Коленчатый вал двигателя

Коленчатый вал двигателя

Коленчатый вал с помощью шатунов воспринимает усилия, действующие на поршни, от давления газов в цилиндрах. Развиваемый на коленчатом валу крутящий момент передается механизмам силовой передачи автомобиля.

Рис. 1. Коленчатый вал и его элементы

Коленчатый вал (рис. 1) состоит из коренных шеек, шатунных шеек, щек, фланца, переднего конца и противовесов.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Прочность вала обусловливается соответствующими его размерами, применяемым материалом и обработкой. В большинстве двигателей коленчатый вал изготовляют из углеродистой стали ковкой или штамповкой нагретых заготовок. После этого вал подвергают механической и термической обработке. Шейки вала для получения гладкой точной цилиндрической поверхности шлифуют и полируют, а для повышения их износостойкости подвергают поверхностной закалке т. в. ч. После обработки проверяют правильность распределения массы вала относительно оси вращения, т. е. вал балансируют.

На двигателях некоторых марок (ЗМЗ) применяют чугунные коленчатые валы, изготовленные путем точного литья из специального высокопрочного магниевого чугуна. Процесс изготовления таких валов упрощается и удешевляется. Чугунные валы подвергаются такой же механической и термической обработке, что и стальные.

Коренными шейками вал устанавливают в подшипниках картера двигателя, а к шатунным присоединяют нижние головки шатунов. Шейки соединяются щеками. Места перехода от шеек к щекам, которые для избежания поломок вала делают закругленными, называются галтелями.

Задняя коренная шейка коленчатого вала обычно имеет маслоотражатель-ный гребень и резьбу для устранения утечки масла из картера двигателя.

На переднем конце вала закрепляют распределительную шестерню, маслоотражатель, шкив привода вентилятора и храповик для проворачивания вала пусковой рукояткой. Фланец на заднем конце вала служит для присоединения маховика.

Расположение кривошипов вала и количество коренных шеек зависят от типа двигателя, числа и расположения цилиндров. В рядном четырехцилиндровом двигателе вал устанавливается на трех или пяти опорах, в шестицилиндровом рядном двигателе — на четырех или семи опорах. Чем больше число опор, тем выше жесткость вала и лучше условия его работы.

В V-образных двигателях каждая шатунная шейка вала используется для присоединения двух шатунов, число коренных шеек для восьмицилиндрового двигателя равно пяти, а для шестицилиндрового — четырем.

Для подачи масла к шатунным подшипникам из коренных в щеках вала высверливают каналы или заделывают трубки.

Шатунные шейки коленчатых валов обычно снабжаются грязеуловителями, которые значительно улучшают очистку масла, поступающего к шатунным подшипникам, от механических примесей, тем самым снижая износ шеек и подшипников. Грязеуловитель представляет собой камеру, высверленную (или отлитую) в шатунной шейке и закрываемую пробкой на резьбе. Масло поступает в грязеуловитель по каналу из коренного подшипника. Механические примеси, имеющиеся в масле, при вращении вала отбрасываются центробежной силой в карман грязеуловителя, и очищенное масло через отверстие проходит к шатунному подшипнику. Грязеуловители необходимо периодически очищать.

Для уменьшения веса вала и центробежных сил, возникающих при его вращении, коренные и шатунные шейки вала некоторых двигателей делают полыми.

Противовесы, имеющиеся на коленчатом валу, служат для разгрузки коренных подшипников от действия моментов, создаваемых центробежными силами, возникающими на кривошипах вала при его вращении, или для уравновешивания сил инерции поступательно движущихся частей. Противовесы делают обычно как одно целое со щеками кривошипов или крепят к щекам наглухо специальными болтами.

Коленчатые валы у дизелей делают особенно прочными и жесткими, что достигается применением специальной стали для изготовления вала, увеличенными размерами шеек и щек и установкой вала на возможно большем количестве опор.

—

Коленчатый вал воспринимает усилия от шатунов, связанных с поршнями. Крутящий момент, развиваемый на коленчатом валу, передается на трансмиссию автомобиля, а также используется для привода в действие различных механизмов и деталей двигателя.

Коленчатые валы изготовляют из высокоуглеродистой стали (двигатели ЗИЛ-130, ЯМЗ-236 и др.) или из магниевого чугуна (двигатели М-21, ГАЗ-53А и др.).

Коленчатый вал имеет следующие основные части: коренные и шатунные шейки, щеки, противовесы, передний конец и задний конец (хвостовик) с маслоотражателем и фланцем для крепления маховика.

Шатунные шейки служат для соединения коленчатого вала с шатунами.

Коренными шейками вал укладывается в подшипники, установленные в блоке цилиндров.

Щеки соединяют коренные и шатунные шейки вала, образуя колена, или кривошипы.

Противовесы, расположенные на коленчатом валу, разгружают коренные подшипники от сил инерции и создаваемых ими моментов.

Форма коленчатого вала зависит от числа и расположения цилиндров, порядка работы и тактности двигателя (двухтактный или четырехтактный рабочий процесс).

Шатунные шейки коленчатого вала располагаются в такой последовательности, чтобы одноименные такты (например, такты расширения) в разных цилиндрах двигателя происходили через равные промежутки времени и силы инерции, возникающие в цилиндрах, взаимно уравновешивались. Если расположение колен коленчатого вала не обеспечивает взаимного уравновешивания сил инерции и создаваемых ими моментов, то такие двигатели оборудуются противовесами или специальными уравновешивающими механизмами.

При одном и том же числе шатунных шеек число коренных шеек может быть различным. Шестицилиндровые рядные двигатели имеют коленчатые валы с четырьмя коренными шейками (двигатель ГАЗ-51А) или с семью коренными шейками (двигатель ЗИЛ-164А и др.).

Обычно в однорядных двигателях оси цилиндров лежат в одной плоскости с осью коленчатого вала. Кривошипно-шатуниый механизм такого двигателя называют аксиальным. Если ось коленчатого вала смещена относительно плоскости, в которой расположены оси цилиндров, то кривошипно-шатунный механизм такого двигателя называется дезаксиальным. Так, в двигателе ГАЗ-51А коленчатый вал смещен на 3 мм в правую сторону по ходу автомобиля. При смещении оси коленчатого вала повышается долговечность цилиндров, но одновременно несколько усложняется конструкция и технология изготовления двигателя.

Рис. 1. Коленчатые валы
а — двигателя ЗИЛ-130; б — дизеля ЯМЗ-236: 1 — передний конец вала; г — грязеуловительная полость в шатунной шейке; я — шатунная шейка; 4 — противовесы; 5 — маслоотражатель; 6 — фланец для крепления маховика; 7 — коренная шейка; 8 — щека; 9 — передний противовес; 10 — гайка; 11 — распределительная шестерня

В процессе работы двигателя шейки коленчатого вала истираются. Для повышения износостойкости шатунных и коренных шеек их закаливают т. в. ч. (токами высокой частоты), после чего шлифуют и полируют. Переход от шеек к щекам, называемый галтелью, делают плавным, чтобы избежать концентрации напряжений и возможных поломок коленчатого вала.

Для повышения жесткости коленчатых валов применяют перекрытие шеек, характеризуемое величиной А.

От коренных шеек к шатунным просверлены каналы для прохода масла. Если коренные шейки вала имеют полости, то в местах перехода устанавливают трубки, по которым поступает масло к шатунным шейкам. Чтобы трубки не смещались, их изгибают.

Коленчатый вал дизеля ЯМЗ-236 имеет три шатунные шейки, расположенные под углом 120°, и четыре коренные. На коленчатом валу установлено семь противовесов; из них шесть привернуты винтами к щекам, а передний противовес напрессован на вал и полукруглую шпонку. Гайка, навернутая на передний конец коленчатого вала, предохраняет от смещения распределительную шестерню, передний противовес и маслоотражатель. Восьмой противовес в виде прилива отлит вместе с маховиком. Установка на коленчатом валу, кроме основных противовесов, двух выносных улучшает уравновешивание моментов от сил инерции, возникающих при работе двигателя, так как чередование одноименных тактов при порядке работы 1—4—2—5—3—6 следует не равномерно, а через 90 и 150° (по углу поворота коленчатого вала).

Коленчатые валы двигателей М-21, ГАЗ-53А, ЗИЛ-130 и др. имеют гря-зеуловительные полости в шатунных шейках. При вращении коленчатого вала цмеющиеся в масле механические примеси под действием силы инерции отбрасываются от оси вращения, и очищенное масло через отверстие поступает к шатунной шейке. Сквозные грязе-уловительные полости заглушены с обеих сторон пробками, глухие полости — с одной стороны.

Противовесы отлиты как одно целое с коленчатым валом.

В качестве коренных подшипников для коленчатого вала применяются стальные взаимозаменяемые вкладыши, залитые антифрикционным сплавом. На стальную ленту с медно-никелевым подслоем наносится баббит СОС-6-6 (двигатели ГАЗ-53А и ЗИЛ-130).

Вкладыши коренных подшипников дизелей делают биметаллическими; они представляют собой стальную ленту, залитую слоем свинцовистой бронзы.

На рабочей поверхности вкладышей имеются маслораспределительные канавки. Отверстие в верхнем вкладыше служит для прохода масла из блока цилиндров к коренной шейке коленчатого вала. Во вкладышах заднего коренного подшипника сделаны дополнительные канавки; при этом в канавке нижнего вкладыша есть сквозное отверстие, соединяющееся с отверстием в крышке подшипника. Лишнее масло, попавшее в дополнительную канавку заднего коренного подшипника, по этим отверстиям стекает в картер.

От осевого смещения и проворачивания в своих гнездах вкладыши коренных подшипников, так же как и шатунных, удерживаются отштампованными на вкладышах усиками.

Во время работы двигателя коленчатый вал может перемещаться вдоль оси вследствие работы сцепления, наличия распределительных шестерен с косыми зубьями и температурных изменений. Поэтому один из коренных подшипников коленчатого вала делают упорным, воспринимающим осевые нагрузки и удерживающим вал от смещения.

В двигателях ГАЗ упорным является передний коренной подшипник.

На рис. 3 показан упорный подшипник коленчатого вала двигателя М-21. Чтобы удержать коленчатый вал от осевого сдвига, с обеих сторон первого коренного подшипника установлены неподвижные стальные шайбы , залитые баббитом.

Передняя шайба удерживается от вращения штифтами, один из которых запрессован в блок цилиндров, а другой — в крышку коренного подшипника. Задняя шайба имеет прямоугольный выступ, входящий в паз крышки. Шайба плоскостью, залитой баббитом, обращена к шлифованному пояску щеки коленчатого вала, а шайба — к упорной стальной шайбе, установленной на шпонке между торцом передней коренной шейки коленчатого вала и распределительной шестерней.

Рис. 2. Коленчатый вал двигателя М-21 с грязеуловителями:
1 — трубка; 2 — полость в коренной шейке; 3 — пробка; 41— шатунная шейка; 5 — грязеуловительная полость; 6 — отверстие для прохода масла к шатунной шейке; 7 — коренная шейка; 8 — протизовес

Рис. 3. Упорный подшипник и уплотнение переднего конца коленчатого вала двигателя М-21:
1 — самоподшимной релиновый сальник; 2 — ступица шкива привода вентилятора; 3 — храповик; 4 — коленчатый вал; 5 и 17 — маслоотражатели; в — крышка распределительных шестерен; 7 — шкив привода вентилятора; 8 и 15 — штифты; 9 — блок цилиндров; 10 и 13 — неподвижные шайбы; 11 — упорная вращающаяся шайба; 12 — шпонка; 14 — крышка коренного подшипника; 16 — распределительная шестерня

Рис. 4. Уплотнение заднего конца коленчатого вала двигателя М-21:
1 — крышка коренного подшипника; 2 —- коленчатый вал; 3 — блок цилиндров; 4 — мас-лосбрасывающий гребень; 5 — болт крепления маховика; 6 — обойма сальника; 7 — шарикоподшипник валика муфты сцепления; 8 — фланец; 9 — сальник; 10 — болт крепления обоймы сальника; 11 — маховик

Рис. 5. Передний конец коленчатого вала дизеля ЯМЭ-236:
1 — передний противовес; 2 и 12 — шпонки; з — крышка распределительных шестерен; 4 и 9 — маслоотражатели; 5 — гайка крепления маслоотражателя; в — шкив; 7 — болт крепления шкива; 8 — самоподжимной сальник; 10 — распределительная шестерня; 11 — коленчатый вал

На переднем конце коленчатого вала, кроме шестерни, устанавливаются маслоотражатель, ступица шкива привода вентилятора и генератора. В торец коленчатого вала ввернут храповик в виде болта, служащий для пуска двигателя при помощи пусковой рукоятки. Одновременно храповик удерживает от смещения детали, находящиеся на переднем конце вала.

Передний конец коленчатого вала уплотняется самоподжимным резиновым сальником, установленным в крышке 6 распределительных шестерен, и маслоотражателем. Масло, стекающее по внутренней стороне крышки распределительных шестерен, не может попасть на сальник, так как он защищен специальным корпусом с отогнутыми краями. Стальная ступица шкива сидит на коленчатом валу на шпонке и вращается с ним как одно целое. Маслоотражатель, расположенный на ступице, предотвращает попадание масла на шкив.

Задний конец коленчатого вала уплотнен сальником и масло-сбрасывающим гребнем. Сальник представляет собой асбестовый шнур, пропитанный графитом и расположенный в обойме, состоящей из двух половин. Верхняя обойма сальника привертывается болтами к задней стенке блока цилиндров, а нижняя — к крышке коренного подшипника.

В задний торец коленчатого вала запрессован шарикоподшипник вала сцепления. Фланец, отштампованный как одно целое с коленчатым валом, служит для крепления болтами маховика.

На рис. 5 изображен передний конец коленчатого вала дизеля ЯМЗ-236. Спереди на коленчатый вал напрессованы распределительная шестерня и передний противовес и установлен маслоотражатель, прижатый к противовесу гайкой. От проворачивания шестерня и противовес удерживаются шпонками. Передний конец коленчатого вала уплотнен самоподжимным сальником и маслоотражателем, которые запрессованы в крышку. В торец вала ввернут болт, удерживающий от смещения шкив, напрессованный на коленчатый вал.

Задний конец коленчатого вала дизеля ЯМЗ-236 уплотнен самоподжимным сальником и маслоотражателем, запрессованными в картер маховика. Маслоотражатель, напрессованный на упорный бурт, улучшает уплотнение коленчатого вала.

От осевого смещения коленчатый вал удерживается двумя парами упорных полуколец, изготовленных из бронзы или стали. Верхние полукольца крепятся к торцам блока цилиндров, а нижние имеют выступы для фиксации их в крышке заднего коренного подшипника.

Коленчатый вал дизеля ЯМЭ-236 не имеет специального фланца для крепления маховика.

Рис. 6. Задний конец коленчатого вала дизеля ЯМЭ-236:
1 — упорные полукольца; 2 и 7 — маслоотражатели; 3 — болт крепления губчатого венца; 4 — зубчатый венец; 5 — картер маховика; 6 — маховик; 7 — самоподжимной сальник; 9 — штифт; 10 — болт крепления маховика; 11 — замковые шайбы; 12 — коленчатый вал; 13 — упорный бурт; 14 — крышка заднего коренного подшипника

Коленчатый вал и маховик

Коленчатый вал и маховик

Силы от шатунов, соединенных с поршнями, воспринимает коленчатый вал, который испытывает большие нагрузки и подвергается скручиванию, изгибу и истиранию. Крутящий момент, развиваемый на коленчатом валу, передается на трансмиссию автомобиля, а также используется для привода в действие различных механизмов и деталей двигателя.

Коленчатый вал имеет следующие части: коренные и шатунные шейки, щеки, противовесы, передний конец и задний конец (хвостовик) с маслоотражателем, маслосгонной резьбой и фланцем для крепления маховика. Шатунные шейки служат для соединения коленчатого вала с шатунами. Коренные шейки вала входят в подшипники, установленные в блоке цилиндров. Щеки соединяют коренные и шатунные шейки вала, образуя колена или кривошипы. Противовесы, расположенные на коленчатом валу, разгружают коренные подшипники от сил инерции и создаваемых ими моментов.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Рис. 1. Коленчатые валы: а — двигателя автомобиля ЗИЛ-130; б — дизеля ЯМЭ-236; в — дизеля автомобиля КамАЭ-5320; А величина перекрытия шеек; 1 — передний конец вала; 2 — грязеуловительная полость в шатунной шейке; 3 — шатунная шейка; 4 — противовесы; 5 и 15 — маслоотражатели; 6 — фланец для крепления маховика; 7 — коренная шейка; 8 — щека; 9 — гайка; 10 — передние съемные противовесы; 11 — распределительная шестерня; 12 — шестерня привода масляного насоса; 13 — винт; 14 — съемный противовес; 16 — установочные штифты; 17 — шпонка

Форма коленчатого вала зависит от числа и расположения цилиндров, порядка работы и тактности двигателя. Коленчатый вал изготовляют горячей штамповкой из легированной стали (двигатели автомобилей ЗИЛ-130, MA3-5335, КамАЗ-5320 и др.) или отливают из высокопрочного чугуна (двигатели автомобилей ГАЗ-24 «Волга», ГАЗ-53А, «Жигули» и др.) вместе с противовесами или без них. Шатунные шейки коленчатого вала располагают так, чтобы одноименные такты (например, такты расширения) в разных цилиндрах двигателя происходили через равные промежутки (по углу поворота), а силы инерции, возникающие в цилиндрах, взаимно уравновешивались. Если расположение колен коленчатого вала не обеспечивает взаимного уравновешивания сил инерции и создаваемых ими моментов, то на таких коленчатых валах устанавливают противовесы или оборудуют двигатели специальными уравновешивающими механизмами.

Для повышения износостойкости и долговечности шатунных и коренных шеек их закаливают токами высокой частоты (т. в. ч.), после чего шлифуют и полируют. Переход от шеек к щекам, называемый галтелью, делают плавным, чтобы избежать концентрации напряжений и возможных поломок коленчатого вала. Для повышения жесткости и надежности коленчатых валов применяют перекрытие шеек, характеризуемое величиной А. Размеры шеек коленчатых валов следующие: у двигателя автомобиля ГАЗ-53А диаметр шатунной шейки равен 60 мм, а коренной 70 мм; у двигателя автомобиля КамАЗ-5320 диаметр шатунной шейки равен 80 мм, а коренной 95 мм.

Коленчатый вал дизеля ЯМЗ-2Э6 имеет три шатунные шейки, расположенные под углом 120°, и четыре коренные шейки. На коленчатом валу установлено семь противовесов, а восьмой отлит в виде прилива вместе с маховиком. Установка на коленчатом валу, кроме основных противовесов, двух выносных улучшает уравновешивание моментов сил инерции, возникающих при работе двигателя, так как чередование одноименных тактов при порядке работы 1—4—2—5—3—6 происходит неравномерно. Коленчатые валы дизелей ЯМЭ-236 и дизелей автомобилей КамАЗ не имеют фланцев для крепления маховиков. Коленчатые валы большинства двигателей имеют грязеуловительные полости в шатунных шейках для дополнительной центробежной очистки масла.

В качестве коренных подшипников для коленчатого вала применяют тонкостенные вкладыши, изготовленные И5 сталеалюминиевой ленты. У коренных вкладышей толщина стенки весьма мала (1,9—2,8 мм для карбюраторных двигателей и 3—6 мм для дизелей), поэтому после их установки на место форма внутреннего отверстия подшипника зависит только от точности расточки гнезда. На карбюраторных двигателях (автомобилей ГАЗ-24 «Волга», ГАЗ-63А и ЗИЛ-130) не применяют коренные трехслойные вкладыши (стальная лента, медно-никелевый подслой и слой антифрикционного сплава) из-за низкого предела выносливости применявшегося антифрикционного слоя. Здесь используют только двухслойные вкладыши, хорошо работающие в двигателях с большой угловой скоростью коленчатого вала и значительными нагрузками.

Широкое использование высокооловянистых сталеалюминиевых вкладышей вызвано тем, что они обладают повышенной усталостной прочностью, хорошими противозадирными свойствами и коррозионной стойкостью, что повышает надежность двигателя. Вкладыши коренных подшипников дизеля автомобиля КамАЗ-5320 трехслойные, с рабочим слоем из свинцовистой бронзы. Вкладыши коренных подшипников дизеля ЯМЗ-236 и дизеля автомобиля КамАЗ-5320 невзаимозаменяемы, а двигателей автомобилей ГАЗ-24 «Волга» и ЗИЛ-130 соответственно взаимозаменяемы.

Вследствие работы сцепления и косозубых шестерен механизма газораспределения возникают силы, стремящиеся сдвинуть коленчатый вал вдоль оси. Поэтому один из коренных подшипников коленчатого вала делают упорным, воспринимающим осевые нагрузки и удерживающим вал от смещения. В двигателях автомобилей ГАЗ и ЗИЛ упорным является первый коренной подшипник.

Коленчатый вал удерживается от осевого смещения двумя стальными неподвижными шайбами, установленными с обеих сторон первого коренного подшипника. Переднюю шайбу удерживают от вращения штифты, один из которых запрессован в блок цилиндров, а другой в крышку коренного подшипника. Задняя шайба имеет прямоугольный выступ, входящий в паз крышки. Плоскостью, залитой баббитом, шайба обращена к шлифованному пояску щеки коленчатого вала, а шайба — к упорной стальной шайбе, установленной на шпонке между торцом передней коренной шейки коленчатого вала и распределительной шестерней.

Рис. 2. Уплотнение коленчатого вала; а « упорный подшипник и уплотнение переднего конца вала; б — уплотнение заднего конца вала; 1 — самоподжимной сальник; 2 — пылеотражатель; 3 — шкив привода водяного насоса, вентилятора и генератора; 4 — ступица; 5 — храповик; 6 — коленчатый вал; 7 — крышка распределительных шестерен; 8 и 15 — штифты; 9 — блок цилиндров; 10 — задняя неподвижная шайба; 11 — передняя неподвижная шайба; 12 — шпонка; 13 — вкладыш; 14 — крышка коренного подшипника; 16 — упорная вращающаяся шайба; 17 — распределительная шестерня; 18 — маслоотражатель; 19 — масло-отражательный гребень; 20 — болт крепления маховика; 21 — маслосгонная накатка; 22 — шарикоподшипник вала сцепления; 23 — фланец; 24 — сальник; 25 — держатель сальника; 26 — маховик

На переднем конце коленчатого вала кроме шестерни расположены маслоотражатель, ступица шкива привода водяного насоса, вентилятора и генератора. В торец коленчатого вала ввернут храповик, служащий для пуска двигателя при помощи пусковой рукоятки и удерживающий от смещения детали, установленные на конце вала. Передний конец коленчатого вала уплотнен самоподжимным резиновым сальником, расположенным в крышке распределительных шестерен, и маслоотражателем. Масло не может попасть на сальник, так как он защищен специальным корпусом с отогнутыми краями. На ступицу шкива напрессован пылеотражатель, защищающий сальник от пыли и песка.

Уплотнение заднего конца коленчатого вала состоит из сальника, маслосгонной накатки и маслоотражагельного гребня.

Сальник представляет собой асбестовый шнур, пропитанный антифрикционным составом и покрытый графитом. Сальник состоит из двух половин, помещенных в канавки блока цилиндров и в держатель сальника, привернутый к блоку. В задний торец коленчатого вала запрессован шарикоподшипник вала сцепления. Фланец, отштампованный как одно целое с коленчатым валом, служит для крепления маховика болтами, изготовленными из высококачественной стали. Передние и задние концы коленчатых валов дизелей и двигателей автомобилей «Жигули», «Москвич» тщательно уплотняют самоподжимными сальниками и маслоотражателями.

От осевого смещения коленчатые валы дизеля ЯМЗ-236 и дизеля автомобиля КамАЗ-5320 удерживаются двумя парами упорных полуколец, изготовленных из бронзы (дизель ЯМЗ-236) или из сталеалюминия (дизель автомобиля КамАЗ-5320) и установленных в выточках задней коренной опоры. Верхние полукольца укреплены к торцам блока цилиндров, а нижние имеют выступы для фиксации их в крышке заднего коренного подшипника.

Маховик. Для накопления энергии в течение рабочего хода, вращения коленчатого вала во время вспомогательных тактов, уменьшения неравномерности вращения вала, сглаживания момента перехода деталей кривошипно-шатунного механизма через мертвые точки, облегчения пуска двигателя и трогания автомобиля с места служит маховик. При пуске двигателя в цилиндрах происходят вспышки рабочей смеси и маховик обеспечивает вращение коленчатого вала от конца рабочего хода в одном цилиндре до его начала в следующем цилиндре в соответствии с порядком работы двигателя.

Маховик отливают из серого чугуна; на ободе маховика для увеличения момента инерции располагают основную массу металла. На обод маховика напрессовывают или надевают зубчатый венец, необходимый для вращения коленчатого вала при пуске двигателя стартером. Венец крепят болтами. Поверхность махощша, соприкасающуюся с ведомым диском сцепления, шлифуют и полируют.

На ободе или торце маховика имеются метки, позволяющие установить поршень первого цилиндра в в. м. т. Коленчатый вал в сборе с маховиком и сцеплением подвергают динамической и статической балансировке, чтобы неуравновешенные силы инерции не вызывали вибрации двигателя и сильного износа коренных подшипников. Обычно маховик крепят к фланцу коленчатого вала болтами, которые подвергают термической обработке и шлифованию. Корончатые гайки, навернутые на эти болты, тщательно шплинтуют. Одно из крепежных отверстий на маховике и во фланце смещено по окружности на несколько градусов (2° у двигателей автомобиля ЗИЛ-130), что обеспечивает точное соединение маховика и коленчатого вала, если их почему-либо разбирали.

У дизеля ЯМЗ-236 и дизеля автомобиля КамАЗ-5320 маховик крепят болтами, которые ввертывают непосредственно в коленчатый вал. В этом случае маховик точно фиксируют относительно шеек коленчатого вала двумя штифтами.

—

Коленчатый вал воспринимает усилия, передаваемые от поршней шатунами, и преобразует их в крутящий момент, который затем перелается на трансмиссию. Кроме того, коленчатый вал приводит в движение различные механизмы, агрегаты и приборы двигателя.

Коленчатый вал автотракторных двигателей состоит из коренных и шатунных шеек щек с противовесами, соединяющих коренные и шатунные шейки; передней части вала, называемой носком, на которой посредством шпонки крепится шестерня привода распределительного вала, маслоотражатель, шкив привода вентилятора со ступицей и храповик с шайбой; задней части вала, обычно имеющей форму фланца, на котором установлен маховик. На коленчатом валу предусмотрены сверления в шейках для подвода и очистки масла, шпоночные канавки на носке вала и расточка со стороны фланца для установки подшипника первичного вала коробки передач.

Шатунные шейки коленчатых валов обычно имеют устройства для центробежной очистки масла от механических примесей (грязеуловители), которые значительно улучшают очистку масла, поступающего к шатунным подшипникам. Грязеуловитель представляет собой камеру, высверленную или отлитую в шатунной шейке и закрываемую резьбовой пробкой. При вращении коленчатого вала тяжелые примеси грязи и металлические частицы, имеющиеся в масле, под действием центробежной силы отбрасываются в камеру грязеуловителя и очищенное масло подается в шатунный подшипник. Грязеуловители периодически очищают.

Противовесы разгружают коренные подшипники от действия центробежных сил и выполняются либо за одно целое со щеками вала, либо крепятся к ним болтами. Для снятия возможных напряжений переход от каждой шейки к щекам вала выполняют плавным в виде галтелей.

Рис. 3. Шатуны V-образных двигателей: а — сочлененный шатун; б — центральный шатун; в — крепление двух одинаковых шатунов на одной шейке

Коленчатый вал нуждается в фиксации от осевых перемещений, возникающих вследствие его температурных расширений и возможных осевых усилий от косозубых шестерен. Осевая фиксация осуществляется специальным устройством одного из коренных подшипников (чаще всего передним) через упорную стальную шайбу, установленную впереди подшипника, и два сталебаббитовых кольца, установленных по обеим сторонам подшипника (стальной стороной к подшипнику). Известны конструкции валов, в которых фиксирующими являются средняя или крайняя задняя шейки вала. Величина осевого зазора составляет 0,075—0,2 мм.

Число опор (коренных шеек) коленчатого вала различно в разных конструкциях. Вал называется полноопорным, если число коренных шеек на единицу больше числа шатунных.

Форма коленчатого вала зависит от числа и расположения цилиндров двигателя, принятой равномерности чередования вспышек и желаемой уравновешенности двигателя, числа коренных шеек.

Коренные подшипники имеют такое же устройство, как и шатунные, но отличаются размерами. Подшипник заднего конца вала всегда длиннее остальных. Корпус подшипника состоит из частей: верхней половины, выполненной в картере, и нижней — съемной крышки, которая крепится к картеру болтами и шплинтуется.

Рис. 4. Коленчатый вал автотракторного двигателя

Передний и задний концы коленчатого вала в месте их выхода из картера должны быть надежно уплотнены от вытекания смазки. Для этого применяются маслогонная резьба и специальные сальники.

Коленчатые валы изготовляются ковкой или штамповкой из сталей 45, 45Г2, 50, 18ХНВА, 40ХНМА и других или литьем из высокопрочного чугуна. Литые валы значительно дешевле кованых. Овальность и конусность шеек не должна превышать 0,015 мм. Валы в сборе с маховиком и сцеплением подвергаются динамической балансировке. Величина допускаемого дисбаланса устанавливается заводом-изготовителем.

Маховик служит для обеспечения равномерного вращения коленчатого вала, вывода деталей кривошипного механизма из мертвых точек, накопления во время такта расширения кинетической энергии, необходимой для вращения коленчатого вала в период между вспышками в отдельных цилиндрах, облегчения пуска двигателя и плавного трога-ния с места.

Маховик представляет собой массивный чугунный диск, тщательно сбалансированный, на обод которого напрессован зубчатый венец, при помощи которого производится запуск двигателя от стартера. На маховике также монтируется механизм сцепления.

У большинства двигателей на поверхности обода или на торцевой поверхности маховика нанесены метки, по которым можно определить мертвые точки, а также метки для установки зажигания или момента подачи топлива у дизельного двигателя. На поверхности маховика ряда тракторных двигателей выполняются радиальные отверстия, посредством которых проворачивают коленчатый вал вручную при регулировке двигателя.

Маховик центрируется по фланцу коленчатого вала и крепится к нему при помощи болтов. Для сохранения его первоначальной балансировки предусмотрены установочные штифты или несимметрично расположенные болты.

Размеры маховика зависят от числа цилиндров. Чем больше число цилиндров у двигателя, тем равномернее следует чередование тактов расширения и тем меньших размеров (меньшей массы) требуется маховик.

Картер маховика крепится к задней стенке блок-картера болтами и представляет собой фасонную отливку из серого чугуна или сплава алюминия. Правильная установка картера маховика обеспечивается установочными штифтами.

Коленчатый вал. Коленчатый вал воспринимает силу давления газов на поршень и силы инерции возвратно-поступательно движущихся и вращающихся масс кривошипно-шатунного механизма.

Силы, передающиеся поршнями на коленчатый вал, создают крутящий момент, который при помощи трансмиссии передается на колеса автомобиля.

Коленчатый вал изготовляют штамповкой из легированных сталей или отливают из высокопрочных магниевых чугунов (двигатели ЯМЗ, ЗМЗ, ВАЗ и др.).

Коленчатый вал (рис. 2.8) состоит из коренных и шатунных шеек, противовесов, заднего конца с отверстием для установки шарикоподшипника ведущего вала коробки передач и фланца для крепления маховика, переднего конца, на котором установлен храповик пусковой рукоятки и шестерня газораспределения, шкива привода вентилятора, жидкостного насоса и генератора.

Шатунные шейки со щеками образуют кривошипы. Для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил служат противовесы, которые изготовляют за одно целое со щеками, имеющими каналы для подвода масла или прикрепляют к ним болтами.

Полноопорные валы двигателей (ЗИЛ-130, КамАЗ-740, ВАЗ-2108) отличаются большой жесткостью, что повышает работоспособность кри-вошипно-шатунного механизма. Число коренных шеек зависит от типа и числа цилиндров двигателя. Так, в четырехцилиндровом двигателе с рядным расположением цилиндров их может быть три или пять, в шестицилиндровых — четыре или семь, в V-образных восьмицилиндровых — пять.

В щеках коленчатого вала просверлены наклонные каналы для подвода масла от коренных подшипников к масляным полостям 25, выполненных в шатунных шейках в виде каналов большого диаметра, закрываемых резьбовыми заглушками. Эти полости являются грязеуловителями, в которых под действием центробежных сил при вращении коленчатого вала собираются продукты изнашивания, содержащиеся в масле.

Гнезда в блоке цилиндров под коренные подшипники и их крышки растачивают совместно, поэтому при сборке двигателя их необходимо устанавливать по меткам только на свои места. Тонкостенные вкладыши 6 коренных подшипников покрыты таким же антифрикционным сплавом, что и вкладыши шатунных подшипников, и отличаются от последних только размерами. Широкое использование триметаллических сталеалюминиевых и сталесвинцовых вкладышей связано с тем, что слой антифрикционного покрытия обладает хорошими противозадир-ными свойствами и повышенной прочностью. От продольного смещения и проворачивания вкладыши удерживаются выступами, входящими в соответствующие пазы в гнездах блока и их крышках.

Осевые нагрузки коленчатого вала в большинстве карбюраторных двигателей воспринимаются упорной шайбой и стальными упорными кольцами, залитыми с внутренней стороны антифрикционным сплавом СОС-6-6, содержащим свинец, олово и сурьму.

Осевые нагрузки коленчатого вала дизелей воспринимаются двумя парами упорных полуколец из бронзы или сталеалюминия, установленных в выточках задней коренной опоры.

Для предотвращения утечки масла из картера двигателя на переднем и заднем концах коленчатого вала легковых автомобилей семейства «Москвич» и ВАЗ устанавливают самоподжимные сальники и отражатели.

Рис. 5. Коленчатый вал и маховик: 1 — шкив; 2 — храповик; 3—маслоотражатель; 4— упорная шайба; 5—упорное кольцо; 6—вкладыш коренного подшипника; 7— шатунная шейка; 8— коренная шейка; 9— щека; 10— смазочный канал; 11 — шатун; 12— поршень; 13— сливные отверстия; 14— маслосбрасывающий гребень; 15— маслоотгон-ная канавка; 16 — зубчатый венец маховика; 17 — сальник; 18 — шарикоподшипник; 19 — фланец; 20 — болт: 21 — маховик; 22 — резиновая прокладка; 23 — деревянные уплотнители; 24 — крышка подшипника; 25— масляная полость; 26— заглушка; 27— выступ; 28— антифрикционный слой; 29— противовес; 30— шестерня газораспределения; 31— передний конец коленчатого вала

На двигателе ЗИЛ-130 передний конец коленчатого вала уплотнен резиново-каркасным сальником, расположенным в крышке распределительных шестерен, а между шестерней и шкивом коленчатого вала установлен маслоотражатель, отгоняющий масло внутрь картера. Уплотнение заднего конца коленчатого вала обеспечивается графито-асбестовым сальником, размещенным в кольцевой канавке гнезда подшипника и его крышке, в плоскости разъема которой дополнительно устанавливаются резиновые прокладки, а по бокам — деревянные уплотнители. Кроме того, на задней шейке коленчатого вала находятся спиральная. ..маслоотгон-ная канавка и маслосбрасывающий гребень, от которых масло отбрасывается через сливные (дренажные) отверстия в поддон картера.

Маховик. Маховик служит для обеспечения вывода поршней из мертвых точек, более равномерного вращения коленчатого вала многоцилиндрового двигателя при его работе на режиме холостого хода, облегчения пуска двигателя, снижения кратковременных перегрузок при трогании автомобиля с места и передачи крутящего момента агрегатам трансмиссии на всех режимах работы двигателя. Маховик изготовляют из чугуна и динамически балансируют в сборе с коленчатым валом. На фланце маховик центрируется в строго определенном положении с помощью штифтов или болтов, которыми он крепится к фланцу.

У дизелей ЯМЗ-236 и КамАЗ-740 маховик центрируется с помощью двух штифтов и крепится болтами не к фланцу, а непосредственно к коленчатому валу.

На обод маховика напрессован зубчатый венец, предназначенный для вращения коленчатого вала стартером при пуске двигателя. На торце или ободе маховика многих двигателей наносят метки, по которым определяют в.м.т. поршня первого цилиндра при установке зажигания (у карбюраторных двигателей) или момента начала подачи топлива (у дизелей).

—

Коленчатый вал воспринимает усилия, передаваемые каждым шатуном при такте рабочего хода, преобразует эти усилия в крутящий момент, который передается обычно через маховик к трансмиссии трактора или автомобиля. Коленчатый вал изготавливают из стали или из высокопрочного чугуна (3M3-53, СМД-18Н). Он состоит из шатунных Д и коренных (опорных) Г шеек, щек В, носка (передней части) и хвостовика (задней части). Коренные и шатунные шейки вместе со щеками образуют кривошипы.

У валов рядных двигателей шатунных шеек столько же, сколько шатунов, у V-образных — вдвое меньше, так как с каждой шейкой соединены два шатуна (по одному из каждого ряда цилиндров). Центробежные силы шатунных шеек уменьшают, выполняя их пустотелыми, а полости Б используют для центробежной очистки масла, поступающего к шатунному подшипнику. В шейках выполнены радиальные отверстия, в которые вставлены трубки для забора масла из центра полости. В шатунных шейках V-образных двигателей просверлено по два отверстия (каждое для своего шатуна).

Коренные, шатунные шейки вала подвергают поверхностной закалке токами высокой частоты (ТВЧ) на глубину 3…6 мм, а затем шлифуют и полируют. В шейках и щеках просверлены каналы А для подвода масла: из блока — к коренным шейкам, от них — к полостям Б (грязеуловителям) и далее через радиальные отверстия — к шатунным подшипникам. Грязеуловители очищают через резьбовые отверстия, вывинтив заглушку, которую фиксируют с помощью шплинта или кернением.

Переход от шеек к щекам плавный и называется галтелью. Галтели уменьшают напряжение металла в месте перехода.

Все части коленчатого вала уравновешены относительно его оси. Во время работы двигателя центробежные силы, возникающие при вращении кривошипов и нижних частей шатунов, нагружают коренные подшипники. Для уменьшения действия этих сил (при большой частоте они значительны) на валах многих двигателей сделаны противовесы, расположенные на щеках со стороны, противоположной шатунным шейкам.

Рис. 6. Коленчатые валы с сопряженными деталями: 1 — шкив; 2 — пробка; 3 — трубка; 4 — упорные полукольца; 5 — вкладыш коренного подшипника; 6 — маховик; 7 — маслоотражатель; 8 — установочный штифт; 9 — болт крепления маховика; 10 — зубчатый венец; 11 —противовесы; 12 — шестерня коленчатого вала; 13 — ведущая шестерня привода масляного насоса; 14 — болт для проворачивания вала; 15 — роликовый подшипник; 16 — масленка канала подвода масла к подшипнику; 17 —штифт фиксации полуколец; 18 — храповик; 19 — шестерня привода уравновешивающего механизма

На носке коленчатого вала обычно закреплены одна или две шестерни, маслоотражатель, шкив и храповик (в дизелях А-41, 3M3-53, ЗИЛ-130) или болт (Д-240) с шестигранной головкой для проворачивания коленчатого вала. В дизелях СМД-62, ЯМЗ-240Б и КамАЗ-740 шестерня привода распределительного механизма установлена на хвостовике коленчатого вала.

За задним коренным подшипником имеется гребень, а также маслосгонная резьба (3M3-53) или накатка (ЗИЛ-130). На хвостовике вала или его фланца установочными штифтами и болтами закреплен маховик. В торце хвостовика всех двигателей (кроме Д-240 и ЯМЗ-240Б) выполнено гнездо для подшипника ведущего вала трансмиссии.

Осевое перемещение коленчатого вала в блоке (или картере) ограничивается фиксированными полукольцами. Они расположены только в одной опоре: по бокам заднего (А-41, Д-240, СМД-60, КамАЗ-740), переднего (ЯМЗ-240Б, 3M3-53, ЗИЛ-130) или среднего (СМД-18Н, Д-144) коренного подшипника. Такое крепление не мешает валу удлиняться при тепловом расширении.

На концах коленчатого вала, в местах выхода из блока, установлены маслоотражатели, а в передних и задних корпусах — уплотнители.

Коренные подшипники коленчатого вала всех двигателей (кроме ЯМЗ-240Б) изготовлены так же, как и шатунные, в виде тонкостенных стальных вкладышей, изнутри покрытых антифрикционным сплавом. От вкладышей шатунных подшипников они отличаются главным образом только размерами. Вкладыши некоторых автомобильных двигателей выполнены из трех слоев: стального, медного с никелем и слоя антифрикционного сплава. В верхних вкладышах просверлено отверстие и проточены канавки для масла.

Крышки коренных подшипников растачивают вместе с блоком, поэтому менять их нельзя. К блоку (картеру) их крепят шпильками с гайками, которые фиксируют замковыми шайбами и накладками. Крышки обычно устанавливают между направляющими пазами блока, а в дизеле СМД-62 крепят дополнительно боковыми болтами.

Коренные подшипники коленчатого вала дизеля ЯМЗ-240Б роликовые. Для установки их на вал диаметр коренных шеек делают больше двух радиусов кривошипа.

Гаситель крутильных колебаний. Переменные силы давления газов и силы инерции приводят к периодическим изменениям (колебаниям) крутящего момента, вызывая в металле вала напряжения. Они стремятся то больше, то меньше скручивать вал. Эти колебания называются крутильными и особенно опасны для двигателей, У которых длинный коленчатый вал.

На двигателе ЯМЗ-240Б для уменьшения таких колебаний к торцу носка коленчатого вала прикреплен гаситель крутильных колебаний. Стальной корпус гаситель герметично закрыт крышкой. Внутри корпуса в бронзовой втулке может поворачиваться чугунный маховик. В выточке Б находится вязкая (силиконовая) жидкость. При вращении коленчатого вала эта жидкость под действием центробежных сил отбрасывается в малые зазоры А между корпусом и маховиком. Здесь энергия крутильных колебаний поглощается трением в тонком слое жидкости, нагревая трущиеся детали, и не передается в коленчатому валу.

Рис. 7. Коленчатый вал (а), его коренной подшипник (б) и гаситель крутильных колебаний вала (в) дизеля ЯМЗ-240Б: 1 — коренные шейки; 2 — шатунные шейки; 3 — роликовый подшипник; 4 — шатуны; 5 — наружное кольцо, подшипника; 6 — маховик гасителя; 7 — бронзовая втулка; 8 — крышка с пробками; 9 — корпус гасителя; 10 — носок вала

Маховик, вращаясь вместе с коленчатым валом, аккумулирует (накопляет) кинетическую энергию, которая расходуется для выведения кривошипно-шатунного механизма из мертвых точек, облегчает пуск двигателя, уменьшает неравномерность вращения коленчатого вала, помогает преодолевать повышенные нагрузки при тро-гании с места машинно-тракторного агрегата или автомобиля, облегчает преодоление кратковременных перегрузок.

Маховик отлит из чугуна, размеры его зависят от частоты вращения вала и числа цилиндров (чем больше эти параметры, тем маховики легче). На ободе закреплен стальной зубчатый венец для вращения вала пусковым устройством.

В маховиках некоторых двигателей имеются сверления для проворачивания ломиком коленчатого вала; каналы для подвода масла к подшипнику, расположенному в торце вала; метки, глухие отверстия или паз для определения в.м.т. поршня первого цилиндра или момента начала подачи топлива (в Д-240 и К.амАЗ-740). Маховик установлен на хвостовике коленчатого вала (А-41, Д-144, КамАЗ-740), на его фланце (СМД-2, СМД-18Н, ЗИЛ-130, 3M3-53) или ступице (ЯМЗ-240Б). Маховик относительно колен вала зафиксирован установочными штифтами и закреплен болтами. Во всех двигателях (кроме ЯМЗ-240Б) на задней плоскости маховика установлено сцепление — часть трансмиссии трактора или автомобиля.

Коленчатый вал — x-engineer.org

Коленчатый вал — подвижная часть двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Его основная функция заключается в преобразовании линейного движения поршня во вращательное движение. Поршни соединены с коленчатым валом через шатуны. Коленчатый вал установлен внутри блока цилиндров.

Изображение: Кривошипный механизм двигателя (источник: Rheinmetall)

1. Поршни
2. Шатуны
3. Маховик
4. Коленчатый вал

Поршни, шатуны и коленчатый вал вместе образуют кривошипно-шатунный механизм .

Второстепенной функцией коленчатого вала является передача мощности другим системам двигателя:

• фазы газораспределения
• масляный насос
• охлаждающий (водяной) насос
• компрессор кондиционера
• генератор переменного тока и т.д. Коленчатый вал с коваными противовесами

  Коленчатый вал вставлен в блок двигателя через коренные шейки. Шатуны закреплены на шатунных шейках коленчатого вала. На противоположных сторонах шатунных шеек коленчатый вал имеет противовесы, которые компенсируют внешние моменты, минимизируют внутренние моменты и, таким образом, уменьшают амплитуды колебаний и напряжения в подшипниках. На одном конце коленчатого вала соединен маховик, а на другом конце — шестерня газораспределения.

  Изображение: Описание коленчатого вала двигателя (источник: Rheinmetall)

  1. Сторона управления или приводная сторона
  2. Противовесы
  3. Коренная шейка подшипника
  4. Отверстие шатуна
  5. Сторона маховика/передача усилия
  6. Масло 02 Количество основных шейки и шатунные шейки зависит от количества цилиндров и типа двигателя (V-образный, прямой и т.д.). Как на коренных, так и на шатунных шейках коленчатого вала имеются смазочные отверстия (масляное отверстие), через которые проходит масло при работающем двигателе.

     Изображение: Коленчатый вал ДВС с противовесами на болтах

     Крутящий момент двигателя не является постоянным, поскольку он создается только тогда, когда каждый поршень находится в цикле расширения. Благодаря этому на коленчатый вал насаживается маховик для сглаживания крутящего момента двигателя и снижения вибраций.

     На V-образных двигателях на одних шатунных шейках устанавливаются два шатуна. Благодаря такому расположению V-образный двигатель при том же числе цилиндров более компактен, чем рядный двигатель. Длина двигателя V6 короче длины рядного 6-цилиндрового двигателя (L6).

     Изображение: Анимация кривошипно-шатунного механизма ДВС (нажмите на нее)

     Между коленчатым валом и блоком двигателя на коренных шейках установлены подшипники коленчатого вала. Их роль заключается в уменьшении трения за счет слоя антифрикционного материала, который соприкасается с креплениями блока цилиндров.

     Производятся два типа коленчатых валов: литой и кованый . Противовесы также могут быть прикованы непосредственно к коленчатому валу или прикручены болтами (закреплены болтами с резьбой).

     Все поршни двигателя внутреннего сгорания передают свои усилия на коленчатый вал. С механической точки зрения коленчатый вал должен выдерживать высокие крутящие усилия, изгибающие усилия, давление и вибрации.

     Если у вас есть какие-либо вопросы или замечания относительно этого руководства, пожалуйста, используйте форму комментариев ниже.

     Не забудьте поставить лайк, поделиться и подписаться!

     Коленчатый вал | История Вики | Fandom

     Эта статья о механической части. Чтобы узнать о комиксе о старом ворчливом водителе автобуса, см. « Коленчатый вал» (комикс) . Чтобы узнать о хоккеисте по прозвищу «Коленчатый вал», см. Дуглас Мюррей (хоккей) .

     File:Cshaft.gif

     Коленчатый вал (красный), поршни (серые) в цилиндрах (синие) и маховик (черный)

     двигатель, который преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращение. Для преобразования возвратно-поступательного движения во вращение коленчатый вал имеет «шатуны» или «шатунные шейки», дополнительные опорные поверхности, ось которых смещена относительно оси кривошипа, к которым крепятся «большие концы» шатунов каждого цилиндра.

     Обычно он соединяется с маховиком, чтобы уменьшить пульсацию, характерную для четырехтактного цикла, и иногда с крутильным или вибрационным демпфером на противоположном конце, чтобы уменьшить крутильные колебания, часто вызываемые по длине коленчатого вала самыми дальними цилиндрами с выходного конца, действующая на упругость металла при кручении.

     Содержание

     • 1 История
       • 1.1 Коленчатый вал
     • 2 Дизайн
       • 2.1 Подшипники
       • 2.2 Ход поршня
       • 2.3 Конфигурация двигателя
       • 2.4 Балансировка двигателя
       • 2,5 Роторные двигатели
     • 3 Строительство
       • 3.1 Ковка и литье
       • 3.2 Механическая обработка
       • 3.3 Усталостная прочность
       • 3.4 Закалка
       • 3.5 Противовесы
     • 4 Нагрузка на коленчатые валы
     • 5 Каталожные номера
     • 6 См. также
     • 7 Внешние ссылки

     История[]

     Самое раннее использование кривошипа в машине происходит в веялке с кривошипным приводом из Китая во времена династии Хань (202 г. до н.э. — 220 г. н.э.). ^[1] Кривошипный механизм впервые был использован в водяной мельнице поздней античности. Доказательства появляются на рельефе лесопилки конца III века из Иераполиса, Малая Азия. ^[2] Две лесопилки VI века, раскопанные в Эфесе, Малая Азия, и Герасе, Иордания, работали с аналогичным механизмом. ^[2] В Китае кривошипно-шатунная машина появилась в 5 веке, а в 6 веке — кривошипно-шатунная машина с поршневым штоком. ^[3] В 9 веке неручной кривошип появляется в нескольких гидравлических машинах, описанных братьями Бану Муса в их Книге гениальных устройств . ^[4] Эти кривошипы с автоматическим управлением появляются в нескольких устройствах, описанных в книге, два из которых имеют действие, близкое к действию коленчатого вала. Автоматическая рукоятка братьев Бану Муса не позволяла бы полностью вращаться, но потребовалась лишь небольшая модификация, чтобы преобразовать ее в коленчатый вал. ^[5]

     Устройство, показанное в каролингской рукописи начала 9 века Утрехтская псалтирь , представляет собой кривошипную рукоятку, используемую с вращающимся точильным камнем. ^[6] Ученые указывают на использование кривошипных рукояток в трепанационных сверлах в работе X века испанского хирурга-мусульманина Абу аль-Касима аль-Захрави (936–1013). ^[6]

     Коленчатый вал[]

     В 1206 году арабский изобретатель Аль-Джазари описал самый ранний из известных коленчатых валов, который он включил в свой двухцилиндровый насос с кривошипно-шатунным механизмом. Механизм Аль-Джазари состоял из колеса, приводившего в движение несколько шатунных шатунов. ^[7] Его водяной насос также использовал первый известный кривошипно-ползунковый механизм. ^[8]

     Коленчатые валы были позже описаны Конрадом Кизером (ум. 1405), Франческо ди Джорджио (1439–1502), Леонардо да Винчи (1452–1519) и Таки ад-Дином, которые включили его в шести- цилиндрический насос в 1551 году. Голландский «фермер» Корнелис Корнелисзон ван Уитгест также описал коленчатый вал в 1592 году. Его ветряная лесопилка использовала коленчатый вал для преобразования кругового движения ветряной мельницы в возвратно-поступательное движение, приводящее в движение пилу. Корнелисун получил патент на коленчатый вал в 159 г.7.

     Дизайн[]

     Файл:Четырехтактный двигатель диаграмма. jpg

     Компоненты типичного четырехтактного поршневого двигателя DOHC. (E) выпускной распределительный вал, (I) впускной распределительный вал, (S) свеча зажигания, (V) клапаны, (P) поршень, (R) шатун, (C) коленчатый вал, (W) водяная рубашка для потока охлаждающей жидкости.

     Большие двигатели обычно многоцилиндровые, чтобы уменьшить пульсации от отдельных тактов зажигания, с более чем одним поршнем, прикрепленным к сложному коленчатому валу. Многие небольшие двигатели, например, используемые в мопедах или садовой технике, являются одноцилиндровыми и используют только один поршень, что упрощает конструкцию коленчатого вала. Этот двигатель также может быть построен без заклепочного шва.

     Подшипники[]

     Коленчатый вал имеет линейную ось, вокруг которой он вращается, как правило, с несколькими шейками, установленными на сменных подшипниках (основных подшипниках), удерживаемых в блоке цилиндров. Поскольку коленчатый вал испытывает большую боковую нагрузку от каждого цилиндра в многоцилиндровом двигателе, он должен поддерживаться несколькими такими подшипниками, а не только по одному на каждом конце. Это было фактором, повлиявшим на популярность двигателей V8 с их более короткими коленчатыми валами, а не рядных восьмицилиндровых двигателей. Длинные коленчатые валы последнего страдали от неприемлемого изгиба, когда конструкторы двигателей начали использовать более высокие степени сжатия и более высокие скорости вращения. По этой причине двигатели с высокими рабочими характеристиками часто имеют больше коренных подшипников, чем их собратья с более низкими характеристиками.

     Ход поршня[]

     Расстояние между осью кривошипа и осью коленчатого вала определяет величину хода поршня и, следовательно, рабочий объем двигателя. Распространенным способом увеличения крутящего момента двигателя на низких оборотах является увеличение хода поршня. Однако это также увеличивает возвратно-поступательную вибрацию, ограничивая возможности двигателя на высоких оборотах. В качестве компенсации это улучшает работу двигателя на низких оборотах, поскольку более длинный ход впуска через меньший клапан (клапаны) приводит к большей турбулентности и смешиванию всасываемого заряда. По этой причине даже такие высокоскоростные серийные двигатели, как современные двигатели Honda, классифицируются как «недостаточно квадратные» или длинноходные, поскольку ход поршня больше, чем диаметр отверстия цилиндра.

     Конфигурация двигателя[]

     Конфигурация и количество поршней по отношению друг к другу и кривошипу приводит к прямым, V-образным или плоским двигателям. Однако один и тот же базовый блок двигателя можно использовать с разными коленчатыми валами для изменения порядка зажигания; например, 90-градусная конфигурация двигателя V6, в прежние времена иногда получавшаяся за счет использования шести цилиндров двигателя V8 с тем, что в основном является укороченной версией коленчатого вала V8, создает двигатель с присущей ему пульсацией потока мощности из-за « отсутствуют» два цилиндра. Однако тот же двигатель можно заставить обеспечивать равномерно распределенные импульсы мощности, используя коленчатый вал с индивидуальным ходом кривошипа для каждого цилиндра, расположенным так, что поршни фактически сдвинуты по фазе на 120 градусов друг от друга, как в двигателе GM 3800. В то время как серийные двигатели V8 используют четыре оборота рукоятки с интервалом 90 градусов друг от друга, высокопроизводительные двигатели V8 часто используют «плоский» коленчатый вал с ходами, разнесенными на 180 градусов. Разницу можно услышать, поскольку коленчатые валы с плоской плоскостью приводят к тому, что двигатель имеет более плавный и высокий звук, чем звук с поперечной плоскостью (например, серия IRL IndyCar по сравнению с NASCAR Nextel Cup или Ferrari 355 по сравнению с Chevrolet Corvette). . См. основную статью о коленчатых валах с поперечной плоскостью.

     Балансировка двигателя[]

     Для некоторых двигателей необходимо предусмотреть противовесы для возвратно-поступательной массы каждого поршня и шатуна для улучшения балансировки двигателя. Обычно они отлиты как часть коленчатого вала, но иногда представляют собой детали с болтовым креплением. Хотя противовесы значительно увеличивают вес коленчатого вала, они обеспечивают более плавную работу двигателя и позволяют достигать более высоких оборотов.

     Роторные двигатели[]

     Во многих ранних авиационных двигателях (и некоторых в других применениях) коленчатый вал был прикреплен к планеру, а вместо этого вращались цилиндры, что известно как конструкция роторного двигателя. Роторные двигатели, такие как двигатель Ванкеля, называются беспоршневыми роторными двигателями.

     В двигателе Ванкеля, также называемом роторным двигателем, роторы приводят в движение эксцентриковый вал, который можно считать эквивалентом коленчатого вала в поршневом двигателе.

     Строительство[]

     File:Marine Crankshafts 8b03602r.jpg

     Судовые коленчатые валы двигателей Continental, 1942 г.

     Коленчатые валы могут быть монолитными (выполненными в виде одной детали) или собранными из нескольких частей. Наиболее распространены монолитные коленчатые валы, но в некоторых двигателях меньшего и большего размера используются сборные коленчатые валы.

     Ковка и литье[]

     Коленчатые валы могут быть выкованы из стального стержня, как правило, путем прокатки или отлиты из ковкой стали. Сегодня все больше и больше производителей склоняются к использованию кованых коленчатых валов из-за их меньшего веса, более компактных размеров и лучшего собственного демпфирования. Для кованых коленчатых валов в основном используются стали, микролегированные ванадием, так как эти стали могут охлаждаться на воздухе после достижения высокой прочности без дополнительной термической обработки, за исключением поверхностной закалки поверхностей подшипников. Низкое содержание легирующих элементов также делает материал более дешевым, чем высоколегированные стали. Также используются углеродистые стали, но они требуют дополнительной термической обработки для достижения желаемых свойств. Железные коленчатые валы сегодня в основном используются в более дешевых серийных двигателях (например, в дизельных двигателях Ford Focus), где нагрузки ниже. В некоторых двигателях также используются чугунные коленчатые валы для версий с низкой мощностью, в то время как в более дорогих версиях с высокой мощностью используется кованая сталь.

     Механическая обработка[]

     Коленчатые валы также могут быть обработаны из заготовки, часто с использованием прутка из высококачественной стали, переплавленной в вакууме. Несмотря на то, что поток волокон (локальные неоднородности химического состава материала, возникающие при литье) не повторяет форму коленчатого вала (что нежелательно), обычно это не является проблемой, поскольку более качественные стали, которые обычно трудно поддаются ковке, могут использовал. Эти коленчатые валы, как правило, очень дороги из-за большого количества съема материала, который необходимо выполнять с использованием токарных и фрезерных станков, высокой стоимости материала и необходимой дополнительной термической обработки. Однако, поскольку не требуется дорогостоящего инструмента, этот метод производства позволяет производить небольшие партии коленчатых валов без больших затрат.

     Усталостная прочность[]

     Усталостная прочность коленчатых валов обычно увеличивается за счет использования радиуса на концах каждого коренного подшипника и шатунной шейки. Сам радиус снижает напряжение в этих критических областях, но, поскольку радиусы в большинстве случаев завальцованы, это также оставляет на поверхности некоторое остаточное сжимающее напряжение, которое предотвращает образование трещин.

     Закалка[]

     В большинстве серийных коленчатых валов используются индукционно закаленные опорные поверхности, поскольку этот метод дает хорошие результаты при низких затратах. Это также позволяет повторно шлифовать коленчатый вал без повторной закалки. Но коленчатые валы с высокими эксплуатационными характеристиками, в частности коленчатые валы из заготовок, вместо этого, как правило, используют азотирование. Азотирование является более медленным и, следовательно, более дорогостоящим, и, кроме того, оно предъявляет определенные требования к легирующим металлам в стали, чтобы иметь возможность создавать стабильные нитриды. Преимущество азотирования заключается в том, что его можно проводить при низких температурах, в результате получается очень твердая поверхность, и процесс оставит некоторое сжимающее остаточное напряжение на поверхности, что положительно сказывается на усталостных свойствах коленчатого вала. Низкая температура при обработке выгодна тем, что не оказывает негативного воздействия на сталь, такого как отжиг. Для коленчатых валов, которые работают на подшипниках качения, предпочтение отдается науглероживанию из-за высоких контактных напряжений по Герцу в таком применении. Подобно азотированию, науглероживание также оставляет на поверхности некоторые остаточные сжимающие напряжения.

     Противовесы[]

     В некоторых дорогих высокопроизводительных коленчатых валах также используются противовесы из тяжелого металла, чтобы сделать коленчатый вал более компактным. Используемый тяжелый металл чаще всего представляет собой сплав вольфрама, но также использовался обедненный уран. Более дешевым вариантом является использование свинца, но по сравнению с вольфрамом его плотность намного ниже.

     Нагрузка на коленчатые валы[]

     Вал подвергается воздействию различных сил, но обычно его необходимо анализировать в двух положениях. Во-первых, отказ может произойти в положении максимального изгиба; это может быть в центре кривошипа или на любом конце. В таком состоянии отказ происходит из-за изгиба, а давление в цилиндре максимальное. Во-вторых, кривошип может выйти из строя из-за скручивания, поэтому необходимо проверить шатун на сдвиг в положении максимального скручивания. Давление в этом положении является максимальным давлением, но лишь частью максимального давления. ==

     Ссылки []

     1. ↑ Н. Сивин (август 1968 г.), «Обзор: Наука и цивилизация в Китае Джозефа Нидхэма», Журнал азиатских исследований (Ассоциация азиатских исследований) 27 (4 ): 859-864 [862], http://www.jstor.org/stable/2051584
     2. ↑ ^{2.0 2.1} Ритти, Туллия; Греве, Клаус; Кессенер, Пол (2007), «Рельеф каменной пилорамы с водным приводом на саркофаге в Иераполисе и ее значение», Журнал римской археологии 20 : 138–163 (161)
     3. ↑ Джозеф Нидхэм (1975), «История и человеческие ценности: китайский взгляд на мировую науку и технику», Philosophy and Social Action II (1-2): 1-33 [4], http:/ /citeseerx.