Avtoargon.ru

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

Коленчатый вал коленопреклонённый

Коленчатый вал коленопреклонённый

Первая деталь, которую я научился узнавать, учась в автошколе, был коленчатый вал.

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

Коленчатый вал. Назначение

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. Они не допускают протекания масла в местах, где маховик выходит за пределы блока цилиндров.

Свободное вращение коленчатого вала 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 супер дорогих 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.

На сайте вы найдете информацию о том как сделать качественный ремонт автомобиля своими руками, подробные фото отчеты по ремонту ауди с4, а также много полезной информации о диагностике и профилактике неисправностей.

Top menu

  • Главная
  • Карта сайта
  • Шинный калькулятор
  • Форум
  • Новости
  • Обратная связь

поиск google

Breadcrumbs

Меню сайта:

  • Техническое обслуживание
  • Устройство и принцип действия
  • Диагностика и устранение неисправностей
  • Фото отчеты ауди с4
  • Cоветы автомобилистам
Читать еще:  Что такое реле стартера и для чего используется

Последние публикации

Перетяжка потолка ауди 100 с4.(Часть 3)

В первой и второй частях мы снимали обшивку потолка, сегодня же мы займемся самой перетяжкой.

Перетяжка потолка ауди 100 с4.(Часть 2)

Продолжим снятие обшивки потолка. В первой части мы сняли обшивку люка и накладки передних стоек. Сегодня мы все-таки снимем потолок.

Перетяжка потолка ауди 100 с4.(Часть 1)

В уже не молодых автомобилях, не редко можно столкнуться с проблемой провисания потолка. Происходит это, как правило, по двум причинам:

Коленчатый вал и виды его конструкций (Часть 1).

Коленчатый вал на двигателе является одной из самых дорогостоящих и ответственных в работе двигателя деталей. Его столь высокая цена обоснована тем, что к коленчатому валу предъявляются большие требования:

  • во-первых, это высокая точность и качество всех рабочих поверхностей (небольшая погрешность и срок службы подшипников будет резко снижен и потребуется ремонт двигателя);
  • высокая износостойкость, что само по себе означает при производстве применение дорогостоящих материалов и сложную технологию обработки;
  • небольшая масса и высокая усталостная прочность;
  • уравновешенность.

На большинстве автомобилей коленчатые валы изготавливают отливкой из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, на некоторых двигателях применяют кованые валы из легированной стали.

Коленчатый вал представляет собой несколько колен связанных вместе, отсюда и название коленвал (вал, состоящий из колен). Колено представляет собой шейку, по бокам которой располагаются 2 щеки. Шейки бывают коренные и шатунные. Коренными шейками через подшипник коленчатый вал опирается на блок цилиндров. На шатунных шейках располагаются шатуны.

Диаметр коренных шеек, как правило, больше чем шатунных и обычно лежит в пределах от 50 до 70 мм, у шатунных 40-55мм. Меньший диметр обычно составляют валы малолитражек с небольшим объемом, больший для бензиновых двигателей большого объема и дизелей. Ну, опять же если сравнивать диаметры шеек коленчатых валов японских автомобилей с другими производителями, то на японских валах будут наименьшие размеры.

На практике могут встречаться такие случаи, что некоторые шейки могут иметь меньший диаметр на 1-2 сотки относительно других шеек, это связано с тем, что некоторые шейки из-за специфической конструкции двигателя могут получать меньшее количество смазки. Так вот что бы на этих шейках не происходило подклинивания и задиров, зазор в этих подшипниках специально увеличивают. Поверхности шеек должны быть очень гладкими. После шлифовки такой эффект достигается их полированием. За счет сглаживания микронеровностей на рабочей поверхности уменьшается износ во время первоначальной приработки деталей.

Как мы уже говорили, что коленчатый вал является очень точной деталью, поэтому к нему предъявляются высокие требования:

  • диаметры шеек вала и хвостовика должны быть выдержаны с точностью 0.015 мм;
  • биение коренных шаек, у нового вала не должны превышать 0.005 – 0.008 мм, проверка производится на призмах;
  • перекос осей коренных и шатунных шеек не должен превышать 0.03-0.05 на всей длине вала. Это служит критерием нормальной работы шатунных подшипников;
  • овальность и конусность коренных и шатунных шеек не должна превышать 0.005 мм;
  • для правильной работы упорного подшипника, биение торцевых поверхностей вала должно быть не более 0.01 мм, а сам зазор должен лежать в пределах 0.015-0.025.

При работе двигателя на коленвал действуют силы и моменты, которые через коренные подшипники передаются на сам двигатель, а затем и на кузов автомобиля. Если на двигатель действуют постоянно неизменные силы и моменты, то такой двигатель можно назвать уравновешенным. Если же силы будут переменны, то это вызовет вибрацию двигателя, которую мы также ощутим и на кузове авто. Вибрация двигателя может быть вызвана не только не уравновешенными массами его деталей, но и от не правильной работы других систем: топливоподачи, зажигания.

Часть вибрации двигателя на кузов снижается за счет опор двигателя, которые в большинстве случаев выполнены из резины. Иногда на автомобилях можно встретить жидкостные демпферы, которые значительно лучше поглощают вибрации, чем обыкновенные резиновые подушки.

При проектировании двигателя, в нем пытаются свести к минимуму все силы инерции и моментов от них. Этого можно достигнуть путем уравновешивания самого коленчатого вала и подбора необходимых масс шатунов и поршней. Что бы полностью минимизировать все неуравновешенности дополнительно могут быть установлены балансирные валы. Но так как это очень сильно усложняет конструкцию, то на практике их применяют далеко не часто.

Далее мы с вами рассмотрим, какие конструкции, и типы коленчатых валов используются на двигателях. В статье про блоки цилиндров мы с вами обсуждали, что самым распространенным двигателем, который используется в каждой линейке фирм производителей, является четырехцилиндровый рядный двигатель. Так вот на таких двигателях мы с вами увидим пятиопорный коленчатый вал с противовесами. Из-за недостаточной прочности конструкции с тремя опорами встретить сейчас будет довольно сложно.

На двигателях с небольшой литровой мощностью, у которых маленький вес шатунов обычно достаточно одного противовеса примыкающего к стенке каждой шатунной шейки на коленчатом валу.

Читать еще:  Куда уходит из системы охлаждения антифриз

Если масса шатунов и поршней большая, то одного противовеса может быть недостаточно. При недостаточной массе противовесов возникают повышенные нагрузки на коленчатый вал, которые могут привести его к изгибу и увеличению нагрузки на подшипники. Поэтому что бы избежать этого на коленчатом валу применяют двойные противовесы.

Но при увеличении объема четырехцилиндрового двигателя выше 1.8 – 2.0 литра для уравновешивания двигателя классических способов становится не достаточно и производители стали устанавливать на двигатель дополнительно балансирные валы. Начиная с 70-х годов, японская фирма MITSUBISHI стала использовать на своих двигателях (у которых литровая мощность превосходила 1.6 литра), дополнительно по два балансирных вала, которые вращаются в разные стороны. Далее такой вариант уравновешивания своих двигателей применили и такие марки как: VOLVO, HONDA, GM и другие.

Но, несмотря на практически свою полную уравновешенность, такие двигатели остаются довольно не надежными. Это все связано с высокой скоростью вращения балансирных валов и их нагрузкой на подшипники.

Во второй части статьи мы рассмотрим конструкции коленчатых валов пятицилиндрового, шестицилиндрового и других двигателей.

Коленчатый вал

Двигатель внутреннего сгорания — это сердце любого современного автомобиля.

Этот агрегат состоит из нескольких основных элементов:

  • цилиндров;
  • поршней;
  • коленчатого вала;
  • маховика.

Все вместе они образуют кривошипно-шатунный механизм. Кривошип, он же коленчатый вал (Crank Shaft) или попросту — коленвал, выполняет весьма важную функцию — преобразует поступательное движение, создаваемое поршнями, в крутящий момент. Когда на тахометре стрелка приближается к 2000 оборотов в минуту, это говорит о том, что коленвал совершает именно такое количество оборотов. Ну а дальше этот момент передается через сцепление на трансмиссию, а от нее на колеса.

Устройство

Как известно, поршни в двигателе перемещаются неравномерно — одни находятся в верхней мертвой точке, другие в нижней. Поршни связаны с коленвалом с помощью шатунов. Чтобы обеспечить такое неравномерное перемещение поршней коленвал, в отличие от всех других валов в автомобиле — первичного, вторичного, рулевого, газораспределительного, — имеет особую искривленную форму. Поэтому он и назван кривошипом.

  • коренные шейки — расположены по оси вала, они при вращении не смещаются и находятся в картере двигателя;
  • шатунные шейки — смещены от центральной оси и во время вращения описывают круг, именно к ним на шатунных подшипниках крепятся шатуны;
  • хвостовик — на нем закреплен маховик;
  • носок — на нем крепится храповик, которым прикручен шкив привода ГРМ — на шкив надевают ремень генератора, он же, в зависимости от модели, приводит во вращение лопасти насоса ГУРа, вентилятора кондиционера.

Также важную роль выполняют противовесы — благодаря им вал может по инерции вращаться. Кроме того, в шатунных шейках просверлены масленки — масляные каналы, по которым поступает моторное масло для смазки подшипников. В блоке мотора коленвал крепится с помощью коренных подшипников.

Раньше часто применялись сборные коленвалы, однако от них отказались, так как из-за интенсивного вращения в местах соединения составных частей возникают огромные нагрузки и ни один крепеж не может их выдержать. Поэтому сегодня применяют в основном полноопорные варианты, то есть вырезанные из одного куска металла.

Процесс их производства довольно сложный, ведь нужно обеспечить микроскопическую точность, от которой будет зависеть работоспособность двигателя. При производстве используют сложные компьютерные программы и лазерное измерительное оборудование, способное определить отклонение буквально на уровне сотых частей миллиметра. Также огромное значение имеет точный расчет массы коленвала — ее вымеряют до последнего миллиграмма.

Если описывать принцип действия коленвала, то он полностью соответствует фазам газораспределения и тактам работы 4-тактного ДВС, о которых мы уже ранее рассказывали на Vodi.su. То есть, когда поршень находится в верхней точке, сочлененная с ним шатунная шейка тоже находится над центральной осью вала, и по мере вращения вала перемещаются все 3-4, а то и 16 поршней. Соответственно, чем больше цилиндров в двигателе, тем более замысловатую форму имеет кривошип.

Сложно представить себе, какой размер имеет коленчатый вал в двигателе карьерных самосвалов, о которых мы тоже рассказывали на нашем сайте Vodi.su. Например на БелАЗе 75600 установлен двигатель объемом 77 литров и мощностью 3500 л.с. Мощный коленвал приводит в движение 18 поршней.

Шлифовка коленвала

Коленвал — вещь очень дорогая, тем не менее из-за трения он со временем приходит в негодность. Чтобы не покупать новый, его шлифуют. Работу эту могут выполнять только высококлассные токари, у которых есть соответствующее оборудование.

Вам же нужно будет приобрести комплект ремонтных шатунных и коренных вкладышей. Вкладыши продаются практически в любом магазине запчастей и идут под обозначениями:

  • Н (номинальный размер) — соответствуют параметрам нового кривошипа;
  • Р (Р1, Р2, Р3) — ремонтные вкладыши их диаметр на несколько миллиметров больше.

Исходя из размера ремонтных вкладышей, токарь-моторист точно измеряет диаметр шеек и подгоняет их под новые вкладыши. Для каждой модели определен шаг ремонтных вкладышей.

Вы же продлить срок службы коленчатого вала можете путем применения качественного моторного масла и своевременной его замены.

Читать еще:  Чем опасна поломка датчика коленчатого вала?

КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ

Коленчатый вал, воспринимая переменные по величине и направлению газовые и инерционные силы и их моменты, подвергается деформациям изгиба и кручения, а также деформациям от изгибных и крутильных колебаний, неизбежно имеющим место при работе двигателя. Все это может приводить к усталостным разрушениям элементов коленчатого вала.

По этим причинам коленчатый вал современного форсированного двигателя является одной из наиболее часто повреждаемых деталей.

В качестве материалов для изготовления коленчатых валов дви­гателей используют стали 45, 45Х, 40ХФА, 42ХМФА, 18Х2Н4ВА. Для коленчатых валов двигателей с искровым зажиганием достаточно широко используют серые и ковкие чугуны. Преимуществами чугунных валов являются меньшая стоимость, снижение припусков на механическую обработку и экономия стального проката. Однако в дизелях они в настоящее время не получили широкого распространения, так как предел выносливости чугуна существенно ниже, чем стали, и поэтому при ограниченных размерах элементов вала сложно обеспечить в дизеле требуемый запас прочности.

При конструировании вала широко используют статистические данные по относительным размерам элементов вала (си. рис. 5.1 и табл.5.1) для различных категорий двигателей. На рис. 5.2 в качестве примера показан стальной коленчатый вал четырехцилиндрового четырехтактного двигателя, а на рис. 5.3 – чугунный литой коленчатый вал. Как видно, в литом вале можно придать более рациональную форму внутренним полостям шеек и щек, обеспечивающих повышение усталостной прочности.

Рис. 5.1. Размеры элементов коленчатого вала

Рис. 5.2. Стальной коленчатый вал

РазмерыДвигатель
с искровым зажиганиемдизель
линейныйV-образныйлинейныйV-образный
0,65. 0,800,63. 0,750,72. 0,900,70. 0,75
0,60. 0,700,57. 0,660,64. 0,750,65. 0,72
0,5. 0,600,40. 0,700,45. 0,600,40. 0,55
0,74. 0,840,70. 0,880,70. 0,850,65. 0,86
0.45. 0.650,80. 1,000,50. 0,650,80. 1,00
1.00. 1.251,05. 1,30
0,20. 0,220,24. 0,27
0.30. 0.40
0,15. 0.200,15. 0,23
0. 0,5

* Во второй строке приведены длины крайних коренных шеек.

Рис. 5.3. Чугунный вал

Коленчатые валы современных двигателей в большинстве случаев выполняют полноопорными, т. е. с количеством коренных шеек, равным +1, где – количество кривошипов вала. Такая конструкция вала обеспечивает большую жесткость, а тем самым и более благоприятные условия работы блок-картера, коренных подшипников и самого коленчатого вала.

Расчет коленчатого вала на прочность

Коленчатый вал представляет собой многоопорную статически неопределимую конструкцию, имеющую сложную форму и загруженную пространственной системой переменных сил.

В настоящее время при расчетах на прочность наиболее широкое распространение получила разрезная схема,в соответствии с которой из коленчатого вала по серединам коренных шеек вырезается кривошип, который рассматривается как двухопорная балка.

Исследованиями установлено, что при расчете вала на прочность с точки зрения практической полезности полученных результатов не имеет существенного значения, вести ли расчет вала по разрезной или по неразрезной схеме. Так, запас прочности коренных шеек получается практически одинаковым, а шатунных шеек при расчете вала как разрезного на 5. 10% меньше и только для щек результаты расчетов существенно разнятся. Например, для крайних щек запасы прочности при расчете вала как разрезного получаются на 30. 40% меньше, чем при расчете его по неразрезной схеме; еще больше эта разница для промежуточных щек.

Однако напрашивающийся вывод о необходимости ведения расчета по неразрезной схеме имел бы смысл только в том случае, если была бы возможность достоверно учесть в расчете такие трудно прогнозируемые факторы, как несоосность опор и коренных шеек, неравномерность износа их в процессе эксплуатации и динамические деформации опор картера и шеек.

Учитывая сложность и трудоемкость прочностных расчетов элементов коленчатого вала, ограничимся рассмотрением методики расчета коренных шеек вала на кручение на усталостную прочность.

Коренные шейки нагружаются главным образом крутящим моментом, так как величины изгибающих их моментов малы вследствие относительно малой длины шеек. Поэтому запасы прочности коренных шеек принято оценивать только по касательным напряжениям.

Последовательность расчета шеек (как коренных, так и шатунных) на кручение следующая:

• по данным динамического расчета двигателя составляют таблицу или строят графики набегающих крутящих моментов, передаваемых отдельными коренными шейками. Расчет проводится для той шейки, набегающий крутящий момент на которой имеет наибольшую амплитуду. В курсовом проекте можно принять максимальные и минимальные значения суммарного крутящего момента двигателя из динамического анализа ДВС.

• определяют максимальное и минимальное значения касатель­ных напряжений (МПа):

, , (5.1)

где – момент сопротивления шейки кручению, ;

; (5.2)

• определяют амплитудное и среднее напряжения в цикле:

и ; (5.3)

• определяют запас прочности (см. формулу 1.4).

Для определения , необходимо знать Kt/et¢et²)t – отношение эффективного коэффициента концентрации напряжений к произведению масштабного и технологических факторов. При ориентировочных расчетах рекомендует принимать = 2,5.

Значения для коренных шеек валов двигателей, хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации, находятся в пределах: автомобильные двигатели – =3. 4, тракторные – =4. 5.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector