным патрубкам, а в шатун­ный — от крейцкопфных подшипников по сверлению в шатуне.

Для подвода масла от рамового в шатунный подшипник часто используют косое сверление в кривошипе; при этом для непрерывного поступления масла в кривошипный под­шипник и далее по сверлению в шатуне в поршневой подшипник в рамовых и кривошипном подшипниках приходится делать неже­лательные кольцевые канавки. Для устранения этого в рамовой шейке делают входные сверления a,b (рисунок 1.3 г), а в шатун­ной шейке — выходные сверления c,d.

Рисунок 1.3 – Кривошипы коленчатого вала ;

При использовании для перемещения масла облегчающих осе­вых сверлений (большого диаметра) в шейках их торцы уплотняют заглушками 2 (рисунок 1.3 д). Однако заглушки и большое количество масла в облегчающих сверлениях увеличивают вращающие­ся массы, а на заполнение больших объемов требуется время. Для устранения этого недостатка в косых сверлениях кривошипа раз­вальцовывают латунные трубки 3 (рисунок 1.3 ё). Для ускорения подачи масла в пусковой период иногда в осевых сверлениях ра­мовых (или рамовых и шатунных) шеек устанавливают вытесните­ли 4 (рисунок 1.3 ж). В ВОД в радиальные сверления шатунных шеек часто завальцовывают короткие сепарационные трубки 1.

При вращении вала механические примеси центробежной си­лой отбрасываются к периферии и откладываются на поверхности осевого сверления шейки, а в трубку поступает чистое масло (иног­да для этого радиальное сверление располагают в плоскости, пер­пендикулярной плоскости колена вала). Радиальные сверления в шейках стремятся расположить в области минимальных давлений на шейку; в реверсивных дизелях предусматривают обычно два сверления в шатунной шейке.

Щеки кривошипа могут иметь различную конструкцию: прямо­угольную, овальную, круглую и фигурную. Наиболее рациональ­ными в отношении прочности, массы и равномерного «распределения напряжений являются овальные щеки. Однако их трудно изго­тавливать, поэтому чаще всего в судовых дизелях «применяют щеки прямоугольные со срезанными углами (рисунок 1.3 а, б, г- ж). Фигурные щеки (рисунок 1.3 в) применяют в полусоставных и со­ставных кривошипах. Их форма обусловлена необходимостью со­здания «кольца» для надежного обжатия шеек.

Конструктивные способы повышения усталостной прочности коленчатого вала:

галтели сопряжения шеек и щек выполняют возможно больших радиусов;

наиболее напряженные места (особенно галтели и выходы ра­диальных сверлений в шейках) тщательно обрабатывают и поли­руют;

радиальные сверления в кривошипной шейке располагают не в плоскости кривошипа, а под углом 90 или 270°;

применяют «перекрытие» рамовых и кривошипной шейки, «поднутрение» галтелей в щеку (рисунок 1.3 б) или в шейку;

осевые сверления в кривошипных шейках растачивают эксцен­трично;

внутренние полости шеек чугунных валов выполняют бочко­образными.

Противовесы. На коленчатом валу противовесы устанавливают для уравновешивания свободных сил инерции (не уравновешенных заклиниванием кривошипов) и их моментов для деталей движения, разгрузки рамовых подшипников (из-из уравновешивания цент­робежных сил инерции неуравновешенных вращающихся масс) и уравновешивания внутренних моментов центробежных сил, воз­никающих вследствие упругости коленчатого вала и передающихся через рамовые подшипники на остов дизеля (в ВОД противовесы крайнего кривошипа иногда выполняют функции гасителя крутильных колебаний).

К щекам кривошипа противовесы чаще всего крепят болтами, для разгрузки которых от срезающей силы применяют различные замки или шпонки. Для МОД противовесы часто отковывают или отливают заодно со щеками. Для уменьшения массы противовеса его центр тяжести должен быть расположен возможно дальше от оси вала.

Концы коленчатого вала. При выходе из картера во избежание утечки масла концы вала уплотняют специальными маслоотбойными гребнями в комбинации с лабиринтным или сальниковым уплотнением (войлочным, фетровым), либо предусматривают маслосгонную резьбу (при малых диаметрах вала у нереверсивного дизеля).

Свободный конец вала используют обычно для монтажа шестерни привода навешанных на дизель насосов (масляного, водяного, топливоподкачивающего) и других вспомогательных механизмов. Для снижения амплитуды осевых колебаний коленчатого вала иногда на его свободном конце устанавливают демпфер осевых колебаний (рисунок 1.4 а).

К торцу вала жестко прикреплен валик (3) с поршнем (2), размещенным с зазором в цилиндре (5) с крышкой (4). Цилиндр прикреплен к торцу остова дизеля. Полости по обе стороны поршня заполнены маслом из системы смазки дизеля. Осевые колебания вала вызывают перемещения поршня. При этом масло вытесняется через зазор между поршнем и цилиндром и необходимая энергия демпфирования создается вследствие гидравлического сопротивления при перетекании масла через зазор. Для отвода теплоты при работе демпфера предусмотрена циркуляция масла через входные (6) и выходные (1) отверстия, а для слива масла из кожуха демпфера — отверстие (7).

Читать еще:  Конструкция и принцип работы главного тормозного цилиндра

Для уменьшения амплитуды крутильных колебаний на свободном конце вала (участке наибольших амплитуд колебаний) в ВОД и СОД иногда устанавливают гасители крутильных колебаний: антивибраторы и демпферы.

Антивибратор (динамический гаситель колебаний) работает без поглощения энергии, а демпфер поглощает часть энергии, подводимой возмущающим моментом.

Принцип действия антивибратора заключается в том, что к одной колеблющейся системе присоединяют вторую систему, способную колебаться относительно первой. Если на первую систему воздействуют, возмущающая сила или возмущающий момент с частотой, равной частоте свободных колебаний второй системы, то совершать колебания будет только вторая система, а первая система участвовать в колебаниях не будет, т. е. вторая система является динамическим гасителем колебаний первой системы.

Рисунок 1.4 – Гасители осевых и крутильных колебаний

В демпфере жидкостного трения (рисунок 1.4 б) энергия крутильных колебаний поглощается вязкой кремнийорганической жидкостью — силиконом. К концу коленчатого вала прикреплен корпус (8) демпфера с крышкой (11). Кольцевой маховик (9) может свободно вращаться на втулке (10). Зазор между корпусом и маховиком заполнен силиконовой жидкостью. Корпус демпфера совершает колебания вместе с валом, а кольцевой маховик стремится сохранить частоту своего вращения неизменной. На преодоление возникающего вязкостного трения жидкости затрачивается энергия колебаний и уменьшается их амплитуда. Такие демпферы обычно размещают за пределами остова дизеля для лучшего охлаждения окружающим воздухом.

На конце вала со стороны отбора мощности обычно имеются фланец для соединения с упорным валом, маховиком или фланцем генератора и шестерня (12) (рисунок 1.3 б) привода распределительного вала. Такое размещение шестерни обеспечивает правильную, спокойную и надежную работу привода распределения вследствие наименьших амплитуд крутильных колебаний на этом участке вала (вблизи узла колебаний) и постоянных зазоров в приводе при тепловом расширении коленчатого вала. Привод длинного распределительного вала, иногда располагают в средней части коленчатого вала, что уменьшает погрешности распределения от скручивания распределительного вала.

Коленчатый вал ДВС

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания, он же коленвал — это однородная деталь (если состоит она из нескольких частей, то это составной вал) сложной формы в виде стержня с коленами, функция которой является преобразование возвратно-поступательного движения в крутящее.

Металл коленвала

Коленчатый вал ДВС воспринимает большие нагрузки, поэтому он изготавливается с большим запасом прочности. Материалы для изготовления коленвала следующие:

  • углеродистая сталь;
  • хромомарганцевая сталь;
  • хромоникельмолибденовая сталь;
  • высокопрочный чугун.
Марки стали состава коленвала в порядке распространенности:
  1. Сталь 45. Означает, что в сплаве металла содержится от 0,42 до 0,5 % углерода (С).
  2. Сталь 45Х. Это конструкционный легированный сплав, в котором содержится хром в количестве 1%. Из справочников по ГОСТу хрома содержится в этой марке от 0,8 до 1,1 %.
  3. Сталь 45Г2. Буква Г в шифре стали означает, что содержится марганец (Mn) в количестве 2%.
  4. Сталь 50Г. Этот шифр обозначает, что это марганцевая сталь с содержанием 1% марганца (Mn) и 0,5% углерода (С).

Если в шифре сплава металла содержится более, чем 2,14% углерода (С), то — это чугун.

Марки стали коленвалов дизельных двигателей:
  1. Сталь 40ХНМА.
  2. Сталь 18ХНВА.

Элементы коленвала

Коленчатый вал (коленвал) ДВС состоит из:

  1. Коренная шейка.
  2. Шатунная шейка.
  3. Щёки.
  4. Передняя выходная часть вала или, по-другому — носок.
  5. Задняя выходная часть вала, или, по-другому — хвостовик.
  6. Противовесы.

Коренная шейка вала коленчатого вала — это специальное посадочное место для коренного подшипника, на котором сидит и вращается коленвал.

Обозначения рисунка «Коленчатый вал ДВС»:

  1. Фланец маховика.
  2. Противовесы.
  3. Шатунные шейки.
  4. Коренные шейки.
  5. Щека.
  6. Отверстия подвода масла к шейкам.
  7. Противовесы.
  8. Коренная шейка упорного подшипника.
  9. Посадочное место звездочки (шестерни) привода распределительного вала.
  10. Носок коленчатого вала.

В строении коленвала ДВС имеются коренные шейки, соединяющиеся с шатунныйми шейками посредством щёк. Помимо соединительной функции щек, они еще являются балансирами кривошипно-шатунного механизма, то есть выравнивают вес поршней и шатунов. Благодаря сбалансированному вращению коленвалу, двигатель работает плавно, без рывков.

На коренные и шатунные шейки надеваются подшипники скольжения, называемые вкладышами. Вкладыши тонкостенные располовинчатые из стальной ленты с антифрикционным слоем (то есть, устойчивым к трению).

Шатунная шейка является опорой для шатуна. Самой большой нагрузке в строении коленвала ДВС подвергаются места перехода от шеек к щекам.

Чтобы весь коленчатый вал двигателя не перемещался по оси, не имел осевой люфт, используется упорный подшипник скольжения. Подшипник скольжения удерживающий от перемещения по оси коленвала устанавливается на крайней или средней коренных шейках.

В конструкции шеек и щек коленвала конструкторами предусмотрены специальные отверстия для смазки. Через эти отверстия под давлением подается моторное масло к каждой шейке вала. Коренные шейки обеспечены такой индивидуальной смазкой. Через каналы в щеках, масло подается на шатунные шейки.

Задняя часть коленвала — это хвостовик, обеспечивающий передачу крутящего момента маховику, который закрепляется на хвостовике, а маховик, в свою очередь, передает вращение на коробку переключения передач.

Передняя часть коленвала — это носок. На носке монтируются такие детали:

  • шестерня или звездочка привода распределительного вала (распредвала) газораспределительного механизма (ГРМ);
  • шкив привода навесного оборудования. Кстати, как снять шкив коленвала, мы рассматривали подробно. Есть несколько способов.

На носке также монтируется, так называемый гаситель крутящих колебаний. Так как коленвал ДВС постоянно испытывает огромные нагрузки на кручение и излом, на носке необходимо подавлять вибрацию (колебания).

Гаситель вибраций коленвала состоит из двух дисков и растягивающегося элемента (резина, силикон, масляная жидкость, пружина). Вибрация на носке вала уменьшается благодаря гасителю крутильных колебаний.

Назначение коленвала

Во всех сложно-технических устройствах происходит возникновение одной одного вида энергии, которая кинематическими схемами преобразуется в другую, например, вращательное — в поступательное, и т.д.

В двигателе ДВС коленчатый вал — это сердце двигателя. Принцип работы коленвала следующий: когда поршень удалился на самое максимальное расстояние — щёки и шатун вытягиваются в одну линию. Далее, в рабочей камере сгорания цилиндра происходит взрыв топливно-воздушной смеси, из-за чего поршень опускается вниз с шатуном. Основание шатуна проворачивается вокруг оси шатунной шейки коленвала, так как шатун сидит на ней. После достижения поворота на 180 градусов, шатун начинает движение вверх и поднимает поршень. Таким образом происходит цикл вращения деталей цилиндро-поршневой группы.

Максимально удаленное и максимально приближенное расстояния от коленвала до поршней называются мертвыми точками, в мертвых точках скорость движения равна нолю.

Обработка коленвала.

Коленвалы ДВС в процессе изготовления подвергаются механической и химико-термической обработкам. Так как коленчатый вал двигателей — это сложное устройство с высокой точностью, оно делается с высокими квалитетами только на заводах. Механобработка вала, в основном, понятна многим — это изменение формы по заданным параметрам.

Химическая обработка коленвалов — это закалка током высокой частоты (ТВЧ), азотирование, закалка поверхностного слоя. Изношенные азотированные валы не шлифуют, они подлежат замене. Благодаря всем этим хим и термическим обработкам повышается прочность и износоустойчивость.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector