Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы — Autodromo
Без рубрики
Автор admin На чтение 3 мин Просмотров 2к. Опубликовано
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.
Содержание
- Устройство коленчатого вала
- Принцип действия коленчатого вала
- Процесс смазки коленчатого вала
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
Коленчатый вал – один из наиболее ответственных и дорогостоящих конструктивных элементов двигателя внутреннего сгорания. Он преобразует возвратно-поступательное движение поршней в крутящий момент. Коленчатый вал воспринимает периодические переменные нагрузки от сил давления газов, а также сил инерции движущихся и вращающихся масс.
Коленчатый вал двигателя, как правило, цельный конструктивный элемент, поэтому правильно его называть деталью. Вал изготавливается из стали с помощью ковки или чугуна путем литья. На дизельных и турбированных двигателях устанавливаются более прочные стальные коленчатые валы.
Схема коленчатого вала
Конструктивно коленчатый вал объединяет несколько коренных и шатунных шеек, соединенных между собой щеками. Коренных шеек, как правило, на одну больше, а вал с такой компоновкой называется полноопорным. Коренные шейки имеют больший диаметр, чем шатунные шейки. Продолжением щеки в противоположном от шатунной шейки направлении является противовес.
Противовесы уравновешивают вес шатунов и поршней, тем самым обеспечивают плавную работу двигателя.
Шатунная шейка, расположенная между двумя щеками, называется коленом. Колена располагаются в зависимости от числа, расположения и порядка работы цилиндров, тактности двигателя. Положение колен должно обеспечивать уравновешенность двигателя, равномерность воспламенения, минимальные крутильные колебания и изгибающие моменты.
Шатунная шейка служит опорной поверхностью для конкретного шатуна. Коленчатый вал V-образного двигателя выполняется с удлинёнными шатунными шейками, на которых базируется два шатуна левого и правого рядов цилиндров. На некоторых валах V-образных двигателей спаренные шатунные шейки сдвинуты относительно друг друга на угол 18°, что обеспечивает равномерность воспламенения (технология носит название Split-pin).
Наиболее нагруженным в конструкции коленчатого вала является место перехода от шейки (коренной, шатунной) к щеке. Для снижения концентрации напряжений переход от шейки к щеке выполняется с радиусом закругления (галтелью).
Галтели в совокупности увеличивают длину коленчатого вала, для уменьшения длины их выполняют с углублением в щеку или шейку.
Вращение коленчатого вала в опорах, а шатунов в шатунных шейках обеспечивается подшипниками скольжения. В качестве подшипников применяются разъемные тонкостенные вкладыши, которые изготавливаются из стальной ленты с нанесенным антифрикционным слоем. Проворачиванию вкладышей вокруг шейки препятствует выступ, которым они фиксируются в опоре. Для предотвращения осевых перемещений коленчатого вала используется упорный подшипник скольжения, который устанавливается на средней или крайней коренной шейке.
Схема системы смазки
Коренные и шатунные шейки включены в систему смазки двигателя. Они смазываются под давлением. К каждой опоре коренной шейки обеспечивается индивидуальный подвод масла от общей магистрали. Далее масло по каналам в щеках подается к шатунным шейкам.
Отбор мощности с коленчатого вала производится с заднего конца (хвостовика), к которому крепится маховик.
На переднем конце (носке) коленчатого вала располагаются посадочные места, на которых крепятся шестерня (звездочка) привода распределительного вала, шкив привода вспомогательных агрегатов, а также в ряде конструкций – гаситель крутильных колебаний. По конструкции это два диска и соединяющий их упругий материал (резина, силиконовая жидкость, пружина), который поглощает вибрации вала за счет внутреннего трения.
Как работает коленчатый вал — Все подробности
При сгорании топлива поршень направляется прямо вниз по цилиндру, задача коленчатого вала — преобразовать это прямолинейное движение во вращение — в основном, качаясь и толкая поршень обратно вверх по цилиндру.
Терминология коленчатого вала довольно специализированная, поэтому начнем с наименования нескольких деталей. А журнал часть вала, которая вращается внутри подшипника. Как видно выше, на коленчатом валу есть два типа шейки — шейки коренных подшипников образуют ось вращения коленчатого вала, а Шатунные шейки закреплены на концах шатунов, которые подходят к поршням.
Для большей путаницы шатунные шейки сокращенно обозначаются шатунными шейками и также обычно называются шатунные шейки , или же журналы с большим концом . Шатунные шейки соединены с коренными шейками полотна .
Расстояние между центром коренной шейки и центром шейки коленчатого вала называется
Задний конец коленчатого вала выходит за пределы картера и заканчивается Фланец маховика . Этот прецизионно обработанный фланец крепится болтами к маховик , чья большая масса помогает сгладить пульсацию поршней, срабатывающих в разное время. Через маховик вращение пробивается, через трансмиссию и бортовую передачу к колесам. В автомате коленчатый вал крепится болтами.
зубчатый венец , который несет гидротрансформатор, передавая привод в автоматическую коробку передач. По сути, это выходная мощность двигателя, и мощность передается туда, где она необходима: к гребным винтам лодок и самолетов, индукционным катушкам генераторов и к опорным колесам транспортных средств.
Передний конец коленчатого вала, иногда называемый носовой частью, представляет собой вал, выходящий за пределы картера. Этот вал будет соединен с зубчатой шестерней, которая приводит в движение клапанный механизм через зубчатый ремень или цепь [или, в высокотехнологичных приложениях, с зубчатыми передачами], и со шкивом, который передает мощность через приводной ремень на аксессуары, такие как генератор переменного тока и водяной насос. .
Детали коленчатого вала
Основные журналы
шейки коренных подшипников , или просто коренные шейки зажаты в блоке двигателя и вокруг этих шеек двигатель вращается. Все шейки коленчатого вала будут идеально гладкими и круглыми и часто закалены.
[Схема коренных шеек с подшипниками и отверстиями]
Шейки работают на масляной пленке, которая нагнетается в пространство между шейкой и подшипником через отверстие в седле коленчатого вала и соответствующее отверстие во вкладыше подшипника. При правильном давлении масла и подаче масла шейка и подшипник не должны соприкасаться.
Шатунные шейки
Шатунные шейки смещены от оси вращения и прикреплены к большие концы шатунов поршней. Как ни странно, их также обычно называют шатунные шейки или же шатунные шейки .
Подача масла под давлением осуществляется через наклонный масляный канал, просверленный из главной шейки.
В некоторых шатунах просверлены масляные каналы, позволяющие распылять масло на стенку цилиндра. В этом случае подшипники скольжения шатуна будут иметь канавку для подачи масла в шатун.
Смазка коленчатого вала
Контакт металла с металлом является врагом эффективного двигателя, поэтому коренные шейки и шатунные шейки движутся по масляной пленке, которая остается на поверхности подшипника.
Подача масла в подшипник коренной шейки проста: масляные каналы от блока цилиндров ведут к каждой опоре коленчатого вала, а соответствующее отверстие в вкладыше подшипника позволяет этому маслу достигать шейки.
Подшипники скольжения шатуна требуют такой же смазки, но они вращаются вокруг коленчатого вала со смещением. Для подачи масла к этим подшипникам внутри коленчатого вала проходят масляные каналы — через коренную шейку, по диагонали через перемычку и наружу через отверстия в шатунных шейках.
Зазоры между шейками и подшипниками являются основным источником давления масла в двигателе. Если зазоры слишком большие, то масло вытекает свободно, и давление не поддерживается. Слишком малые зазоры приведут к высокому давлению масла и риску контакта металла с металлом. Поэтому важно, чтобы зазор между подшипниками и шейками измерялся при восстановлении двигателя.
Противовесы
Коленчатый вал подвергается сильным вращательным усилиям, а масса шатуна и поршня, движущиеся вверх и вниз, создают значительную силу. Противовесы отлиты как часть коленчатого вала, чтобы уравновесить эти силы. Эти противовесы обеспечивают более плавную работу двигателя и более высокие обороты.
Коленчатый вал будет отбалансирован на заводе. В этом процессе маховик крепится, и вся сборка вращается на машине, которая измеряет, где она разбалансирована.
Балансировочные отверстия просверлены в противовесах для уменьшения веса. Если необходимо добавить вес, просверливается отверстие, а затем заполняется тяжелым металлом или меллори. Это повторяется до тех пор, пока коленчатый вал не будет отбалансирован.
Упорные шайбы коленчатого вала
В какой-то момент по его длине будут установлены две или более упорных шайб, чтобы предотвратить продольное перемещение коленчатого вала. На изображенном коленчатом валу с обеих сторон центральной шейки установлены упорные шайбы. Эти упорные шайбы располагаются между обработанными поверхностями в перемычке и седлом коленчатого вала, сохраняя указанный небольшой зазор и сводя к минимуму боковое перемещение, доступное коленчатому валу. Расстояние, на которое коленчатый вал может перемещаться из конца в конец, называется его осевым люфтом, и допустимый диапазон будет указан в руководствах по обслуживанию.
В некоторых двигателях эти упорные шайбы являются частью коренных подшипников, в других, как правило, более старых типов, используются отдельные шайбы.
Основные сальники
Оба конца коленчатого вала выходят за пределы картера, поэтому необходимо предусмотреть какой-либо метод предотвращения утечки масла через эти отверстия. Это работа двух основных сальников, одного спереди и одного сзади.
задний главный сальник устанавливается между задней коренной шейкой и маховиком. Обычно это манжетное уплотнение из синтетического каучука. Уплотнение запрессовано в углубление между блоком двигателя и масляным поддоном. Уплотнение имеет фигурную кромку, которая плотно прилегает к коленчатому валу с помощью пружины, называемой стягивающей пружиной.
Вышедший из строя сальник представляет собой серьезную проблему, поскольку он примыкает к коренным шейкам, которые получают и нуждаются в хорошей подаче масла под давлением. В сочетании с пробуксовкой коленчатого вала это приводит к быстрой потере моторного масла через любое нарушение сальника.
Сальник передний похож на задний, хотя его выход из строя менее катастрофичен и доступ к нему легче.
Передний сальник будет за шкивами и зубчатым колесом.
Сальник сам по себе является дешевой деталью, но доступ к нему требует больших усилий по снятию коробки передач, сцепления, маховика и, возможно, коленчатого вала. Поэтому рекомендуется заменять сальники каждый раз, когда двигатель разобран и детали доступны.
Компоновки коленчатого вала
Основной коленчатый вал, показанный выше, взят от рядного 4-цилиндрового двигателя. Другие конструкции коленчатого вала будут зависеть от компоновки двигателя. Более подробно эта тема раскрыта в статье о компоновке двигателя. Но следует отметить, что в V-образных и W-образных двигателях два шатуна могут иметь одну шатунную шейку. Некоторые типичные компоновки коленчатого вала показаны ниже.
коленчатый вал V6
Коленчатый вал V6 несколько специфичен, потому что он требует разделения шатунных шеек для поддержания равномерного интервала зажигания. Это требует разделения или расширения шатунных шеек, что известно как шплинт или же раздельный журнал дизайн.
Неисправности
Коленчатый вал, будучи очень прочным, является надежным компонентом, и отказы коленчатого вала случаются редко, если только двигатель не работает в экстремальных условиях.
Изношенные журналы
Без достаточного давления масла шейки коленчатого вала будут соприкасаться с поверхностями подшипников, постепенно увеличивая зазор и ухудшая давление масла. В крайних случаях это может привести к разрушению подшипников и серьезному повреждению двигателя. Если цапфы изношены до предельного срока службы или перестали быть идеально круглыми, их необходимо отшлифовать, как описано ниже.
Усталость
Постоянные нагрузки на коленчатый вал могут привести к усталостным изломам, обычно возникающим на галтели, где шейки соединяются со стенкой. Гладкий радиус этого скругления имеет решающее значение, чтобы избежать слабых мест, ведущих к усталостным трещинам. Коленчатый вал можно осмотреть на наличие трещин с помощью
Модификации и обновления
Шлифовка коленчатого вала
Журналы изнашиваются со временем. Они могут иметь шероховатую поверхность, стать некруглыми или сужающимися. В этих случаях их поверхность можно восстановить в процессе, называемом шлифованием коленчатого вала. Когда коленчатый вал шлифуется, его шейки уменьшаются в диаметре, поэтому необходимо будет установить более крупные и толстые подшипники.
Коленчатые валы
Объем цилиндра можно увеличить за счет увеличения хода поршня. Ход двигателя определяется радиусом кривошипа, являющимся расстоянием шатунных шеек от коренных шеек. Коленчатый вал с большим радиусом кривошипа будет производить более длинный ход и больший объем цилиндра — это известно как коленчатый вал с ударником. Более короткие шатуны потребуются при установке шатунов. В противном случае поршни могут перемещаться в цилиндре слишком высоко, вызывая неприемлемо более высокое сжатие или удары о крышу цилиндра.
Коленчатые валы Stroker для часто модифицируемых двигателей продаются в комплекте с более короткими шатунами и поршнями. Строкерный комплект для 1,8-литрового двигателя Mazda MX5 Miata может преобразовать его в 2-литровый двигатель по цене около 5500 долларов.
Офсетное шлифование
Альтернативой установке коленчатого вала с подвижным механизмом является шлифовка шатунных шеек до меньшего размера со смещением, что приводит к смещению центра шейки от осевой линии коленчатого вала. Это показано выше.
Видно, что за счет перемещения центра шатунной шейки радиус кривошипа увеличился, что привело к увеличению хода. Это специальная обработка, и увеличение хода, которое может быть достигнуто, будет зависеть от толщины шеек.
Как изготавливается коленчатый вал
В большинстве промышленных двигателей используется чугунный коленчатый вал, который изготавливается путем заливки расплавленного чугуна в форму. Кованые коленчатые валы используются в некоторых высокопроизводительных двигателях.
Кованый коленчатый вал изготавливается путем нагревания стального блока до красна, а затем с использованием чрезвычайно высокого давления для придания ему формы.
После ковки или литья коленчатого вала его шейки и опорные поверхности идеально гладкие. Пробуриваются нефтяные каналы или масляные каналы. Серийные двигатели, как правило, оставляют перемычки с их первоначальной черновой отделкой отливки, но двигатели с высокими характеристиками подвергают механической обработке каждую часть коленчатого вала, чтобы уменьшить масляное сопротивление.
Шейки должны быть тверже, чем их подшипники, чтобы обеспечить износ сменных подшипников, а не коленчатого вала, который должен сохраняться в течение всего срока службы двигателя. Производственный процесс будет включать закалку этих областей посредством азотирования или термической обработки.
Чрезвычайно высокопроизводительные коленчатые валы, изготовленные по индивидуальному заказу, изготавливаются из блока твердого материала, в результате чего получается цельный коленчатый вал.
Изготовление коленчатого вала в единственном экземпляре с помощью этого процесса будет стоить как минимум около 3000 долларов, поэтому он зарезервирован для гоночных соревнований и ситуаций восстановления.
Устройство и функция коленчатого вала · Technipedia · Motorservice
Настройки
Вернуться к поиску
Информация о продукте
Как работает коленчатый вал? Как устроен коленчатый вал? Что такое сопротивление кручению? Из какого материала делают коленчатые валы и какими свойствами они должны обладать? Эта статья дает вам ответы.
Функция коленчатого вала
Коленчатый вал преобразует силу, возникающую при сгорании в двигателе, во вращательное движение.
Линейное движение поршней вверх и вниз преобразуется в крутящий момент шатуном и затем передается на маховик.
Строительство и недвижимость
Чтобы выдерживать большие нагрузки, коленчатые валы имеют закаленную поверхность и прочный сердечник. Поэтому коленчатые валы часто изготавливают из кованой стали. Непрерывный слой зерна позволяет достичь высокого сопротивления кручению. Позиции подшипников на коленчатом валу закалены, что делает их более устойчивыми к износу.
Ключевые слова :
подшипник распределительного вала , шатунный подшипникГруппа товаров :
Кривошипный механизмвидео
Устройство и функция коленчатого вала (3D-анимация)
Группы продуктов на ms-motorservice.
com Это также может вас заинтересовать
Информация по диагностике
Повреждение коленчатых валов
причины и их предупреждение
Каковы наиболее частые причины поломки коленчатого вала? Как правильно установить коленчатый вал, чтобы не повредить его? Здесь вы можете узнать, как осуществляется установка пошагово…
Только для технического персонала. Все содержимое, включая изображения и диаграммы, может быть изменено. Для назначения и замены обратитесь к текущим каталогам или системам, основанным на TecAlliance.
Использование файлов cookie и защита данных
Motorservice Group использует файлы cookie, сохраненные на вашем устройстве, для оптимизации и постоянного улучшения своих веб-сайтов, а также для статистических целей.
Дополнительную информацию об использовании нами файлов cookie можно найти здесь, а также информацию о нашей публикации и уведомление о защите данных.
Нажав «ОК», вы подтверждаете, что приняли к сведению информацию о файлах cookie, заявлении о защите данных и деталях публикации. Вы также можете в любое время изменить настройки файлов cookie для этого веб-сайта.
Настройки конфиденциальности
Мы придаем большое значение прозрачной информации, касающейся всех аспектов защиты данных. Наш веб-сайт содержит подробную информацию о настройках, которые вы можете выбрать, и о том, какое влияние оказывают эти настройки. Вы можете изменить выбранные настройки в любое время. Независимо от того, какой выбор вы выберете, мы не будем делать никаких выводов о вас как о личности (за исключением случаев, когда вы явно указали свои данные). Для получения информации об удалении файлов cookie обратитесь к функции справки в вашем браузере. Вы можете узнать больше в заявлении о защите данных.
Измените настройки конфиденциальности, нажав на соответствующие кнопки
- Необходимый
- Удобство
- Статистика
Необходимый
Файлы cookie, необходимые для системы, обеспечивают правильную работу веб-сайта.
Без этих файлов cookie могут возникнуть сбои или сообщения об ошибках.
Этот веб-сайт будет:
- Сохранение файлов cookie, необходимых системе
- Сохранение настроек, которые вы делаете на этом веб-сайте
Этот сайт никогда не будет делать следующее без вашего согласия:
- Сохраните свои настройки, такие как выбор языка или баннер cookie, чтобы вам не пришлось повторять их в будущем.
- Анонимно оценивайте посещения и делайте выводы, которые помогут нам оптимизировать наш веб-сайт.
- Сделать выводы о вас как о личности (за исключением случаев, когда вы явно указали свои данные, например, в контактных формах)
Удобство
Эти файлы cookie упрощают использование веб-сайта и сохраняют настройки, например, чтобы вам не приходилось повторять их каждый раз, когда вы посещаете сайт.
Этот веб-сайт будет:
- Сохранение файлов cookie, необходимых системе
- Сохранение ваших настроек, таких как выбор языка или баннер файлов cookie, чтобы вам не пришлось повторять их в будущем.
