Из чего состоит коленчатый вал: 404 Страница не найдена

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.

Из чего состоит коленчатый вал

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

Устройство коленчатого вала

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

В зависимости от расположения коренных шеек коленвал может быть:

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

В большинстве современных автомобильных двигателей применяются полноопорные коленвалы.

Итак, основными элементами коленвала являются:

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

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

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

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

Принцип действия коленчатого вала

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

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

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

Процесс смазки коленчатого вала

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

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

Что такое коленвал

Коленчатый вал – это механическая деталь автомобильного двигателя, которая является промежуточным звеном-преобразователем тепловой энергии сгораемого топлива в механическую энергию вращения колёс.

По внешнему виду он представляет собой вал из стального сплава со множеством шатунных шеек, которые между собой соединены коленной шейкой. Число шеек-колен соответствует числу цилиндров в двигателе, их расположению, форме. Шейки соединены с поршнями через шатуны, которые, двигаясь возвратно-поступательно, приводят вал в движение.

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

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

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

Для чего нужен коленчатый вал

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

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

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

Поэтому коленца имеют разные оси вращения.

Из чего состоит коленчатый вал

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

Рабочие компоненты коленвала:

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

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

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

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

Для чего нужен датчик коленвала

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

Встречаются датчики следующих видов:

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

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

Читайте также: Признаки неисправности датчика положения коленвала.

Видео на тему

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

Содержание

История [ править | править код ]

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

Основные элементы коленчатого вала [ править | править код ]

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

Размеры коленчатых валов [ править | править код ]

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

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

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

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

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

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

Стальные коленчатые валы [ править | править код ]

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

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

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

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

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

Чугунные коленчатые валы [ править | править код ]

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

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

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

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

Механическая обработка коленчатых валов [ править | править код ]

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

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

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

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

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

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

Неисправности [ править | править код ]

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

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

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

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

Разрушение вала происходит от усталостных трещин [4] , возникающих иногда из-за прижога галтелей при шлифовке. Трещины развиваются в некачественном материале (волосовины, неметаллические включения, флокены, отпускная хрупкость) либо при превышении расчётных величин крутильных колебаний (ошибки при проектировании, самостоятельная форсировка по числу оборотов дизеля). Возможна поломка по причине превышения числа оборотов, отказе демпфера, заклинивания поршня [5] . Сломанный вал ремонту не подлежит. При износе посадочных поверхностей могут применяться электрохимическая обработка, плазменная или электродуговая наплавка поверхностей, а также другие решения.

Коленвал как один из важнейших узлов двигателя автомобиля + видео » АвтоНоватор

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) сам по себе не может стронуть с места автомобиль, потому что поршни способны только на поступательное движение, которое должно быть преобразовано через коленвал в крутящий момент, обязательный для трансмиссии. Иными словами, последний служит передачей между ДВС и ведущими колесами, если не принимать во внимание ряд других узлов и механизмов.

Из чего состоит коленвал

Как известно, гениальность – в простоте, и коленвал является ярким тому примером, так как устройство данного автомобильного узла не отличается сложностью, а эффективность его чрезвычайно высока. Именно этот элемент кривошипно-шатунного механизма, выполненный из стали или чугуна, несет на себе основную нагрузку вращения колес, передавая им энергию двигателя. Составлен вал из ряда колен (число их соответствует числу цилиндров ДВС), каждое из которых состоит из двух щек и соединяющей их шатунной шейки. Между собой колена связаны коренными шейками, снабженными одноименными подшипниками.

Преобразование поступательного движения в крутящее происходит за счет того, что оси шеек, соединенных через подшипники с шатунами, не совпадают с осью вращения всего вала. К слову, во избежание возникновения центробежных сил во время работы узла щеки с противоположной стороны от шатунных шеек утяжелены противовесами. Таково устройство коленчатого вала в целом, если не рассматривать маховик, устанавливаемый на одном конце узла, и соединение через ведомый диск с коробкой передач на другом конце.

Как работает коленчатый вал двигателя

Итак, в камерах двигателя внутреннего сгорания, после воспламенения нагнетенного туда горючего, образуются газы, которые, расширяясь, толкают поршни. Те, в свою очередь, оказывают воздействие на присоединенные к ним шатуны через кинематическую пару (бронзовая втулка и палец, тончайший зазор между ними заполнен маслом, подающимся сквозь отверстие во втулке). Шатун нижней головкой через подшипник соединен с шейкой колена, расположенного на валу, и каждое движение поршня, таким образом, проворачивает весь коленчатый вал двигателя.

Чтобы крутящий момент был передан на трансмиссию без ослабления, каждую коренную шейку охватывает специальный подшипник коленвала, состоящий из двух половинок, установленных внутри крышек картера. В последнем предусмотрены ячейки для вращающихся колен, с отверстиями для шатунов в верхней части и поддоном для масла в нижней. Между ячейками, по числу опорных шеек, располагаются подшипники, у каждого вместо элементов качения с внутренней стороны имеется канавка для масла.

Чтобы масло не вытекало из картера, на оба конца вала устанавливаются сальники, которые также имеются с каждой стороны от опорных подшипников.

Шестерня коленвала и ее значение

Когда картер полностью собран, снаружи устанавливается сальник, а затем – шестерня коленвала. Необходима она для того, чтобы через зубчатый ремень или непосредственно через шестерню распределительного вала происходила его синхронизация с работой коленчатого вала. В свою очередь распредвал посредством установленных на нем кулачков с определенной периодичностью открывает и закрывает клапаны газораспределительного механизма (ГРМ). Это необходимо для своевременной подачи в цилиндры ДВС топлива и отвода газов после его сгорания.

Если используется ременная передача, она попутно охватывает шкив насоса охлаждающей жидкости. К слову, натяжение ремня должно быть строго отрегулировано, для этого предусмотрен специальный ролик. Если у шестерни вдруг обнаружится люфт, проверьте, насколько надежно сидит в своем гнезде шпонка коленвала. Даже после того, как последняя будет вынута, шестерня при натянутом ремне должна сидеть достаточно плотно. Если люфт продолжается, значит, произошла деформация посадочного места, и не остается ничего другого, кроме как поменять вал. То же самое, если разбивает гнездо под шпонку.

 

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Коленчатый вал — что это такое

Коленчатый вал – это одна из самых важных деталей любого двигателя. Она строго индивидуальна для каждой модели автомобиля и в процессе работы притирается к конкретному двигателю.

1. Что такое коленчатый вал, его основные задачи?

Коленчатый вал (коленвал) – это главный элемент двигателя автомобиля, являющийся частью кривошипно-шатунного механизма, который преобразует энергию сгорающих в цилиндрах двигателя газов в механическую энергию.

Главная задача коленчатого вала – преобразовать возвратно-поступательные движения поршней двигателя в крутящий момент, который через трансмиссию передаётся на колёса автомобиля. Одной из основных технических характеристик коленчатого вала, как и всего двигателя, является радиус кривошипа. Это расстояние от осей коренных шеек (шейки, в которых вращается коленвал в цилиндровом блоке) к осям шатунных шеек (шейки, которые вращаются внутри большой головки шатуна). Удвоенный радиус кривошипа являет собой длину хода поршня, которая определяет объём цилиндров. Если изменить длину радиуса кривошипа при неизменном диаметре цилиндра, это приведёт к изменению объёма цилиндров. Эту зависимость часто используют, чтобы менять технические характеристики всего двигателя в определённом направлении.

Подбирая соотношение длины хода поршня и диаметра цилиндра, двигатель можно сделать длиноходным (ход поршня превышает диаметр цилиндра) или короткоходным (диаметр цилиндра больше, чем ход поршня). Короткоходные двигатели дают возможность повысить мощность за счёт увеличения скорости вращения. А длиноходные двигатели более экономичны и обеспечивают высокий крутящий момент на низких оборотах.

При изменении параметров коленчатого вала происходит изменение всех параметров двигателя, поэтому нужно быть предельно осторожным, тюнингуя свой автомобиль, так как технические характеристики часто меняются не в лучшую сторону.

2. Материалы, из которых изготовлен коленчатый вал.

Когда двигатель работает, на коленчатый вал действую сильные нагрузки. Его надёжность определяется конструкцией и материалом, из которого он изготовлен. Этот элемент двигателя, как правило, имеет цельную структуру. А потому материалы для него должны быть максимально прочными, потому что от прочности коленчатого вала будет зависеть работа всей системы.

В качестве материалов для изготовления коленвалов используют углеродистую и легированную сталь либо чугун высокой прочности. Коленвал можно изготовить методом литья, методом ковки из стали или методом точения. Заготовки получают способом горячей штамповки или способом литья. Очень важно, как расположены волокна материалов в заготовках. Чтобы не допустить их перерезания в дальнейшей обработке, применяются гибочные ручьи. Когда заготовка готова, её дополнительно обрабатывают под высокой температурой и очищают от окалины (дробомётной машиной или методом травления).

Материал и способ производства коленвала подбирается в зависимости от типа и класса автомобиля.

1. В серийных моделях коленвал производят из чугуна методом литья. Это даёт возможность уменьшить себестоимость производства и уложиться в указанные расчёты.

2. Более дорогие спортивные модели оснащают кованным стальным коленвалом. Подобные детали имеют множество преимуществ над литыми по габаритам, весу и прочности, а потому всё чаще применяются в автомобилестроении.

3. Для самых дорогих двигателей коленвал вытачивают из цельного стального куска. При этом значительная часть материала попросту становится отходами.

3. Конструкция коленчатого вала.

Конструкция коленчатого вала определяются количеством цилиндров, их конфигурацией и порядком работы, от чего зависит расположение и количество коренных и шатунных шеек. Например, в двигателях V6 присутствует небольшое угловое смещение шатунных шеек по длине вала. В американской версии двигателя V8 коленвал напоминает крест, а в европейской версии V8 для спортивных автомобилей коленвал плоский. Несмотря на всё это, конструкция разных коленчатых валов очень похожа. Конструктивно коленчатый вал состоит из таких основных элементов:

1. Коренные шейки – опорная шейка, которая находится в коренном подшипнике (располагается в картере двигателя).

2. Шатунные шейки – опорные шейки, которые связывают коленвал с шатунами (в них проходят масленые каналы для смазки) и служат опорой для шатунов.

3. Щёки вала – элемент, который связывает между собой коренные и шатунные шейки.

4. Носок (выходная передняя часть вала) – часть, на которую крепится зубчатое колесо либо шкив отбора мощности, соединяющиеся с газораспределительным механизмом, распределительным валом, гасителем крутильных колебаний, вспомогательными узлами и элементами.

5. Хвостик (выходная задняя часть вала) – часть, которая соединяется с маховиком или шестернёй отбора мощности.

6. Противовесы – элемент коленвала (по сути, продолжение щеки в противоположную сторону от шатунных шеек), который отвечает за разгрузку коренных шеек от сил инерции нижних частей шатунов и неуравновешенных масс кривошипа и обусловливают плавную работу двигателя.

7. Подшипники скольжения – обеспечивают вращение коленчатого вала на опорах. Подшипники являют собой тонкостенные вкладыши, изготовлены из стальной ленты с антифрикционным слоем. Вкладыши фиксируются в опоре выступом, который не позволяет им перекручиваться или за счёт тугой посадки. Наличие смазки обеспечивает простое вращение в подшипниках на протяжении долгого времени.

8. Упорный подшипник скольжение – элемент, который не допускает осевых перемещений коленчатого вала. Он устанавливается на крайнюю коренную шейку или на среднюю коренную шейку. Количество коренных шеек, обычно, превышает количество шатунных на единицу (такой коленвал называют полноопорным) и они имеют больший диаметр.

Коленом называют шатунную шейку, которая располагается между двумя щеками. Положение колен определяется особенностями работы двигателя, положением его цилиндров и должно обеспечивать его уравновешенность, минимальные колебания и минимальные крутильные моменты.

Место перехода шейки к щеке – это самое нагруженное место в конструкции коленвала. Для того, чтобы снизить напряжение на это место, переход делают с галтелью (радиусом закругления). Галтели увеличивают длину вала и для снижения этого значения их углубляют в шейку или щеку. Все коренные и шатунные шейки интегрированы в смазочную систему двигателя. Эти элементы смазываются под давлением. Подвод масла организован к каждой из коренных шеек от общей магистрали в индивидуальном порядке. А к шатунным шейкам масло попадает по каналам в щеках.

4. Обслуживание коленчатого вала.

Коленчатый вал, как и любая деталь автомобиля требует периодического обслуживания. Для этого нужно уметь его снимать и устанавливать обратно.

Снятие коленчатого вала производится в такой последовательности:

1. Демонтируется двигатель из автомобиля, а потом из него снимаются все элементы.

2. Двигатель переворачивается коленвалом к верху. Крышки коренных подшипников отличаются, поэтому необходимо запомнить их положение.

3. Снимаются крышки коренных подшипников.

4. Поднимается коленвал, а заднее уплотнительное кольцо снимается.

5. Снимаются коренные вкладыши с крышек коренных подшипников и блока цилиндров.

После снятия производится проверка коленчатого вала.

Алгоритм проверки коленчатого вала:

1. Промыть бензином все составляющие и просушить деталь.

2. Тщательно осмотреть коленвал на наличие негативных следов от использования (трещины, сколы, сильный износ). Если же коленвал признан непригодным для дальнейшей эксплуатации, то придётся приобрести новый.

3. Прочистить, промыть и продуть сжатым воздухом все каналы для масла, предварительно открутив пробки.

4. Если на шатунных шейках обнаружены задиры или царапины, то их необходимо отшлифовать и отполировать. После этого опять следует продуть воздухом масляные каналы.

5. Осмотреть вкладыши коренных подшипников. Если на них есть дефекты, то их необходимо заменить на новые.

6. Осмотреть маховик и при обнаружении на нём дефектов, маховик стоит заменить.

7. Осмотреть подшипник носка и, если на нём есть негативные следы эксплуатации, то его нужно выпрессовать и запрессовать новый.

8. Осмотреть сальник, который находится в крышке распределительных звёздочек и при необходимости заменить эту деталь. При большом пробеге автомобиля сальник меняют в обязательном порядке.

9. Сменить и обжать набивку заднего уплотнения коленвала.

10. Проверить резиновые уплотнители, которые расположены в держателе набивки. Если они непригодны для дальнейшего использования, то их нужно заменить.

После проверки коленчатый вал необходимо установить обратно. Установка коленчатого вала производится в обратной последовательности к его снятию. Перед установкой нужно обязательно смазать все шейки и другие элементы коленвала моторным маслом. После установки следует проверить, что коленчатый вал вращается легко и плавно. В противном случае придётся его опять снять и установить заново, добиваясь плавности хода.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Коленчатый вал двигателя: строение, назначение, как сохранить

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

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

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

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

Строение

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

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

Проблемы и трудности

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

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

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

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

Как сохранить свой коленвал

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

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

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

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

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

Конструкция коленчатого вала

Конструкция и размеры коленчатого вала зависят от числа и расположения цилиндров двигателя, числа коренных и шатунных шеек, размещения шатунов, равномерности чередования рабочих ходов и уравновешенности.

Коленчатые валы могут быть как целые, так и составные. Последние применяют в случае использования подшипников качения в качестве шатунных и коренных подшипников.

Коленчатый вал состоит из следующих элементов: переднего конца вала, шатунных и коренных шеек, противовесов и хвостовика.

На коленчатом валу обычно располагаются маховик, ведущая распределительная шестерня, шкив привода вентилятора, гаситель крутильных колебаний, маслоотражатели и другие второстепенные детали.

Общая длина кривошипа, а также размеры составляющих его элементов (коренная и шатунные шейки и щеки) зависят от минимального расстояния между осями двух соседних цилиндров.

В быстроходных дизелях и некоторых карбюраторных двигателях число коренных подшипников коленчатого вала на единицу больше числа колен. Карбюраторные двигатели часто имеют непол-ноопорные коленчатые валы. В «этом случае между двумя коренными подшипниками располагается по два колена, вследствие чего сокращается длина коленчатого вала и габаритные размеры двигателя.

Чтобы повысить жесткость таких коленчатых валов на изгиб, увеличивают диаметры шатунных и коренных шеек, уменьшают их длину и увеличивают толщину щек. В V-образных двигателях применяют полноопорные коленчатые валы.

Современные четырехцилиндровые карбюраторные двигатели с рядным расположением цилиндров обычно имеют три или пять коренных подшипников, а восьмицилиндровые V-образные двигатели — только пять коренных подшипников. Восьмицилиндровые дизели чаще делают с пятью коренными подшипниками. Шестицилиндровые карбюраторные двигатели могут иметь четыре и семь, а дизели — только семь коренных подшипников.

В подавляющем большинстве случаев коленчатые валы изготовляют цельными.

Исходя из условия равномерности чередования вспышек угол между кривошипами вала четырехтактного однорядного двигателя должен быть равен 720°/£ (где i— число цилиндров). Угол между кривошипами двухтактного двигателя согласно тому же условию должен быть 360°/£. При определении порядка работы двигателя из всех возможных вариантов выбирают порядок, при котором вспышки совершаются поочередно в цилиндрах наиболее удаленных друг от друга. Такой порядок работы несколько улучшает условия, в которых находятся коренные подшипники, и препятствует проникновению отработавших газов из одного цилиндра в другой.

Ниже рассматриваются конструктивные элементы коленчатого вала.

Передний конец коленчатого вала имеет ступенчатую форму, что необходимо для установки на нем шкива привода вентилятора, маслоотражающего устройства, распределительной шестерни и в некоторых случаях гасителя крутильных колебаний, который обычно объединяют в один узел со шкивом вентилятора. Все устройства и детали, расположенные на переднем конце коленчатого вала, стягивают болтом, ввернутым в его торец, или гайкой, навернутой на конец коленчатого вала. При установке коленчатого вала в подшипниках качения на его переднем конце должно быть предусмотрено место для устройства, при помощи которого масло подается в коленчатый вал.

Коренные шейки коленчатого вала выполняют одинакового диаметра. Для фиксирования коленчатого вала от осевых перемещений служит одна из крайних или средняя шейка. Упорные подшипники у большинства двигателей (у дизелей в особенности) располагают со стороны маховика. В некоторых двигателях упорные подшипники устанавливают со стороны механизма газораспределения или у среднего коренного подшипника. При цепном приводе желательно упорный подшипник располагать со стороны переднего конца вала, так как при перекосах условия работы цепи ухудшаются.

Для смазки коренных шеек масло подается из общей масляноймагистрали,расположенной в блок-картере, по каналам в стенках верхней части картера со стороны малонагруженной половины вкладыша.* — R .Чем больше перекрытие шеек, тем больше жесткость и прочность щеки. При этом можно уменьшить толщину щеки без увеличения ее ширины. Величина перекрытия шеек зависит от отношения хода поршня к диаметру цилиндра и диаметра шеек.

Переходы (галтели) от щек к коренным и шатунным шейкам во избежание возникновения больших концентраций напряжения выполняют радиусом около (0,035—0,08) d. Для уменьшения опорной поверхности шейки галтель в некоторых конструкциях состоит из двух-трех сопряженных дуг различных радиусов гг, г2, г3 .

Утолщение щек без увеличения длины двигателя ведет с одной стороны к повышению жесткости кривошипа, и с другой — к уменьшению ширины подшипников. При этом ширина подшипника не должна быть меньше 0,25 d.

При наличии на коленчатом валу противовесов форма щек усложняется.

Противовесы служат для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил и моментов, вызываемых этими силами. Первые возникают от неуравновешенных масс колена вала. Для уменьшения массы противовесы следует конструировать так, чтобы их центр тяжести располагался на возможно большем расстоянии от оси коленчатого вала. Масса противовеса составляет 70—80%суммарноймассывращающихсячастей.Противовесыо бычно отковывают или отливают как одно целое со щеками. Толщина противовеса не должна превышать толщины щеки, чтобы приремонте шейки коленчатоговаламожнобыло шлифовать.

В некоторых коленчатых валах сложной конструкции для упрощения их штамповки противовесы изготовляют отдельно. В этом случае противовесы к щекам крепятся специальными болтами 1 или шпильками 2 . Для фиксации головки болтов приваривают к противовесам.

Число и установочный угол противовесов определяют из динамического расчета.

В двигателях с кривошипно-камерной схемой газообмена противовесы, заполняя кривошипную камеру, уменьшают вредное пространство и способствуют созданию требуемого давления продувочного воздуха.

Шатунные шейки коленчатых валов обычно имеют меньший диаметр, чем коренные. При увеличении диаметра шатунной шейки увеличивается нижняя головка шатуна, что ведет к возрастанию вращающихся масс. При уменьшении длины шатунной шейки повышается удельная нагрузка, вследствие чего ухудшаются условия работы масляной пленки. Для уменьшения массы шатунные шейки часто высверливают.

Масло к шатунным шейкам подводится от коренных шеек по просверленным в валу каналам или запрессованным трубкам (в случае полых шеек).

Хвостовик (задний конец) коленчатого вала обычно имеет фланец для установки маховика. При наличии гидравлического сцепления роль маховика играет корпус сцепления. Задний конец коленчатого вала уплотняется с помощью отражательных колец вместе с фетровыми или резиновыми кольцами и винтовой нарезкой на валу, имеющей направление, обратное направлению вращения коленчатого вала.

Маховик крепится к фланцу коленчатого вала болтами. Отверстия под болты располагаются несимметрично, чем достигается установка маховика в строго определенном положении.

В торце фланца имеется отверстие для установки подшипника первичного вала коробки передач.

Коленчатый вал

Устройство коленчатого вала

Коленчатый вал внешне полностью соответствует названию, так как состоит из нескольких колен, расположенных на одной оси. Колена это крупные выступы сложной формы, отлитые единым целым с валом. Колена предназначены для крепления шатунов, на которых, в свою очередь, закреплены поршни. Кроме колен у вала есть и другие элементы. Прежде всего, это шейки, то есть цилиндрические опорные «проставки» между коленами, позволяющие крепить вал в теле блока цилиндров.

Коленчатый вал в процессе эксплуатации автомобиля прирабатывается к тому двигателю, в котором он установлен. Поэтому переставлять бывший в употреблении коленвал в другой блок не рекомендуется

Плохо закрепленный вал не смог бы вращаться долго, поэтому шейки расположены по всей его длине, создавая несколько точек опоры. Опорные шейки вала позволяют ему вращаться в блоке цилиндров. Для этого шейки опираются на особые подшипники, у которых нет роликов. Эти подшипники называют коренными вкладышами. Роль шариков или роликов выполняет смазка, которая непрерывным потоком льется в пространство между ними и опорными шейками.

Коленвал

Для обеспечения проворачивания шатунов в конструкции коленвала присутствуют другие опорные шейки, которые называются шатунными. В отличие от коренных, они расположены не на одной оси с коренными шейками, а с в стороне. Коренные шейки соосны с отверстиями в нижних концах шатунов.

Каждое колено вала состоит из двух щек и одной шейки, на которой «надет» нижний конец шатуна.  Шатуны, двигаясь вверх и вниз, давят на шатунные шейки и заставляют вал вращаться. Так и осуществляется трансформация возвратно-поступательного движения во вращение.

Помимо колен с шатунными шейками коленчатый вал имеет еще и противовесы для уравновешивания остаточных масс вала. Насколько важны эти элементы, можно представить, вспомнив, что средняя скорость вращения коленчатого вала при работе двигателя примерно 3000 оборотов в минуту. Коленчатый вал – деталь сложной формы. Чтобы тяжелые колена при вращении не создавали разрушительной вибрации, каждое из них и уравновешено своим противовесом.

Хотя при производстве коленчатого вала выполняются условия высочайшей точности, минимальное биение при вращении неизбежно. Именно поэтому текущие сальники коленвала одинаковы у Запорожца и Мерседеса

Внутри тела коленчатого вала имеются специальные каналы для подачи масла к коренным и шатунным вкладышам  и специальные пустоты, закрытые пробками, для улавливания грязи и частиц износа присутствующих в масле. При помощи этой системы вал при вращении мягко скользит в точках крепления, обильно смазанных чистым моторным маслом. При ремонте коленчатого вала пробки вскрываются и выполнятся прочистка пустот и каналов подачи масла с последующей продувкой воздухом под давлением.

На переднем конце (носке) коленчатого вала при помощи фрезеровального станка вырезают шпоночный  паз для крепления звездочки привода ГРМ и шкива привода вспомогательных механизмов.

На заднем конце вала на токарном станке вытачивают фланец, в котором имеется центральное отверстие под подшипник, служащий опорой первичного вала КПП. Фланец также имеет отверстия с резьбой для крепления маховика.  

Впереди и сзади коленчатый вал уплотнен сальниками, препятствующими утечке масла в тех местах, где концы маховика выходят наружу из блока цилиндров.

Помимо двигателей внутреннего сгорания, и даже до их появления, коленчатый вал нашел применение в поршневых двигателях, компрессорах, насосах, в прессовых установках и других механизмах, где используется кривошипно-шатунный механизма.



Коленчатый вал – деталь для каждого двигателя уникальная, и переставить ее из одного двигателя в другой можно, но не рекомендовано. На каждом двигателе колена вала расположены по своему, и расположение их зависит от расположения и количества цилиндров, рабочего цикла, длины хода поршня и еще массы параметров.

Материал и изготовление коленчатого вала

Для изготовления коленчатых валов используется легированная и углеродистая сталь или высокопрочный чугун.  Для изготовления кованых коленчатых валов используют  углеродистую или легированную сталь, а для литых – высокопрочный глобулярный чугун, ковкий перлитный чугун или легированная сталь. Заготовки для валов получают либо литьем, либо горячей штамповкой.

Коленчатый вал — большая деталь с точностью производства швецарских часов

Обработка готовых заготовок механическим способом на станках состоит из ряда операций: черновая, получистовая, чистовая и доводочная. При этом точность механической обработки увеличивается благодаря применению холодной правки вала в процессе его механической обработки.

В связи со сложной конфигурацией коленчатого вала ряд операций выполняется на отдельных автоматических участках, на специальных станках. Это выполнение центровки и подрезки торцов, сверление отверстий, обработка коренных и шатунных шеек, шлифование, динамическая балансировка.

Коленчатый вал — обзор | ScienceDirect Topics

На рисунке 6 показано поперечное сечение впускного коллектора. Угол дроссельной заслонки регулирует массовый расход воздуха в коллектор. В некоторых рабочих точках дизельные двигатели либо не дросселируются, либо очень умеренно дросселируются, чтобы обеспечить достаточную рециркуляцию выхлопных газов. Массовый расход воздуха из коллектора в цилиндры, ma, out, зависит от уровня давления во впускном коллекторе, p _м (и давления в цилиндре, p _c ).Чтобы правильно управлять соотношением воздух-топливо λ в переходных режимах, впрыскиваемое количество топлива должно быть адаптировано к массовому расходу воздуха в цилиндр ma, out, а не к массовому расходу воздуха во впускной коллектор ma, в,.

РИСУНОК 6. Поперечный разрез впускного коллектора.

Колебаниями давления во впускном коллекторе пренебречь (усредненная модель). Изменение массового расхода воздуха m.a, in приводит к замедленному изменению давления в коллекторе p _m .Применимое дифференциальное уравнение выводится из энергетического равновесия: изменение внутренней энергии воздушной массы во впускном коллекторе равно сумме входящих и исходящих потоков энергии плюс баланс изменений энергии газа из-за смещения работа пВ . Если ввести удельную внутреннюю энергию u = U / m и удельную энтальпию h = H / m , дифференциальное уравнение принимает вид:

(7) ddt (ma, inuin) = м.a, inuin − ma, outuout + paV.in − pmV.out

Использование коэффициентов удельной теплоемкости c _v = ∂ u / ∂ϑ и c _p = ∂ h / ∂ϑ, показатель адиабаты κ = c _p / c _v , газовая постоянная R , а также плотность воздуха ρ = м / V , получаем следующее уравнение для изменения давления:

(8) п.m = κRϑaVm (m.a, in − ϑmϑam.a, out)

Трудно измерить массовый расход воздуха из коллектора в цилиндр, m.a, out ,. Поскольку динамический отклик ma, out намного быстрее, чем динамический отклик давления в коллекторе p _m , в справочной таблице должно учитываться только статическое поведение ma, out f ₁ ( n , p _m ) (рис.7). Массовый расход воздуха m.a, out, зависит от частоты вращения двигателя n и давления в коллекторе p _m при стационарной работе, где производные равны n.= 0 и pˆ.m = 0:

РИСУНОК 7. Динамическая модель впускного коллектора.

(9) ma, out * = ma, outϑmϑa = f1 (n, pm)

Изменение давления во впускном коллекторе определяется по формуле:

(10) pm = 1τ (ma, in − f1 (n, pm))

с постоянной времени интегрирования τ:

(11) τ = VmκRϑa

Постоянная времени интегрирования зависит от рабочего состояния двигателя. На одном тестовом двигателе оно варьируется от 21 мс до 740 мс. Сравнение измеренного и рассчитанного давления в коллекторе и частоты вращения двигателя n показано на рис.8. Процесс преобразования энергии чрезвычайно сложен и очень нелинейен. В упрощенном подходе стационарная зависимость крутящего момента сгорания T _comb от давления во впускном коллекторе и скорости двигателя должна быть представлена ​​второй нелинейной справочной таблицей f ₂ ( n , p _м ), которые можно измерить во всех рабочих точках двигателя. Динамическое поведение отдельно рассматривается комбинацией времени запаздывания первого порядка T l, e и мертвого времени T _{d, e} .

РИСУНОК 8. Сравнение измеренного и рассчитанного давления в коллекторе.

Обе постоянные времени изменяются обратно пропорционально частоте вращения двигателя.

Баланс крутящего момента на коленчатом валу составляет

(12) 2πJdndt = Tcomb − Tload

Двигатель с разомкнутым сцеплением (т.е. без трансмиссии) имеет момент инерции в диапазоне:

J = 0,15… 0,30 кг / м2

Вводя нормированные переменные, получаем:

(13) ︸Tj2π · J · n0T0 · d (n / n0) dt = TcombT0 − TloadT0

с постоянной времени,

(14) Tj = 2πJ · n0T0

При максимальном выходном крутящем моменте T ₀ и частоте вращения двигателя n ₀ :

J = 0.3 кг / м ³

n ₀ = 6000 об / мин

T ₀ = 300 Нм

Постоянная времени T J = _{с . При разгоне с низких оборотов двигателя с максимальным крутящим моментом момент инерции J на порядок меньше, однако T J на порядок больше при высоких оборотах двигателя и минимальном выходном крутящем моменте (e .г., при движении накатом). Момент нагрузки включает трение, вспомогательные приводы и возмущения. Полная модель установки для управления частотой вращения холостого хода показана на рис. 9. Для конструкции контроллера две карты: f 1 ( n , p m ) и f 2 ( n , p m ) линеаризованы в рабочей точке холостого хода ma, 0, n0, pm, 0. Представляем дифференциалы первого порядка:}

РИСУНОК 9.Блок-схема управления холостым ходом.

(15) FN1 = ∂f1∂n | n = n0FN2 = ∂f2∂n | n = n0FP1 = ∂f1∂pm | pm = pm, 0FP2 = ∂f2∂pm | pm = pm, 0

и разность переменных, получаем:

(16) Δm.a, out * ma, 0 = FN1n0m.a, 0Δnn0 + FP1pm, 0m.a, 0Δpmpm, 0

(17) ΔTcomb * T0 = FN2n0T0Δnn0 + FP2pm, 0T0Δpmpm, 0

Дифференциальное уравнение из модели многообразия, Ур. (10) преобразуется Лапласа и в сочетании с уравнением. (16) принимает следующий вид:

(18) с · τn · ΔPmpm, 0 = −FN1n0m.a, 0ΔNn0 − FP1pm, 0m.a, 0ΔPmpm, 0 + ΔM.a, дюйм.a, 0

Входящий воздушный поток ΔM.a, in служит управляющим входом Δ U . Уравнение (17) также преобразовано по Лапласу и расширено на время задержки двигателя и времени задержки:

(19) ΔTcombT0 = FN2n0T0e − sTd, esTl, eΔNn0 + FP2pm, 0T0e − sTd, e1 + sTl, eΔPmpm, 0

Это теперь вставлен в баланс крутящего момента, уравнение. (13). Пренебрегая моментом возмущающей нагрузки T _load для целей управления, получаем:

(20) sTJ · ΔNn0 = e − sTd, e1 + sTl, e (FN2n0T0ΔNn0 + FP2pm, 0T0ΔPmpm, 0) Анализ устойчивости модели установки и конструкции контроллера теперь должен выполняться без учета постоянных времени T _{d, e} и T _{l, e} .Последующий подход упрощается до модели линейного пространства состояний второго порядка:

(21) S · [ΔPmpm, 0ΔNn0] = ︸A¯ [−FP1τnpm, 0m.a, 0 − FN1τnn0m.a, 0FP2Tjpm, 0T0FN2Tjn0T0] · [ Pmpm, 0ΔNn0] + ︸B¯ [1τn0] · ΔUm.a, 0

Управление пространством состояний с пропорциональной обратной связью может быть выполнено, например, путем размещения полюсов. Добавлена ​​дополнительная интегральная обратная связь, чтобы компенсировать смещения из-за возмущающих нагрузок. Вся система показана на рис. 9. На рис. 10 показан входной критический возмущающий сигнал от привода, который поступает одновременно с возмущающим моментом.Видно лишь очень незначительное снижение частоты вращения двигателя. Аналогичным образом может быть выполнено регулирование холостого хода дизельных двигателей. По сравнению с двигателями SI есть два основных отличия:

РИСУНОК 10. Помехи, поступающие от водителя, и одновременное переключение передач в положение движения как возмущающая нагрузка.

1.

Впускной коллектор не дросселируется, поэтому двигатель получает максимально возможный массовый расход воздуха m.a в каждой рабочей точке.

2.

При непосредственном впрыске топлива время задержки T _{l, e} может быть значительно сокращено.

Эти две точки упрощают конструкцию управления. Сложность может заключаться в турбонаддуве, который вводит значительную временную задержку для реакции массового расхода воздуха m.a на переходные процессы управляющего входа.

Детали, функции, типы, схемы и многое другое [PDF]

Из этой статьи вы узнаете , что такое коленчатый вал? как это работает? Его типов , частей, функция и многое другое подробно объяснено с помощью диаграмм .Кроме того, вы можете скачать PDF-файл этой статьи в конце.

Что такое коленчатый вал?

Коленчатый вал является важной частью системы передачи энергии. В котором возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение с помощью шатуна.

Коленчатый вал состоит из шатунов, шатунов (шатуны или щеки), балансировочных грузов и коренных шеек. Большой конец шатуна прикреплен к шатунной шейке коленчатого вала.

Во время одного хода межосевое расстояние между шатунной шейкой и коленчатым валом составляет половину рабочего объема поршня. Таким образом, за один полный оборот коленчатого вала приходится два хода поршня.

Части коленчатого вала

Ниже приведены основные части коленчатого вала со схемой:

1. Шатун
2. Коренные шейки
3. Шатун
4. Противовесы
5. Упорные шайбы
6. Проход масла
7. Упорные шайбы
8. фланец

1.Шатун

Шатун — это механическая часть двигателя. Это позволяет очень прочно прикрепить шатун к коленчатому валу.

Поверхность шатунной шейки цилиндрическая, чтобы передать вращающее усилие большому концу шатуна. Они также известны как шейки шатунов.

2. Основные журналы

Журналы прикреплены к блоку двигателя. Эти подшипники удерживают коленчатый вал и обеспечивают его вращение внутри блока цилиндров. Это подшипник скольжения или подшипник скольжения.Основные подшипники различаются от двигателя к двигателю, часто в зависимости от сил, создаваемых двигателем.

3. Шатун

Шатун является наиболее важной частью коленчатого вала. Шатунная шейка соединяет коленчатый вал с шейками коренных подшипников.

4. Противовесы

Противовесы — это груз, который прикладывает противоположную силу, что обеспечивает балансировку и устойчивость коленчатого вала. Они установлены на шейке кривошипа.

Причина установки противовесов в коленчатый вал заключается в том, что они могут устранить реакцию, вызванную вращением.И это очень полезно для достижения более высоких оборотов и облегчения работы двигателя.

5. Упорные шайбы

В некоторых местах предусмотрены две или более упорных шайб, чтобы предотвратить продольное перемещение коленчатого вала. Эти упорные шайбы устанавливаются между обработанными поверхностями перемычки и седла коленчатого вала.

С помощью упорных шайб можно легко поддерживать зазор и помогает уменьшить боковое смещение коленчатого вала. Во многих двигателях они изготавливаются в составе коренных подшипников, обычно в более старых типах используются отдельные шайбы.

6. ​​Масляный канал и сальники

Масляный канал коленчатого вала передает масло от шейки коренных подшипников к шейкам шатуна. Обычно отверстие просверливается на шейке кривошипа. Когда шатунная шейка находится в верхнем положении и силы сгорания толкают шатун в нижнее положение, это позволяет маслу проникать между шейкой и подшипником.

Коленчатый вал с обоих концов выходит за пределы картера. Это вызывает утечку масла с этих концов. Так, чтобы масло не попало в эти отверстия, предусмотрены сальники.На переднем и заднем концах соединены два основных сальника.

1. Передние масляные уплотнения: Они очень похожи на задние масляные уплотнения. Однако его выход из строя менее разрушителен, и он более легкодоступен. Передний сальник будет установлен за шкивом и шестерней привода ГРМ.
2. Задние масляные сальники: Они размещаются внутри основных шейек и маховиков. Он вставляется в отверстие между блоком двигателя и масляным поддоном. Сальник имеет фасонную кромку, которая плотно удерживается в коленчатом валу пружиной, называемой подвязкой.

7. Фланец крепления маховика

В большинстве случаев коленчатый вал прикрепляется к маховику через фланцы. Диаметр конца колеса коленчатого вала больше диаметра другого конца. Это дает фланцевую поверхность для установки маховика.

Конструкция коленчатого вала

Внутри коленчатого вала находятся коренные подшипники, также называемые коренными шейками. Коленчатый вал поддерживается коренным подшипником на коренных шейках. Для уравновешивания в направлении, противоположном направлению кривошипа, создается сбалансированная нагрузка.

Коленчатый вал обычно изготавливается из легированной стали путем литья или ковки, обрабатывается и заземляется, чтобы получить подходящие шейки для шатуна и коренного подшипника.

Он должен быть достаточно сильным, чтобы выдерживать давление поршней во время рабочего хода без чрезмерного искажения. Кроме того, его необходимо тщательно сбалансировать, чтобы исключить чрезмерную вибрацию, возникающую из-за веса кривошипов со смещением.

В коленчатом валу просверлены масляные каналы, по которым масло может течь от коренного подшипника к подшипнику шатуна.

Функция коленчатого вала

Передний конец коленчатого вала несет шестерню или звездочку, гаситель колебаний и шкив ремня вентилятора. Шестерня или звездочка приводит в действие распределительный вал, а гаситель колебаний предназначен для управления крутильными колебаниями.

Ременный шкив вентилятора приводит в движение вентилятор двигателя, водяной насос и генератор с помощью клинового ремня. Задний конец коленчатого вала несет маховик. Инерция маховика заставляет коленчатый вал вращаться с постоянной скоростью.

Количество коренных подшипников зависит от конструкции двигателя и цилиндров.Чем больше коренной подшипник, тем меньше вероятность вибрации и перекоса коленвала заданного размера.

Подшипник должен быть достаточным, чтобы поддерживать вал и обеспечивать одну из самых высоких жесткости между каждой шатунной шейкой. Компромисс состоит в том, чтобы иметь 3 основных подшипника на 4-цилиндровом двигателе и 4 на 6-цилиндровом двигателе.

Для уменьшения вибрации в двигателе коленчатый вал и маховик балансируются отдельно. При совместной установке их часто проверяют на устойчивость. Балансировка необходима для предотвращения повреждения двигателя, особенно подшипников.

Типы коленчатых валов

Ниже приведены типы коленчатых валов:

1. Полностью собранный вал
2. Полуавтоматический вал
3. Сварные валы
4. Сплошной цельный вал
5. Кованый коленчатый вал
6. Коленчатый вал
7. литой
Коленчатый вал литой 1. Полностью собранный вал

Коленчатые валы этих типов изготавливаются путем сборки частей по частям. При этом все компоненты подвергаются горячей посадке после процесса изготовления.Этот тип коленчатого вала используется в старых двигателях.

Состоит из отдельной шейки кривошипа, шейки шатунной шейки и коренной шейки. Этот шатун и шейки обрабатываются и расточены в шейке кривошипа. Они немного меньше в диаметре.

Перемычки кривошипа нагреваются и вставляются в шейки кривошипа и отверстия шейки (которые увеличиваются в размерах из-за нагрева). По мере охлаждения шейки кривошипа диаметр ствола скважины будет стремиться вернуться к своему первоначальному размеру.

2. Полуавтоматический вал

Коленчатые валы этих типов не изготавливаются путем сборки различных деталей, в отличие от полностью собранных валов.Шатуны кривошипа полностью выкованы и прижимаются к общим подшипникам.

Шатуны подвергаются дальнейшей механической обработке для получения гладкой поверхности. Преимущество использования этого метода горячей посадки заключается в том, чтобы сделать две перемычки и кривошипные шатуны с помощью одной поковки. Толщина шатунов уменьшена. В шатунной шейке просверливается отверстие, что снижает вес без ущерба для прочности.

Полуавтоматический коленчатый вал легче полностью собранного коленчатого вала. Коленчатый вал способен выдерживать высокие нагрузки и, следовательно, выдерживать высокие напряжения сдвига и изгиба.Эти типы также встречаются в некоторых быстроходных двигателях.

3. Сварной вал

Эти приварные валы изготавливаются путем сборки шейки кривошипа, шатунной шейки и основных шейек с обеих сторон. Их выковывают, а затем сваривают с помощью дуговой сварки под флюсом.

После сварки цапфы были механизированы и механизированы. Благодаря использованию непрерывного потока зерна полотно можно сделать тоньше. Это может привести к уменьшению коленчатого вала.

Сварной коленчатый вал позволяет значительно снизить вес.Ширина и толщина перемычек уменьшаются. Таким образом, обеспечивается большая длина подшипников.

4. Цельный цельный вал

Коленчатые валы этих типов изготавливаются методом ковки или литья в виде цельного вала. Они используются как в тихоходных, так и в высокоскоростных двигателях.

Он состоит из нескольких частей и разливается вместе с болтами на встроенных фланцах. Он рассчитан на то, чтобы выдерживать нагрузку при стрельбе и циклическом натяжении. Коленчатый вал подвергается нагрузкам из-за перекоса, крутильной и осевой вибрации коренных подшипников.

5. Кованый коленчатый вал

Они намного прочнее литых кривошипов. Кованые кривошипы обычно используются в двигателях с высокими нагрузками и примерно в 16-клапанных двигателях. Они созданы совершенно по-разному.

Набор штампов изготавливается примерно по размеру кривошипа. Они опираются на большой гидравлический пресс с усилием зажима в несколько тонн. После закрытия штампа металл очень плотно прижимается.

Эти типы коленчатых валов прочнее и долговечнее.Кованые коленчатые валы реагируют на термическую обработку и, таким образом, обеспечивают лучшую стабильность размеров.

6. ​​Коленчатый вал литой

Эти типы коленчатых валов используются уже давно. Обычно встречается в различных дизельных и бензиновых двигателях. Как правило, они изготавливаются из ковкого чугуна путем литья.

Они очень дешевы в изготовлении и хорошо работают, поэтому производители часто выбирают их. Литой коленчатый вал выдерживает нагрузки со всех сторон, поскольку структура металлического зерна однородна и случайна.

7. Коленчатый вал из заготовки

Кривошип из заготовки может быть лучшим типом кривошипа в вашем двигателе. Для изготовления таких кривошипов обычно используется сталь. Сюда входят никель, хром, алюминий, молибден и другие элементы.

Кривошипы для заготовок знакомы из-за кратчайшего времени обработки коленчатого вала. Кроме того, они нуждаются в минимальном балансе из-за единообразной конструкции материала.

Неисправности коленвала

Проблемы на коленвале возникают очень редко. Это происходит, когда двигатель находится в экстремальных условиях.Детали двигателя прочные и прочные. Но они связаны с некоторыми основными неисправностями:

1. Изношенные шейки
2. Усталость

1. Изношенные журналы

Обычно это происходит при недостаточном давлении масла. Если коленчатый вал соприкасается с поверхностями подшипников скольжения, это постепенно увеличивает зазор и ухудшает давление масла.

Если не принять меры, изношенные шейки могут вызвать серьезные проблемы для двигателя. Это разрушает подшипники и вызывает серьезные повреждения двигателя.

2. Усталость

Это происходит, когда постоянное усилие на коленчатом валу приводит к поломке. Эта проблема обычно возникает на сопряжении, в котором задействованы журнал и полотно.

Гладкая поверхность галтеля необходима для исключения слабых мест, вызывающих усталостные трещины. Трещины можно проверить с помощью магна-флюса на коленчатом валу.

Применения коленчатого вала

Коленчатый вал обычно используется в двигателе для преобразования возвратно-поступательного движения в круговое движение, что значительно упрощает использование энергии или мощности.

Коленчатый вал — фактически сердце двигателя внутреннего сгорания. Коленчатый вал отвечает за правильную работу двигателя. В некоторых случаях это также экономит энергию для перемещения поршня для тактов сжатия, всасывания и выпуска.

В завершение

Сбалансированный коленчатый вал может обеспечить бесперебойную работу вашего двигателя, обеспечить большую мощность, меньшие потери энергии и снизить вибрацию двигателя. Он в основном используется для преобразования линейного движения в скорость вращения.

Надеюсь, что я рассказал все о коленчатых валах.Если у вас есть сомнения по поводу этой статьи «, детали коленчатого вала, , и функция », вы можете задать их в комментариях. Если вам понравилась эта статья, поделитесь ею с друзьями.

Наконец, подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать уведомления, когда мы загружаем последние сообщения.

И вы можете загрузить эту статью в формате PDF , нажав здесь.

Подробнее в нашем блоге:

1. Клапаны двигателя: типы, работа и механизм клапана
2. Какие типы прокладок? И его применение в автомобильном двигателе
3. Три основных типа регуляторов, используемых в автомобильном двигателе

FAQ

Что такое коленчатый вал и как он работает?

Коленчатый вал является важной частью системы передачи энергии.При этом возвратно-поступательное движение поршня превращается во вращательное движение за счет применения шатуна. Коленчатый вал должен иметь высокую усталостную прочность и износостойкость для обеспечения длительного срока службы.

Для чего нужен коленчатый вал?

Коленчатый вал в основном используется в двигателях для преобразования возвратно-поступательного движения в круговое движение, что значительно упрощает использование энергии или мощности. Он вращается внутри блока цилиндров за счет коренных подшипников.

Какая функция кривошипа?

Кривошип — это рычаг, прикрепленный под прямым углом к ​​вращающемуся валу, благодаря которому от вала принимается круговое движение.Когда он используется с шатуном, он преобразует круговое движение в возвратно-поступательное или наоборот.

Какие бывают типы коленчатого вала?

Ниже приведены основные типы коленчатого вала: полностью собранный вал, полуавтоматический вал, сварные валы, цельный цельный вал, кованый коленчатый вал, литой коленчатый вал и коленчатый вал с заготовкой.

Что такое коленчатый вал? — Дом

15 ноября 2019

Что такое коленчатый вал?

Коленчатый вал представляет собой вращающийся вал, который (вместе с шатунами) преобразует возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение.Коленчатые валы обычно используются в двигателях внутреннего сгорания и состоят из ряда кривошипов и кривошипов, к которым прикреплены шатуны.

Коленчатый вал вращается внутри блока цилиндров за счет использования коренных подшипников, а шейки кривошипа вращаются внутри шатунов с помощью шатунных подшипников. Коленчатые валы обычно изготавливаются из металла, при этом большинство современных коленчатых валов изготавливается из кованой стали.

Типы коленчатого вала

В двигателе можно использовать три разных типа кривошипов.
1. Литые кривошипы
Эти типы кривошипов существуют уже давно и используются во многих дизельных и бензиновых двигателях. Как следует из названия, они сделаны из ковкого чугуна в процессе литья.
Они довольно дешевы в изготовлении и отлично работают, поэтому их часто выбирают производители.
Плоский кривошип — это кривошип, у которого шейки разнесены на 180 градусов, что характерно для всех четырехрядных двигателей. С другой стороны, кривошипу с поперечной плоскостью нужен модуль из нескольких частей, потому что шейки и противовесы не симметричны.
Литые кривошипы можно закалить в пламени для повышения износостойкости в определенных областях.

2. Кованые кривошипы
Это более прочный коленчатый вал, чем литой кривошип. Они чаще встречаются в двигателях с более высокими нагрузками и входят в стандартную комплектацию некоторых двигателей 16v.
Кованый кривошип сделан совершенно по-другому. Набор штампов обрабатывается примерно по форме кривошипа.
Эти матрицы подходят для работы в очень большом гидравлическом прессе с усилием зажима в несколько тонн.Горячий стержень из высококачественной легированной стали помещается на нижнюю матрицу, и матрицы закрываются.
Когда штампы закрываются, металл очень плотно прижимается. В этом случае материал уплотняется и выравнивается лучше, чем в процессе литья.
Кривошипы этого типа также закалены, как и литые, но с использованием индукционной закалки.

3. Кривошипы для заготовок

Кривошипы

Billet — лучший тип кривошипа, который может быть в вашем двигателе, если вы хотите получить от него максимум.Для изготовления кривошипов такого типа обычно используется сталь
4340. Он содержит никель, хром, алюминий и молибден среди других элементов.
Эти кривошипы популярны из-за минимального времени обработки коленчатого вала. Они также требуют минимальной балансировки из-за однородного состава материала.

Ссылка Ссылка:

https://en.wikipedia.org/wiki/Crankshaft
https://engihub.com/crankshaft-of-internal-combustion-engine/

Коленчатый вал: принципы работы, функции, детали, проблемы

Коленчатый вал представляет собой вращающийся вал, который преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение.Он обычно используется в двигателях внутреннего сгорания для выполнения таких операций. Коленчатые валы состоят из ряда кривошипов и кривошипов, к которым прикреплены шатуны.

Коленчатый вал по крайней мере с одним валом вращается внутри блока цилиндров. Он вращается с помощью коренных подшипников. Шатуны вращаются внутри шатунов с помощью стержневых подшипников.

Как изготавливают коленчатые валы

Коленчатые валы обычно изготавливаются из металла, например, из чугуна.Расплавленный металл заливается в форму во время процесса (литье).

Современные коленчатые валы изготавливаются из кованой стали, которая используется в некоторых высокопроизводительных двигателях. Это делается путем нагревания стального блока до докрасна. Затем он принимает форму с помощью очень высокого давления.

Коленчатые валы изготовлены из кованой стали, чтобы противостоять износу и деформации вращательного движения. Используются легированные термообработанные или нитридные стальные материалы. Шапки коленчатого вала также имеют поверхностную закалку.

Читайте: Компоненты автомобильного двигателя

Функции

Коленчатые валы предназначены для более плавного привода огромных двигателей с несколькими цилиндрами.Линейное движение поршней, переходящее во вращательное движение.

При сгорании топливно-воздушной смеси вырабатывается энергия. Эта мощность преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Поступательное движение поршней через шатун преобразуется в крутящий момент. Затем он передается на маховик

В валу коленчатого вала просверлены отверстия, через которые в двигатель подается масло. Это масло сглаживает движения. Противовесы помогают отрегулировать каркас и уменьшить вес шатуна.

Коленчатые валы также работают как несущие, поскольку в процессе работы они выдерживают некоторую нагрузку. Одна из нагрузок — это сильное напряжение изгиба и скручивания.

Поскольку вращательное движение коленчатого вала постоянно ускоряется и замедляется, добавляются дополнительные нагрузки от крутильных колебаний. Подшипники также подвержены высокому износу.

Компоненты и конструкция коленчатого вала

В состав коленчатого вала входят:

• Главные журналы
• Шатун
• Шатуны
• Противовесы

Коренные шейки несут коренные подшипники и определяют ось вращения вала.

Шатун позволяет прикрепить к нему шатун.

Шатуны соединяют шейки кривошипа с главными шейками.

Противовесы обеспечивают балансировку и крепятся к стенкам.

Конструкция коленчатого вала основана на горючести двигателя и количестве цилиндров. Это также определяется конструкцией двигателя, количеством подшипников коленчатого вала и величиной хода.

Смазка коленчатого вала

Смазка играет важную роль в повышении эффективности двигателя, так как его рабочий механизм состоит из двух металлических частей.Предотвращение ненужного износа коленчатого вала, коренные шейки и шейки шатунов ездят на масляной пленке. Эта масляная пленка находится на опорной поверхности.

Масло к коренному подшипнику подается по масляным каналам от блока цилиндров. Он ведет к каждому седлу коленчатого вала, а соответствующее отверстие в вкладыши подшипника собирает масло в шейку.

Как работает коленчатый вал

Работать с коленчатым валом довольно интересно и легко. Между центром коренной шейки и центром пальца коленчатого вала есть расстояние.Это расстояние известно как радиус кривошипа или ход кривошипа. Его измерение определяет диапазон хода поршня при вращении коленчатого вала.

Расстояние от верха до низа называется штрихом. Ход поршня в два раза больше радиуса кривошипа.

Задний конец коленчатого вала выходит за пределы картера и поддерживается фланцем маховика. Этот фланец представляет собой прецизионно обработанную деталь, которая крепится болтами к маховику. Его большая масса обеспечивает плавную пульсацию поршней, срабатывающих в разное время.

Вращение маховика передается через маховик, трансмиссию и главную передачу на колеса. Коленчатые валы привинчены к зубчатому венцу в автоматическом приводе. Он несет гидротрансформатор и передает его в автоматическую коробку передач.

Для большего понимания посмотрите видео о том, как работает коленчатый вал:

Распространенные неисправности коленчатого вала

Проблемы с коленчатым валом возникают редко, только если двигатель находится в экстремальных условиях.Компонент двигателя надежен и крепок, но некоторые общие неисправности включают:

Изношенные шейки : возникает при недостаточном давлении масла. Шейки коленчатого вала контактируют с опорными поверхностями. Это постепенно увеличивает зазор и ухудшает давление масла.

Изношенные шейки могут вызвать серьезные проблемы с двигателем, если не будут приняты соответствующие меры. Это приводит к разрушению подшипников и огромному повреждению двигателя.

Усталость : это когда постоянные силы на коленчатом валу приводят к переломам.Эта проблема обычно возникает на стыке журналов и полотна.

Гладкий радиус галтеля имеет решающее значение для исключения слабых мест, которые приводят к усталостным трещинам. Трещины на коленчатом вале можно проверить методом магнитной сварки.

что такое автомобильное шасси и его значение?

Надеюсь, вы многое узнали из этой статьи. Он содержит функции, типы, проблемы, детали и принцип работы коленчатого вала. Просьба комментировать, делиться и рекомендовать этот сайт другим студентам технических специальностей.Спасибо!

типов, функций и примеров — StudiousGuy

Коленчатый вал — это механическая часть, которая используется для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение. Это вращательное движение далее достигает маховика и создает необходимый крутящий момент, необходимый для его работы. Он соединен с поршнем с помощью шатуна. Коленчатый вал является важной частью системы передачи мощности двигателя и в основном используется для привода различных частей машины, таких как распределительный вал, вентилятор радиатора и т. Д.Коленчатый вал отвечает за передачу движения на распределительный вал, который, в свою очередь, управляет открытием и закрытием впускных и выпускных клапанов двигателя. Механизм коленчатого вала обычно состоит из кривошипа и кривошипа, прикрепленных к шатунам. Коленчатый вал вращается с большой скоростью, поэтому на него действует центробежная сила. Кроме того, поршень и шатун оказывают на свою поверхность значительную ударную силу.

Указатель статей (Нажмите, чтобы перейти)

Конструкция коленчатого вала

Коленчатый вал обычно изготавливается из чугуна.Обычно используется процесс литья, при котором чугун плавится и разливается в форму или каркас. Коленчатый вал должен быть легким, легким и обладать высокой прочностью на растяжение, поэтому некоторые коленчатые валы также производятся методом ковки стали. Для этого стальной блок нагревают до докрасна. Позже кованая сталь выдерживается под высоким давлением, чтобы придать ей желаемую форму. Коленчатые валы также подвергаются поверхностной закалке и термообработке для повышения прочности и уменьшения износа.Наиболее предпочтительные процессы термообработки включают азотирование, науглероживание, хромирование и т.д. коленчатый вал.

Детали коленчатого вала

Коленчатый вал состоит из восьми важных частей, как указано ниже:

1. Основные журналы

Цапфы — это часть коленчатого вала, которая удерживает его на блоке двигателя.Шапки коленчатого вала расположены по прямой линии, т. Е. Расположены линейно друг к другу.

2. Шатун

Шатун или шатун — это часть коленчатого вала, которая помогает шатуну надежно прикрепляться к коленчатому валу. Шатунная шейка имеет цилиндрическую форму. Основное назначение шатунной шейки — передача вращающего усилия на больший конец шатуна с максимальной эффективностью.

3. Шатун

Плечо кривошипа также называют перемычкой или перемычкой кривошипа.Шатун — одна из важнейших частей коленчатого вала. Основное назначение кривошипа или шейки кривошипа — соединение коленчатого вала с шейками коренных подшипников. Шатунная шейка расположена напротив шатунной шейки.

4. Вес коленчатого вала

Другое название веса кривошипа — балансировочный груз. Как следует из названия, он используется для балансировки коленчатого вала. Кривошипные грузы установлены на шейке кривошипа. Они стремятся приложить силу равной величины в противоположном направлении, чтобы нейтрализовать или уравновесить приложенную вращающую силу.Кривошипные грузы обычно повышают стабильность системы. Тем самым обеспечивается плавная работа системы при высоких оборотах в минуту (об / мин).

5. Масляный канал

Масляный канал коленчатого вала передает масло от шейки коренных подшипников к шатунным подшипникам с целью надлежащей смазки. Для смазки в шейке кривошипа просверливаются отверстия. Когда шатунный штифт движется вверх, шатуны имеют тенденцию двигаться вниз, тем самым позволяя маслу проникать между шейкой и подшипником.

6. ​​Шайба упорная

Упорные шайбы служат для предотвращения смещения коленчатого вала по длине. Они необходимы для поддержания зазора между двумя частями коленчатого вала и устанавливаются между перемычкой и седлом коленчатого вала. Ранее в коленчатом механизме отдельно использовались упорные шайбы; однако в современных двигателях используются распредвалы, в которых упорные шайбы встроены в основной подшипник.

7. Монтажный фланец маховика

Коленчатый вал прикреплен к маховику с помощью фланцев.Диаметр коленчатого вала на стороне маховика больше, чем на другом конце, что позволяет фланцу легко устанавливать маховик.

8. Сальники

Масло, налитое в отверстия, просверленные в шейке кривошипа, разливается или вытекает из обоих концов картера. Чтобы предотвратить утечку с торцов, используются сальники. К переднему и заднему концам каркаса кривошипа подключены два масляных уплотнения, как показано ниже:

1. Переднее масляное уплотнение

Передние сальники расположены за шкивом и зубчатым колесом.Выход из строя передних сальников сравнительно менее разрушительный и легко отслеживается.

2. Сальник заднего конца

Задние сальники расположены внутри основных шейек и маховиков. Он удерживается на месте с помощью фигурной крышки, плотно удерживаемой в коленчатом валу с помощью пружины, известной как подвязка. Разрушение, вызванное выходом из строя заднего масляного уплотнения, затруднено для доступа и ремонта.

Работа коленчатого вала

Передний конец коленчатого вала прикреплен к шестерне, звездочке, шкиву и гасителю колебаний.Шестерня или звездочка используются для привода распределительного вала. Шкив, прикрепленный к поверхности коленчатого вала, отвечает за активацию водяного насоса, вентилятора двигателя или генератора переменного тока. Назначение демпфера вибрации, соединенного с коленчатым валом, состоит в том, чтобы уменьшить ненужное скручивание кривошипа и подавить вибрации в двигателе. К заднему концу коленчатого вала прикреплен маховик и сальник. Маховик помогает коленчатому валу постоянно вращаться с постоянной скоростью, а масляное уплотнение предотвращает проливание и утечку масла.Чтобы избежать дальнейших вибраций в системе, коленчатый вал и маховик необходимо балансировать по отдельности. Это помогает улучшить и поддерживать работоспособность машины и снизить риск повреждения или отказа двигателя.

Типы коленчатого вала

1. Цельный коленчатый вал

Как следует из названия, цельный коленчатый вал изготовлен из цельного куска материала. Эти типы коленчатых валов обычно используются в многоцилиндровых двигателях и совместимы с двигателями, работающими как на средней, так и на высокой скорости.Большой конец шатуна цельного коленчатого вала состоит из двух частей. Цельные коленчатые валы способны выдерживать нагрузки во время зажигания и цилиндрические напряжения, возникающие в основном из-за несоосности коренных подшипников или из-за осевых и крутильных колебаний.

2. Коленчатый вал сборный

В собранном коленчатом вале все компоненты коленчатого вала изготавливаются и изготавливаются отдельно с помощью нескольких отдельных частей вещества.Например, шейки кривошипа, шейки кривошипа и шейки обрабатываются отдельно. Затем эти части нагреваются и искусственно стягиваются. Поскольку подогнанные детали имеют тенденцию остывать, они уменьшаются в размерах и плотно прижимаются друг к другу. Большой конец шатуна сборного коленчатого вала собран с помощью единой цельной детали элемента.

3. Коленчатые валы полуфабрикаты

В полуфабрикатах коленчатого вала все части коленчатого вала не собираются вместе, а вместо этого некоторые части выкованы и сконструированы вместе как единое целое.Например, шейка кривошипа и подшипники коленчатого вала выкованы, сформированы и полностью собраны вместе. Эти типы коленчатых валов обычно используются в дизельных двигателях, используемых для главного двигателя корабля.

4. Кованые коленчатые валы

Кованые коленчатые валы изготовлены методом ковки. Здесь выковывают цельную деталь или металлический блок, которому придают форму коленчатого вала. Сборка деталей коленчатого вала с помощью таких процессов, как сварка, не требуется.Кованые распредвалы обычно используются для двигателей, которые работают на средних оборотах, например, для генератора. Для тяжелых и громоздких двигателей, таких как двухтактный двигатель, процесс ковки коленчатых валов не является предпочтительным. Кованые коленчатые валы сравнительно более прочны, чем литые. Для повышения прочности кованых коленчатых валов применяется процесс индукционной закалки.

5. Коленчатые валы сварные

В сварных коленчатых валах все части коленчатого вала, такие как шейка кривошипа, шейки и т. Д.изготавливаются отдельно, а затем свариваются. Сварные коленчатые валы прочнее по сравнению с другими типами коленчатых валов, но стоимость изготовления довольно высока, поэтому эти типы коленчатых валов не являются предпочтительными для общего применения.

6. ​​Коленчатые валы литые

Коленчатые валы литые изготавливаются методом литья из ковкого чугуна. Литые коленчатые валы являются наиболее часто используемыми коленчатыми валами в дизельных и бензиновых двигателях, потому что они просты в изготовлении и дешевле, чем другие типы коленчатых валов.Литой коленчатый вал часто подвергают термообработке для повышения его прочности на растяжение и уменьшения степени износа, тем самым увеличивая срок службы двигателя.

7. Заготовка коленчатого вала

Заготовки коленчатого вала изготавливаются из легированной стали 4340, которая обычно состоит из никеля, хрома, алюминия и молибдена. Коленчатые валы из заготовок имеют преимущество, поскольку они имеют наименьшее время обработки и способны передавать максимальную мощность на нагрузку.Также эти типы коленчатых валов требуют минимальной балансировки.

Примеры коленчатого вала

1. Дизельные двигатели

Коленчатый вал дизельного двигателя обычно изготавливается путем ковки куска легированной стали. Для этого сталь сначала нагревают до достаточно высокой температуры и формуют с помощью штампа для ковки. Дизельные двигатели обычно имеют больший ход, чем диаметр отверстия, поэтому коленчатые валы, используемые в дизельных двигателях, сравнительно больше.Коленчатые валы из заготовок также могут использоваться для улучшения характеристик дизельного двигателя, поскольку они прочнее, чем другие типы коленчатых валов.

2. Генераторы

Генераторы

— еще один пример машин, используемых в повседневной жизни, в которых используется коленчатый вал. Возвратно-поступательное движение поршней преобразуется во вращательное с помощью коленчатого вала. Вращательное движение далее используется для привода маховика. Результирующая мощность затем используется для перемещения генератора переменного тока по круговой траектории, что позволяет преобразовывать механическую энергию в электрическую.Сгенерированная выходная энергия может храниться или использоваться для приведения в действие различных электроприборов.

3. Двигатели внутреннего сгорания

Коленчатый вал — основа работы двигателей внутреннего сгорания. Он установлен в блоке двигателя. Коленчатый вал соединен с поршнями с помощью шатунов. Основное назначение коленчатого вала в двигателях внутреннего сгорания — преобразовать поступательное движение поршня во вращательное движение, что позволяет напрямую связывать мощность с высокими динамическими нагрузками.

4. Распредвалы приводные

Одно из основных применений коленчатого вала — это привод распределительного вала. Коленчатый вал используется для передачи энергии распределительному валу с помощью механизма цепного или ременного привода. Механические части распределительного вала и коленчатого вала обычно используются в сочетании. Скорость системы, содержащей как распределительный вал, так и коленчатый вал, поддерживается таким образом, что распределительный вал поворачивается один раз за каждые два оборота коленчатого вала.

5. Передача энергии частям двигателя

Коленчатый вал может в основном использоваться для передачи мощности различным частям системы двигателя, таким как фазы газораспределения, компрессор кондиционера, топливный насос, водяной насос, генератор переменного тока и многие другие.

6. ​​Мотоциклы

Коленчатый вал — важная часть двигателя мотоцикла. Он используется для обеспечения движущей силы, необходимой для перемещения различных частей двигателя, а также для управления и минимизации вибраций двигателя.Коленчатый вал, используемый в мотоциклах, может быть литым коленчатым валом или кованым коленчатым валом. В гоночных велосипедах коленчатый вал изготавливается из легких материалов, таких как алюминий, титан, сплав алюминия и стали и т. Д. Материал, используемый для изготовления коленчатого вала мотоцикла, должен иметь плотную массу и превосходить его по качеству. уменьшить вибрацию.

Коленчатые валы

— поршневой двигатель

Коленчатый вал устанавливается параллельно продольной оси картера и обычно поддерживается коренным подшипником между каждым ходом.Коренные подшипники коленчатого вала должны жестко поддерживаться в картере. Обычно это достигается с помощью поперечных перемычек в картере, по одной на каждый коренной подшипник. Перемычки составляют неотъемлемую часть конструкции и, помимо поддержки основных подшипников, повышают прочность всего корпуса.

Картер разделен на две части в продольной плоскости. Это разделение может быть в плоскости коленчатого вала, так что половина главного подшипника (а иногда и подшипники распределительного вала) находится в одной секции корпуса, а другая половина — в противоположной секции.[Рис. 1] Другой метод состоит в том, чтобы разделить корпус таким образом, чтобы основные подшипники были прикреплены только к одной секции корпуса, к которой прикреплены цилиндры, тем самым обеспечивая средства снятия части картера для проверки без нарушения регулировка подшипников.

Рис. 1. Типичный оппозитный двигатель разобран на узлы




Коленчатый вал является основой поршневого двигателя.На него действует большая часть сил, создаваемых двигателем. Его основная цель — преобразовать возвратно-поступательное движение поршня и шатуна во вращательное движение для вращения винта. Коленчатый вал, как следует из названия, представляет собой вал, состоящий из одного или нескольких кривошипов, расположенных в определенных точках по его длине. Кривошипы, или ходы, формируются путем штамповки смещений на валу перед его механической обработкой. Поскольку коленчатые валы должны быть очень прочными, их обычно выковывают из очень прочного сплава, такого как хромоникель-молибденовая сталь.




Коленчатый вал может быть цельным или составным. На рисунке 2 показаны два типичных типа цельных коленчатых валов, используемых в авиационных двигателях. Четырехходовая конструкция может использоваться как на четырехцилиндровых горизонтальных оппозитных двигателях, так и на четырехцилиндровых рядных двигателях. Шестиступенчатый вал используется в шестицилиндровых рядных двигателях, 12-цилиндровых двигателях V-образного типа и шестицилиндровых оппозитных двигателях. Коленчатые валы радиальных двигателей могут быть одноходовыми, двухходовыми или четырехходовыми, в зависимости от того, является ли двигатель однорядным, двухрядным или четырехрядным.Коленчатый вал двигателя с радиальным односторонним ходом показан на рис. 3. Независимо от того, сколько ходов он может иметь, каждый коленчатый вал состоит из трех основных частей — шейки, шатунной шейки и щеки кривошипа. Противовесы и амортизаторы, хотя и не являются настоящей частью коленчатого вала, обычно прикрепляются к нему для уменьшения вибрации двигателя.

Рисунок 2. Цельнолитые типы коленчатых валов




Рисунок 3.Коленчатый вал двигателя с радиальным односторонним ходом

Цепь поддерживается коренным подшипником и вращается в нем. Он служит центром вращения коленчатого вала. Поверхность закалена для уменьшения износа. Шатунная шейка — это участок, к которому прикреплен шатун. Это не по центру основных журналов, и его часто называют броском. Две кривошипные щеки и шатунная шейка совершают бросок. Когда к шатунной шейке прикладывается сила в любом направлении, кроме параллельного или перпендикулярного и через центральную линию коленчатого вала, это вызывает вращение коленчатого вала.Наружная поверхность упрочняется азотированием для повышения ее износостойкости и обеспечения необходимой опорной поверхности. Шатунная шейка обычно полая. Это уменьшает общий вес коленчатого вала и обеспечивает канал для передачи смазочного масла. На ранних двигателях полая шейка кривошипа также служила камерой для сбора шлама, нагара и других посторонних материалов.

Центробежная сила выбрасывала эти вещества за пределы камеры и не позволяла им достичь опорной поверхности шатуна.Из-за использования беззольных диспергирующих масел в новых двигателях больше не используются шламовые камеры. На некоторых двигателях в щеке кривошипа просверливается канал, позволяющий распылять масло из полого коленчатого вала на стенки цилиндра. Щека кривошипа соединяет шатунную шейку с главной шейкой. В некоторых конструкциях щека выходит за пределы шейки и несет противовес для уравновешивания коленчатого вала. Щека кривошипа должна иметь прочную конструкцию, чтобы обеспечить необходимую жесткость между шатунной шейкой и шейкой.




Во всех случаях тип коленчатого вала и количество шатунов должны соответствовать расположению цилиндров двигателя. Положение кривошипов коленчатого вала по отношению к другим кривошипам того же вала выражается в градусах.

Самый простой коленчатый вал — одноходовой или 360 °. Этот тип применяется в однорядном радиальном двигателе. Он может состоять из одной или двух частей. При использовании этого типа коленчатого вала предусмотрены два коренных подшипника (по одному на каждом конце).Двухходовой или 180 ° коленчатый вал используется на двухрядных радиальных двигателях. В двигателе радиального типа предусмотрен один ход на каждый ряд цилиндров.

Балансировка коленчатого вала

Чрезмерная вибрация в двигателе не только приводит к усталостному разрушению металлических конструкций, но также вызывает быстрый износ движущихся частей. В некоторых случаях чрезмерная вибрация вызвана несбалансированным коленчатым валом. Коленчатые валы сбалансированы для статического и динамического баланса. Коленчатый вал статически уравновешен, когда вес всей сборки шатунов, щек кривошипа и противовесов уравновешен вокруг оси вращения.При проверке статического равновесия его кладут на два лезвия ножа. Если во время теста вал имеет тенденцию поворачиваться в одно положение, это означает, что он не сбалансирован.

Динамические амортизаторы

Коленчатый вал динамически уравновешен, когда все силы, создаваемые вращением коленчатого вала и импульсами мощности, уравновешиваются внутри себя, так что при работе двигателя возникает небольшая вибрация или ее нет вовсе. Чтобы свести к минимуму вибрацию во время работы двигателя, на коленчатый вал встроены динамические демпферы.Динамический демпфер — это просто маятник, который прикреплен к коленчатому валу так, что он может свободно перемещаться по небольшой дуге. Он встроен в узел противовеса. Некоторые коленчатые валы содержат два или более таких узла, каждый из которых прикреплен к отдельной щеке кривошипа. Расстояние, на которое маятник движется и, следовательно, частота его колебаний соответствует частоте импульсов мощности двигателя. Когда частота колебаний коленчатого вала возникает, маятник колеблется вне времени с вибрацией коленчатого вала, таким образом снижая вибрацию до минимума.

Рис. 4. Принципы работы динамического демпфера

Конструкция динамического демпфера, используемого в одном двигателе, состоит из подвижного стального противовеса с прорезями, прикрепленного к щеке кривошипа. Два стальных шпильки в форме катушки входят в прорезь и проходят через большие отверстия в противовесе и щеке кривошипа. Разница в диаметре штифтов и отверстий дает эффект маятника. Аналог работы динамического демпфера показан на рисунке 4.




СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

Типы и функции коленчатого вала — Engineering Learn

Типы и функции коленчатого вала
Что такое коленчатый вал?

Типы коленчатого вала, функции и принцип работы: — Коленчатый вал относится к вращающемуся валу, который используется для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение. Эти валы обычно используются в двигателях внутреннего сгорания для выполнения таких операций.

Коленчатые валы Обнаружено, что коленчатые валы состоят из ряда кривошипов вместе с шатунными шейками, к которым прикреплены шатуны. Коленчатый вал включает в себя по меньшей мере один вал, который вращается внутри блока цилиндров. Он вращается с помощью коренного подшипника. Шатунные шейки вращаются между шатунами с помощью шатунных подшипников.

Конструкция коленчатого вала

Коленчатые валы изготавливаются с использованием таких металлов, как чугун. Металл берут в расплавленном виде и затем заливают в форму в процессе литья, тогда как современные коленчатые валы изготавливаются из кованой стали, которая в основном используется в двигателях с некоторыми характеристиками.

Процесс изготовления коленчатого вала включает нагрев стального блока до докрасна. Когда он нагревается, его форма формируется с помощью очень высокого давления. Термическая обработка представляет собой легированную сталь или материалы из нитридной стали. Коленчатые валы также имеют поверхностную закалку.

Функция коленчатого вала
• Существует множество функций, которые обеспечивают более плавный привод двигателей с несколькими цилиндрами.
• Преобразование поступательного движения поршня во вращательное движение также является одной из его функций.
• Мощность вырабатывается за счет сгорания топливно-воздушной смеси.
• В валу коленчатого вала просверлены отверстия, через которые в двигатель подается необходимое количество масла. Это масло в основном используется для сглаживания движений.
• Коленчатые валы также работают как несущие, поскольку нагрузка распределяется во время этого процесса.
• Одна из нагрузок — это сильный изгиб и скручивающее напряжение, при котором поршни соединяются с коленчатым валом через шатун.
• Следует отметить, что вращательное движение коленчатого вала постоянно ускоряется и замедляется там, где добавляются дополнительные нагрузки крутильных колебаний.
• Коленчатый вал установлен внутри блока цилиндров со следующими деталями:
1. Поршни
2. Шатуны
3. Маховик
4. Коленчатый вал
65
8. вторичная функция коленвала для передачи мощности другим системам двигателя:
1. фазы газораспределения
2. масляный насос
3. охлаждающий (водяной) насос
4. компрессор кондиционера
5. генератор
фитинг коленчатого вала

Коленчатый вал через главную шейку устанавливается в блок цилиндров.Шатуны закреплены на шейках коленчатого вала. В то время как на противоположной стороне шейки шатуна коленчатый вал имеет противовесы, которые используются для компенсации внешних моментов, чтобы минимизировать внутренние моменты и, таким образом, уменьшить амплитуды вибрации и напряжения в подшипниках.

Один конец коленчатого вала соединен с маховиком, а другой конец — с зубчатой ​​передачей газораспределения. Количество основных шейек и шатунных шейек зависит от количества цилиндров и типа двигателя, например, V-образного, прямого и т. Д.

Как главная шейка, так и шейка шатуна имеют смазываемые отверстия коленчатого вала или масляное отверстие, через которое масло течет при работе двигателя. Точное место установки коленчатого вала — на коренные шейки, между коленчатым валом и блоком двигателя. Их основная роль заключается в уменьшении воздействия трения через слой антифрикционного материала, который непосредственно контактирует с опорами блока двигателя.

Принцип работы коленчатого вала

Что касается многоцилиндрового двигателя, это более сложный двигатель, поскольку используется коленчатый вал, тогда как в небольшом двигателе простой конструкции вполне достаточно.Шатунный штифт, к которому прикреплен шатун, завершает момент за два движения. Это дополнительная опорная поверхность, ось которой смещена относительно оси кривошипа. Маховик или шкив коленчатого вала устанавливается на кривошип, чтобы накапливать генерируемую энергию, которую можно использовать для дальнейшей работы. Также обнаружено, что маховик снижает характеристику пульсации четырехтактного двигателя.

Коленчатый вал установлен внутри коренного подшипника, чтобы обеспечить плавную работу двигателя без вибраций.Количество подшипников в двигателе зависит от различных факторов, таких как конструкция двигателя, количество цилиндров, конструкция коленчатого вала и т. Д. Но поскольку всегда есть как минимум два подшипника, один размещается на приводном конце, а другой на неприводной стороне. В случае, если все идет нормально, возникает редкая необходимость в замене подшипника двигателя.

Противовес используется для уменьшения изгибающей нагрузки на коленчатый вал, что также помогает двигателю не трястись при вращении механизма кривошипа.Балансировка коленчатого вала во многом зависит от противовесов. Кривошипная перемычка двигателя — это часть кривошипа между шатунной шейкой или соседними шатунными шейками и валом, которая также известна как шатун.

Типы коленчатого вала

Производятся коленчатые валы двух типов: литые и кованые. Противовесы также можно вковать непосредственно в коленчатый вал или прикрутить болтами с резьбой. Все поршни двигателя внутреннего сгорания передают свою нагрузку на коленчатый вал.Коленчатый вал должен подвергаться высоким скручивающим и изгибающим усилиям, давлениям и вибрациям. Давайте подробнее рассмотрим типы коленчатого вала:

1. Литой коленчатый вал : (Типы и функции коленчатого вала)

Они относятся к типам коленчатого вала, которые обычно используются в течение длительного времени и в основном используются в дизельных и бензиновые двигатели. Название ясно предполагает, что они сделаны из ковкого чугуна в процессе литья. Они довольно экономичны в работе, поэтому их обычно выбирают производители.

Плоский кривошип — это такой кривошип, в котором шейки расположены на 180 градусов от всех четырех рядных двигателей. В то время как, когда дело доходит до кривошипа с поперечной плоскостью, им нужна форма из нескольких частей, потому что шейки и противовесы не такие симметричные. Литые кривошипы закаливают в пламени, чтобы улучшить износостойкость на определенных участках.

2. Кованый коленчатый вал : (Типы и функции коленчатого вала)

Это сравнительно более прочный коленчатый вал, который чаще встречается, особенно в двигателях с более высокими нагрузками, которые входят в стандартную комплектацию некоторых двигателей 16v.Создание кованого кривошипа — это совершенно другое дело. Существуют различные наборы штампов, которые обрабатываются вместе примерно до формы кривошипа.

Эти матрицы устанавливаются в очень большом гидравлическом прессе с усилием зажима в несколько тонн. Горячий стержень из высококачественной легированной стали помещается в нижнюю матрицу, а затем матрицы закрываются. После закрытия штампов металл очень сильно сжимается, после чего материал уплотняется и выравнивается для лучшего процесса литья. Кривошипы этого типа также закаляются, как литые трещины, но с использованием индукционной закалки.

3. Заготовка коленчатого вала : (Типы и функции коленчатого вала)

Заготовка коленчатого вала — один из лучших типов кривошипа, который когда-то может быть в двигателе, который обычно используется для производства этого типа кривошипа. Обычно он содержит такие материалы, как никель, хром, алюминий и молибден среди других элементов. Эти кривошипы наиболее распространены из-за минимального времени обработки коленчатого вала. Также они требуют минимальной балансировки из-за однородного состава материала.

Лучший материал коленчатого вала

Коленчатый вал чаще всего изготавливается из таких материалов, как углеродистая сталь, никель-хром или другая легированная сталь. Легирующие элементы в углеродистой стали — марганец, хром, молибден, кремний, кобальт и ванадий. Иногда также используются алюминий и титан. Считается, что если вы выберете эти материалы для коленчатого вала, то вам вряд ли потребуется ремонт коленчатого вала или замена коленчатого вала.

Компоненты и конструкция коленчатого вала

Основные компоненты коленчатого вала включают: (Типы и функции коленчатого вала)

• Главные шейки: Главные шейки отвечают за несение главного подшипника, а также определяют ось вращения вала .
• Шатунные штифты: Шатунные штифты — это те, которые позволяют прикрепить к нему шатун.
• Шатуны шатуна: Шатуны шатуна соединяют шейки кривошипа с главными шейками.
• Противовесы: Противовесы обеспечивают балансировку, которые устанавливаются на перемычки.

Конструкция коленчатого вала основана на способности зажигания и количестве цилиндров двигателя. Это также определяется конструкцией двигателя, количеством подшипников коленчатого вала и величиной его хода.

Смазка коленчатого вала

Смазка играет очень важную роль в эффективности двигателя, а также улучшает его рабочий механизм, который включает трение двух металлических частей. Основная цель — избежать ненужного износа коленчатого вала, коренной шейки и шейки шатуна, которые перемещаются по масляной пленке. Эта масляная пленка отвечает за прилегание к поверхности подшипника. Масло подается к коренному подшипнику через масляные каналы в блоке цилиндров, которые ведут к каждому седлу коленчатого вала и совпадают с отверстием в корпусе подшипника, по которому масло собирается в шейку.

Как работает коленчатый вал?

Коленчатый вал работает легко, это совсем не сложно. Расстояние между центральной точкой главной шейки и штифтом коленчатого вала приличное. Это расстояние называется радиусом кривошипа или ходом кривошипа. Его измерение говорит нам о диапазоне перемещения поршня при вращении коленчатого вала.

Пройденное расстояние от верха до низа называется ходом поршня, а ход поршня в два раза превышает радиус кривошипа.Задний конец коленчатого вала выходит за пределы картера, который поддерживается фланцами маховиков. Этот фланец представляет собой прецизионно обработанную деталь, которая прикручивается к маховику. Коленчатый вал обычно прикручивается к зубчатому венцу, особенно в автоматическом приводе.

Общие неисправности коленчатого вала

Очень редко возникают проблемы с коленчатым валом, только в том случае, если двигатель находится в одном из следующих экстремальных условий. Компоненты двигателей довольно надежны и прочны, но некоторые общие неисправности, упомянутые ниже, могут привести к отказу:

1.Изношенные шейки

Изношенные шейки вызваны недостаточным давлением масла. Шейки коленчатого вала непосредственно контактируют с опорными поверхностями, что постепенно увеличивает зазор и снижает давление масла. Изношенные шейки могут вызвать очень серьезные проблемы с двигателем, если их не принять во внимание. Это также может привести к разрушению подшипника и серьезному повреждению двигателя.

2. Усталость

Под усталостью понимаются постоянные силы на коленчатом валу, которые приводят к переломам.Эта проблема обычно возникает на скруглениях, где журналы и полотно соединяются вместе. Образовавшиеся трещины на коленчатом валу можно проверить с помощью магнитного наплавления. Большинство отказов стального коленчатого вала происходит из-за усталостного разрушения, которое может возникнуть при изменении поперечного сечения.

3. Отказ из-за вибрации

Всякий раз, когда двигатель работает с сильной вибрацией при крутильных колебаниях, это может привести к трещине в шейке кривошипа и шейке.

4.При достаточном количестве смазки

Если смазка подшипника коленчатого вала недостаточна, это может привести к полному вытиранию подшипника и выходу коленчатого вала из строя.

5. Цилиндр с избыточным давлением

Возможно, что внутри гильзы имеется гидравлическая блокировка, вызванная чрезмерным давлением на коленчатом валу или даже изгибом.

Причины несоосности коленчатого вала
• Повреждение или стирание коренного подшипника
• Ослабленный фундаментный болт двигателя, приводящий к вибрации
• Деформация корпуса судна
• Трещина в опоре подшипника
• Ослабленный болт коренного подшипника повреждение коренного подшипника
• К коленчатому валу прилагается высокий изгибающий момент из-за чрезмерного усилия от узла поршня.