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.
Видео:Строение и функция коленчатого вала (3D анимация) - Motorservice GroupСкачать
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.
Видео:8. Устройство автомобиля. Двигатель. КШМ. Подвижная группа. Группа коленчатого валаСкачать
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.
Видео:Как устроен коленвал двигателя и для чего он нуженСкачать
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.
Видео:Изготовление коленчатого вала двигателяСкачать
Устройство автомобилей
Видео:Раскеп 2.0 или зачем мы все это делаем. Для чего нужно следить за состоянием коленвала.Скачать
Группа деталей коленчатого вала
Заключительное звено кривошипно-шатунного механизма поршневого двигателя – группа коленчатого вала. Детали этой группы завершают процесс преобразования поступательного движения поршня во вращательное движение выходного звена.
В группу коленчатого вала входят: собственно коленчатый вал, противовесы, маховик, элементы привода газораспределительного и других вспомогательных механизмов и систем двигателя, узел осевой фиксации и детали маслоуплотняющих устройств.
Наиболее сложной и ответственной деталью группы коленчатого вала является сам коленчатый вал.
От технического совершенства конструкции и качества изготовления коленчатого вала во многом зависят полнота использования двигателем тепловой энергии сгоревших газов, т. е. КПД, потери на трение, долговечность, надежность, эффективность и экономичность двигателя.
Читайте также: Когда нужна замена карданного вала
Коленчатый вал двигателя
«Коленчатый вал – деталь, изогнутая до невозможности и вращающаяся до потери пульса»
Поговорка слесарей-мотористов
Коленчатый вал поршневого двигателя является деталью, конструкция которой позволяет завершить преобразование возвратно-поступательного прямолинейного движения поршня во вращательное движение. Как упоминалось в одной из статей об автомобилях, вращательное движение является оптимальным для большинства передвигающихся по суше машин и механизмов (т. е. для легковых, грузовых автомобилей и автобусов, тракторов и сельскохозяйственной техники и т. д.), поскольку основным движителем для таких машин является колесо, совершающее в процессе выполнения работы вращательное движение.
Коленчатый вал поршневого двигателя воспринимает усилие со стороны шатуна и преобразует их в крутящий момент. Кроме того, коленчатый вал обеспечивает движение поршней во время вспомогательных тактов и пуска двигателя, а также приводит в действие вспомогательные механизмы и приборы двигателя и его систем.
Усилия со стороны газов и сил инерции при большой длине коленчатого вала вызывают заметные продольные и угловые деформации, причиной которых являются динамические (переменные) нагрузки, способные при продолжительных воздействиях привести к усталостным разрушениям.
Шейки коленчатого вала работают при больших окружных скоростях и испытывают значительные тепловые и механические напряжения. При этом шатунные шейки совершают сложные перемещения, вызывающие комплексные инерционные нагрузки.
Исходя из перечисленных выше условий, в которых работает коленчатый вал, к его конструкции предъявляются следующие требования:
- форма коленвала должна обеспечивать уравновешенность двигателя в время работы;
- высокая жесткость, исключающая недопустимые деформации;
- высокая усталостная прочность и способность противостоять динамическим нагрузкам;
- высокая износостойкость трущихся поверхностей;
- минимальная масса, позволяющая снизить возникающие во время вращения вала инерционные силы и моменты.
Особенности конструкции коленчатого вала
Основными элементами коленчатого вала (рис. 1) являются коренные 4 и шатунные 2 шейки, соединяющие щеки 3, носок 5 и хвостовик 1. Две шатунные шейки, шатунная шейка и щеки, соединяющие их, образуют кривошип.
Торцевые поверхности щек, выступающие за шейки, шлифуются и образуют кольцевые пояски, используемые для осевой фиксации шатунов и самого коленчатого вала. Эти кольцевые пояски сопрягаются с цилиндрической поверхностью шеек плавными переходами – галтелями.
Внутри шеек и щек имеется система каналов и отверстий для подачи смазочного материала к подшипникам. Масло, как правило, поступает к шатунным вкладыши по каналам из смежных коренных подшипников.
Достаточную жесткость на изгиб обеспечивают так называемые полноопорные валы, в которых число коренных шеек на одну больше количества шатунных шеек.
Расположение шатунных шеек определяется из условия равномерного распределения воспламенения и уравновешенности деталей.
Коленчатые валы могут быть цельными и составными, т. е. разборными – состоять из отдельных кривошипов, соединяемых в единый узел. Составные валы применяются редко, только в случае использования коренных подшипников качения (рис. 2).
Щеки коленчатого вала со стороны коренных шеек часто имеют продолжение, заканчивающееся противовесами, предназначенными для разгрузки коренных подшипников от действия центробежных сил вращающихся масс, которые обусловлены дисбалансом вала из-за смещения шатунных шеек относительно оси вращения, а также для общего уравновешивания двигателя.
Противовесы выполняются заодно с коленчатым валом, но в случае большой их массы (например, в дизелях) они могут изготавливаться отдельно от вала и крепиться к нему болтами, шпильками или штифтами.
На носке коленчатого вала устанавливают шкивы или зубчатые колеса для привода механизма газораспределения, насосов, вентилятора и других механизмов и узлов различных систем двигателя.
На хвостовике коленчатого вала устанавливается маховик, уравновешивающий вращающиеся массы двигателя, на котором выполнен зубчатый венец для пуска двигателя.
Иногда зубчатые колеса привода газораспределительного механизма устанавливают не на носке, а на хвостовике, где имеются элементы уплотнения – гребень и маслосгонная резьба или накатка.
Читайте также: Автомобили с нижним расположением распределительного вала
Коленчатый вал воспринимает значительные осевые усилия, возникающие при работе косозубых распределительных зубчатых колес и при выключении сцепления. Для того чтобы предотвратить перемещение вала от воздействия этих усилий, применяется осевая фиксация, которая обеспечивается упорными буртами вкладышей или упорным подшипником (см. рис. 3). В собранном узле образуется осевой зазор 0,05…0,15 мм, обеспечивающий свободное вращение вала.
Для уменьшения трения рабочая поверхность упорных колец покрывается антифрикционным сплавом. От проворачивания упорные кольца фиксируются штифтами.
После изготовления коленчатые валы подвергаются статической и динамической балансировке.
Жесткость и прочность коленчатого вала достигается:
- увеличением поперечного сечения шеек и щек;
- максимальным уменьшением массы шатунных шеек;
- рациональным размещением противовесов;
- уменьшением концентрации напряжений, создаваемых шатунными шейками.
Концентрацию напряжений уменьшают увеличением радиуса галтелей, наклонным расположением отверстий в шатунной шейке, применением бочкообразной формы полости внутри шатунной шейки.
Высокая износостойкость шеек коленчатого вала достигается ограничением усилий воздействия на подшипники, оптимальным выбором материала антифрикционного слоя, закалкой шеек и галтелей вала токами высокой частоты с последующим отпуском, азотированием шеек и галтелей, а также обеспечением оптимального режима смазывания.
Как и из каких металлов изготавливают коленчатые валы?
Коленчатые валы изготавливаются штамповкой из стали или отливаются из специальных чугунов. Для штампованных валов используют стали 45, 45Х, 40ХФА, 42ХМФА, 18Х2Н4ВА.
Коленчатые валы бензиновых двигателей отливают из чугуна. Их производство дешевле, им легко придать необходимую форму, однако нагрузки на изгиб они выдерживают значительно хуже, чем валы из стали, поэтому в дизелях чугунные валы применяют редко.
Маховик
Маховик служит для накопления кинетической энергии во время рабочего хода, уменьшения неравномерности вращения коленчатого вала, сглаживания момента перехода поршня через ВМТ и НМТ, облегчения пуска двигателя и трогании автомобиля с места. Маховик отливают из серого чугуна, располагая основную массу металла на ободе для увеличения момента инерции.
Для осуществления пуска двигателя электростартером на обод маховика напрессовывается зубчатый венец 2 (см. рис. 4), либо его крепят специальными болтами.
На ободе или торце маховика могут быть нанесены метки для установки поршня первого цилиндра в ВМТ или градусная шкала для установки момента зажигания (в градусах).
Для установки маховика на фланец коленчатого вала в однозначном положении одно из отверстий крепления маховика смещают на небольшой угол (примерно 2˚). В противном случае применяются установочные штифты и установочную втулку 4.
Видео:Кривошипно шатунный механизм назначение устройство основные неисправностиСкачать
Группа коленчатого вала
 |
В эту группу входят коленчатый вал, противовесы, маховик, распределительная шестерня, шкив, узел осевой фиксации вала, уплотняющие устройства (рис.8.). Коленчатый вал воспринимает усилия со стороны шатунов и трансформирует их в крутящий момент, который используется потребителем.
1 — коренная шейка; 2 — шатунная шейка; 3 — щека; 4 — галтель; 5 — противовес
Основными элементами конструкции коленчатого вала являются:
— носок коленчатого вала, для крепления шкивов привода вспомогательных агрегатов;
— коренные опоры (шейки), на которых вал установлен в опорах картера;
— шатунные шейки, к которым присоединяются нижние головки шатунов;
— щеки, соединяющие шатунные и коренные шейки и образующие кривошипы вала;
— противовесы, разгружающие коренные опоры от центробежных сил. Для уменьшения вибраций коленчатый вал динамически балансируют, высверливая металл в противовесах;
— хвостовик коленчатого вала для крепления маховика.
Изготовляют вал целиком из одной поковки (отливки) или собирают из отдельных колен (кривошипов), получая составной вал. Внутри вала имеется сеть масляных каналов, обеспечивающий подвод масла под давлением к трущимся частям вала (шатунным и коренным подшипникам), трение в подшипниках жидкостное, толщина масляной пленки 3—15 мкм.
Читайте также: Замена заднего карданного вала туарег
К коленчатым валам предъявляются требования высокой изгибной и крутильной жесткости, высокой усталостной прочности и износостойкости трущихся поверхностей, статической и динамической уравновешенности. Изготовляют валы из среднеуглеродистых или легированных сталей (сталь 45, 50Т, 18ХНВА, 40XНМА), а в ряде случаев — из высокопрочного ковкого чугуна, модифицированного магнием. Износостойкость чугунных валов выше, чем стальных. Они хорошо поглощают энергию колебаний, однако их прочность при изгибе ниже. Шейки валов закаливают на глубину 3—4 мм. Все переходы в валах выполняют с галтелями — это повышает усталостную прочность. Важным показателем конструкции вала, характеризующим его жесткость, служит перекрытие шеек.
В рядных двигателях число шатунных шеек соответствует числу цилиндров, в V-образных двигателях число шатунных шеек может быть меньше вдвое. Число коренных опор в рядных двигателях может быть на одну больше, чем число цилиндров (полноопорный вал), или меньше числа цилиндров (неполноопорный вал). Валы бывают плоские (все кривошипы лежат в одной плоскости) и неплоские (кривошипы лежат в разных плоскостях).
Коленчатые валы в эксплуатации неоднократно подвергают ремонтным воздействиям, перешлифовывают шатунные и коренные шейки под меньшие размеры, удаляя дефекты, вызванные износом. При этом жесткость вала уменьшается. Из-за отложений шлама в полостях масляных магистралей может нарушиться балансировка всего узла.
На носке коленчатого вала, как правило, устанавливаются шкив с помощью шпоночного соединения, а также распределительная шестерня и маслоотражательная шайба. На хвостовом фланце крепится маховик (Рис.9.). Хвостовик имеет маслоотражающую накатку и уплотняющий сальник. Маховик крепится болтами.
 |
Рис. 9. Способы крепления маховика к коленчатому валу:
а — фланцевое крепление: б — крепление к торцу вала
При работе двигателя на машине на коленчатый вал могут действовать усилия вдоль его оси. Они возникают, например, при включении или выключении сцепления, при наличии косозубых шестерен в приводах от вала. Под действием осевых сил вал может сместиться вдоль оси, что нежелательно из-за опасности возникновения повышенного трения в подшипниках или просто механического повреждения вала. Для предотвращения осевых смещений используют фиксирующие узлы (Рис 10.). Это могут быть упорные подшипники скольжения или неподвижные упорные кольца, установленные с обеих сторон одной из коренных опор (передней или задней), коленчатого вала, и подвижные упорные элементы самого вала — кольцевой поясок на щеке вала и стальная упорная шайба. При сборке узла обеспечивается зазор 0,1—0,2 мм во избежание защемления вала. Заднюю опору для фиксации вала чаще используют в дизелях. В этих двигателях неподвижные упорные элементы изготовляются в виде полуколец из бронзы, устанавливаются в гнезда коренной опоры и фиксируются штифтами. Соответственно вал имеет торцовые упорные элементы в виде поясков.
 |
Рис. 9.13. Способы фиксации коленчатого вала:
а —фиксация в передней опоре; б —фиксация в задней опоре; 1 — упорные кольца.
Повышение усталостной прочности достигается комплексом мероприятий: конструктивных (увеличение перекрытия шеек, увеличение их диаметра, уменьшение действующих нагрузок путем уменьшения масс, вызывающих изгиб при вращении); технологических (обработка галтелей роликами большого радиуса и выполнение галтелей из нескольких элементов разных радиусов, обработка их дробью, шлифование элементов вала, зенковка и обжатие шариком отверстий, выходящих на поверхность вала, а иногда и их полирование, улучшение качества металла заготовок). Перечисленный комплекс мероприятий позволяет избежать раннего развития микротрещин в валах и существенно повысить срок их службы и не лимитировать долговечность двигателя.
Маховик — стальной диск, накапливающий энергию во время рабочего хода, необходимую для вывода поршней из «мертвых точек».
- Свежие записи
- Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
- Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
- Какие моторы бывают у стиральных машин
- Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
- Как снять стопорную шайбу с вала
📹 Видео
Изготовление коленчатого вала на WFL M60Скачать
🔴КАК ОПРЕДЕЛИТЬ КРИВИЗНУ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА, ЧМЭ3, экслюзивСкачать
Балансировка коленчатого вала на станке модели 9Д715УС | VTM GROUPСкачать
Обзор и балансировка коленчатого вала ЮМЗСкачать
14) Коленчатый вал раскеп один из вопросов МКК УСТНОГО ЭКЗАМЕНАСкачать
Коленчатый вал ЯМЗ -238 Н , 7511 Качество !Скачать
Смазка вкладышей коленвала (коленчатого вала)Скачать
Измерения коленчатого вала ваз 2101-2107,таблица размеров шеек.Скачать
"Поршневая группа СМД-18" | Как правильно установить поршень, коленчатый вал на НИВА СК-5Скачать
Принцип работы датчика коленчатого валаСкачать
Проверка коленчатого вала на твердость и биениеСкачать
Влияние R/S и веса поршневой на мощность двигателяСкачать
установка коленчатого вала ваз 2108-2110Скачать
Шлифовка коленчатого вала k6s310dr (ЧМЭ-3). Основные операции.Скачать
