0,15 Мн/м2 (1,5 кГ/см2), для коленчатых валов используют высоколегированные стали 18ХНМА, 18ХНВА и 40ХНМА с повышенными пределами текучести и прочности.

Обычно коленчатые валы изготовляют ковкой. В последнее время стали применять литые коленчатые валы из высокопрочного чугуна, модифицированного магнием, перлитного ковкого чугуна, легированного никельмолибдено-вого чугуна.

Наибольшее применение для литых коленчатых валов получил высокопрочный ВЧ 50-1,5 (НВ 187—255) и перлитовый чугун.

Литые коленчатые валы имеют следующие преимущества по сравнению с коваными: меньший расходметалла,сокращениечисла операцийпримеханическойобработке,возможность придания оптимальных форм в отношении распределения металла и повышения усталостной прочности.

Литые коленчатые валы из чугуна обладают лучшей способностью гашения крутильных колебаний.

Литые чугунные валы обладают меньшей прочностью (особенно на изгиб), чем штампованные стальные валы. Поэтому у чугунных валов увеличивают диаметры шатунных и коренных шеек, толщину щек и радиусы галтелей.

Чугунные коленчатые валы изготовляют полноопорными. Шейки чугунных валов имеют высокую износостойкость, что позволяет применять подшипники из свинцовистой бронзы.

Масса обработанного литого коленчатого вала на 10—15% меньше массы кованого.

После ковки коленчатые валы отжигают или нормализуют для снятия внутренних напряжений и понижения твердости до НВ 163—269,чтобы облегчитьмеханическую обработку.После механической обработки коленчатые валы перед шлифованием подвергают вторичной термической обработке (закалка и отпуск), что значительно улучшает их механические свойства и повышает поверхностную твердость шеек. Обычно вторичная термическая обработка производится с нагревом т. в. ч. (токами высокой частоты).

Глубина закаленного слоя должна быть не менее 3—4 м.и, чтобы после перешлифования шеек коленчатого вала под ремонтные размеры толщина закаленного слоя была не менее 1 мм. Твердость шеек коленчатого вала из стали 50Г HRC52—62, а из стали 45Г2 — HRC48—50.

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

Содержание

История [ править | править код ]

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

Основные элементы коленчатого вала [ править | править код ]

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

Размеры коленчатых валов [ править | править код ]

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

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

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

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

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

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

Стальные коленчатые валы [ править | править код ]

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

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

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

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

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

Чугунные коленчатые валы [ править | править код ]

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

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

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

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

Механическая обработка коленчатых валов [ править | править код ]

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

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

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

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

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

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

Неисправности [ править | править код ]

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

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

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

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

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

собственно вопрос в названии темы)

Смотрите также

Метки: коленвал, материал

Комментарии 18

Из пластика ё-моё!

в любом случае это не просто кусок металла причудливой формы, проще говоря внутри коленвала метал более мягкий чем снаружи, для того чтобы он выдерживал нагрузки и биения при работе, он как бы не много изгибается. клапана также сделаны из окалиностойкой стали, а внутри залит жидкий натрий, для того чтобы выдерживать высокие температуры и резкие перепады.

Там не два материала. Весь коленвал из одногодного материала, из чугуна. Но поверхность подвергнута термической обработке.

Уже давно не закаливают поверхность вала. Это был удел совдепа. Сейчас наши бравые ЗМЗшники заявляют, что это приводит к необоснованному удорожанию детали.

Там не два материала. Весь коленвал из одногодного материала, из чугуна. Но поверхность подвергнута термической обработке.

я не говорил, что там два металла.

в любом случае это не просто кусок металла причудливой формы, проще говоря внутри коленвала метал более мягкий чем снаружи, для того чтобы он выдерживал нагрузки и биения при работе, он как бы не много изгибается. клапана также сделаны из окалиностойкой стали, а внутри залит жидкий натрий, для того чтобы выдерживать высокие температуры и резкие перепады.

какой какой там натрий? оО =)

Внутри клапана имеется полость, заполненная на 50…60% натрием. Полость закрыта заглушкой, приваренной к тарелке клапана. Во время работы двигателя натрий плавится и, переливаясь при встряхивании, интенсивно переносит тепло от головки к стержню, а от стержня тепло передается втулке клапана. Благодаря этому температура тарелки клапана снижается.

нет там ничего подобного. но должно быть. но нету:)

если память мне не изменят то есть два двигателя умз 417 и змз 402. так вот распредвалы у них одинаковые. У умз сделан из чугуна, а у змз из стали .

Есть еще УМЗ 421 и на всех заводской распредвал, как и коленвал из одного и того же материала сделан.

Из дерева, странный вопрос, из чего ещё коленвалы делают:-)

зачет это нужно знать ?именно марку ну чугун

Из чего сделан коленвал | Хитрости Жизни

Когда я учился в автошколе, преподаватель в начале занятия, отправлял какого-нибудь «незнайку» к стеллажам, чтобы тот нашёл и принес изучаемую деталь. Независимо от названия детали, чтобы «помочь» незадачливому ученику, все показывали на него и конечно коленчатый вал это был.

То есть первая деталь, которую все научились узнавать с первого раза, был именно он коленчатый вал.

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

Назначение коленчатого вала

Коленчатый вал это, одна из важных деталей двигателя. Он преобразует поступательное движение поршня во вращательное, которое через трансмиссию передается к колесам.

Несмотря на относительную сложность устройства, его принцип работы достаточно простой. В камере сгорания сжигается топливо и выделяются газы, которые толкают поршни, и придают им поступательное движение.

Поршни через шатуны отдают механическую энергию на шейку коленвала, в результате поступательное движение преобразуется во вращательное. Как только вал поворачивается на 180˚, шатун начинает двигаться в обратном направлении, возвращая поршень в исходную позицию ‒ цикл повторяется.

Коленчатый вал это конструкция, короче много раз изогнутая железяка

Коленвал представляет собой расположенные на одной оси коренные шейки, соединенные щеками и шатунные шейки, количество которых определяется числом цилиндров. При помощи шатунов шейки коленвала соединены с поршнями.

В зависимости от того как расположены коренные шейки, коленвал бывает:

• полноопорный – если коренные шейки располагаются по обе стороны от шатунной шейки;
• неполноопорный – если коренные шейки располагаются только с одной стороны от шатунной шейки.

Большинство современных автомобильных двигателей оснащены полноопорными коленчатыми валами.

Основные элементы КВ

К основным элементам относятся:

• Коренная шейка – это главная часть узла, которая находится на коренных подшипниках (вкладышах), расположенных в картере;
• Шатунная шейка – соединяет коленчатый вал с шатунами. Смазываются шатунные механизмы через специальные масляные каналы. Шатунные шейки смещены в стороны;
• Щеки коленвала – соединяют коренные и шатунные шейки;
• Противовесы – уравновешивают вес поршней и шатунов;
• Передняя, фронтальная часть или носок – элемент механизма, оснащенный зубчатым колесом (шкивом) и шестерней, а в отдельных случаях еще и гасителем колебаний. Он контролирует мощность привода газораспределительного механизма (ГРМ) и других устройств;
• Задняя часть (хвостовик) – элемент механизма, соединенный с маховиком с помощью маслоотражающего гребня и маслосгонной резьбы, выполняет отбор мощности.

Тыльная и фронтальная стороны коленчатого вала уплотняются защитными сальниками, которые не допускают протекания масла в местах, где маховик выходит за пределы блока цилиндров.

Движение коленвала гарантируют подшипники скольжения, которые представляют собой тончайшие стальные вкладыши, со специальным антифрикционным слоем. Чтобы не допустить осевое смещение, существует упорный подшипник, устанавливаемый на коренную шейку (крайнюю или среднюю).

Материалы для изготовления

Коленчатый вал это трудяга, который подвергается действию сильных, быстроизменяющихся нагрузок. Показатели его надёжности определяются конструктивными особенностями и материалами, из которого он сделан.

У этого элемента двигателя, обычно, цельная структура. Так что материалы для его изготовления должны использоваться максимально прочные, потому что от этого зависит стабильная работа системы. Лучшие материалы ‒ углеродистая и легированная сталь и высокопрочный чугун.

Коленчатые валы изготавливают методом литья, ковки из стали, а затем их вытачивают. Заготовки производят горячей штамповкой или литьем.

Важный момент ‒ расположение волокон материалов в заготовке. Чтобы они не перерезались в процессе обработки, применяют гибочные ручьи. Когда заготовка изготовлена, её еще раз обрабатывают высокой температурой и освобождают от окалины.

Материал и технология производства зависит от класса и типа автомобиля.

1. Для серийных моделей коленвалы производятся методом литья из чугуна. Это уменьшает себестоимость.
2. Для дорогих спортивных моделей берут кованные стальные коленвалы. Такой вариант обладает рядом преимуществ по размерам, весу и показателям прочности, и все чаще используются в автомобилестроении.
3. Для супердорогих двигателей изделие вытачивается из цельных стальных болванок. При этом приличная часть материала остается в отходах.

Конструктивные особенности

Теперь вы знаете, что кроме серийных, есть и спортивные коленвалы. Они дают возможность ускорить ход поршня в крайней точке сжатия, благодаря специальной форме шатунных шеек. У стандартного вала они круглые, а у спортивного ‒ немного вытянутые, за счет этого характеристики двигателя изменяются.

Многие автомобилисты считают, что по маркировке коленчатого вала можно узнать о его характеристиках. Это заблуждение – маркировка лишь номер в каталоге производителя, который используют для подбора запчасти. К свойствам изделия она не имеет отношения.

Поздравляю вас, господа. Теперь вы в курсе, что коленчатый вал это не только тяжелая железяка, но и незаменимая деталь, от которой зависит комфортная езда, ресурс двигателя и его узлов.

А ещё она обеспечивает многие устройств автомобиля крутящим моментом: трансмиссию, генератор, карданы, и так далее до колес.

Конечно рассказывать об этом своей любимой девушке не обязательно, а вот друзьям автомобилистам через социальные сети сообщите. Пусть тоже читают наш блог – будет много интересного.

собственно вопрос в названии темы)

Метки: коленвал, материал

Комментарии 18

Из пластика ё-моё!

в любом случае это не просто кусок металла причудливой формы, проще говоря внутри коленвала метал более мягкий чем снаружи, для того чтобы он выдерживал нагрузки и биения при работе, он как бы не много изгибается. клапана также сделаны из окалиностойкой стали, а внутри залит жидкий натрий, для того чтобы выдерживать высокие температуры и резкие перепады.

Там не два материала. Весь коленвал из одногодного материала, из чугуна. Но поверхность подвергнута термической обработке.

Уже давно не закаливают поверхность вала. Это был удел совдепа. Сейчас наши бравые ЗМЗшники заявляют, что это приводит к необоснованному удорожанию детали.

Там не два материала. Весь коленвал из одногодного материала, из чугуна. Но поверхность подвергнута термической обработке.

я не говорил, что там два металла.

в любом случае это не просто кусок металла причудливой формы, проще говоря внутри коленвала метал более мягкий чем снаружи, для того чтобы он выдерживал нагрузки и биения при работе, он как бы не много изгибается. клапана также сделаны из окалиностойкой стали, а внутри залит жидкий натрий, для того чтобы выдерживать высокие температуры и резкие перепады.

какой какой там натрий? оО =)

Внутри клапана имеется полость, заполненная на 50…60% натрием. Полость закрыта заглушкой, приваренной к тарелке клапана. Во время работы двигателя натрий плавится и, переливаясь при встряхивании, интенсивно переносит тепло от головки к стержню, а от стержня тепло передается втулке клапана. Благодаря этому температура тарелки клапана снижается.

Материалы для коленчатого вала

Для изготовления коленчатых валов применяются стали 45, 45А, 40Х, 20Г2 и 50Г. 0,15 Мн/м2 (1,5 кГ/см2), для коленчатых валов используют высоколегированные стали 18ХНМА, 18ХНВА и 40ХНМА с повышенными пределами текучести и прочности.

Обычно коленчатые валы изготовляют ковкой. В последнее время стали применять литые коленчатые валы из высокопрочного чугуна, модифицированного магнием, перлитного ковкого чугуна, легированного никельмолибдено-вого чугуна.

Наибольшее применение для литых коленчатых валов получил высокопрочный ВЧ 50-1,5 (НВ 187—255) и перлитовый чугун.

Литые коленчатые валы имеют следующие преимущества по сравнению с коваными: меньший расходметалла,сокращениечисла операцийпримеханическойобработке,возможность придания оптимальных форм в отношении распределения металла и повышения усталостной прочности.

Литые коленчатые валы из чугуна обладают лучшей способностью гашения крутильных колебаний.

Литые чугунные валы обладают меньшей прочностью (особенно на изгиб), чем штампованные стальные валы. Поэтому у чугунных валов увеличивают диаметры шатунных и коренных шеек, толщину щек и радиусы галтелей. Чугунные коленчатые валы изготовляют полноопорными. Шейки чугунных валов имеют высокую износостойкость, что позволяет применять подшипники из свинцовистой бронзы.

Масса обработанного литого коленчатого вала на 10—15% меньше массы кованого.

После ковки коленчатые валы отжигают или нормализуют для снятия внутренних напряжений и понижения твердости до НВ 163—269,чтобы облегчитьмеханическую обработку.После механической обработки коленчатые валы перед шлифованием подвергают вторичной термической обработке (закалка и отпуск), что значительно улучшает их механические свойства и повышает поверхностную твердость шеек. Обычно вторичная термическая обработка производится с нагревом т. в. ч. (токами высокой частоты).

Глубина закаленного слоя должна быть не менее 3—4 м.и, чтобы после перешлифования шеек коленчатого вала под ремонтные размеры толщина закаленного слоя была не менее 1 мм. Твердость шеек коленчатого вала из стали 50Г HRC52—62, а из стали 45Г2 — HRC48—50.

Как изготавливаются коленчатые валы

Каковы основные функции коленчатого вала, конструктивные особенности?

Кривошипно-шатунный механизм состоит из коленвала, шатуна, крейцкопфа или поршня преобразовывает вращательные движения коленвала в возвратно-поступательное движение крейцкопфа, передает усилия с коленвала на поршень цилиндра.

Коленчатый вал деталь компрессора с самой большой нагрузкой, потому как вся мощность передается от двигателя к шатунам и масляному насосу. Во время работы коленвал испытывает переменные динамические нагрузки, поэтому должен быть достаточно жестким, чтобы обеспечивалась необходимая точность движения перемещающихся частей, также обладать высоким сопротивлением усталости. Важно, чтобы была высокая износостойкость, ведь нередко ремонт двигателя может потребоваться именно из-за поломки коленвала.

Из каких материалов делают автомобильные коленвалы?

Изготовление коленчатых валов производится из высококачественной углеродистой стали марок 40 и 45. Сталь должна обеспечить высокую пластичность и возможность закалки трущихся поверхностей. Поэтому заготовки коленвалов получают при обработке давлением, из-за низких литейных свойств стали. В небольшом производстве коленвалов заготовкой будет – поковка.

Как делают автомобильные коленчатые валы?

Размер и форма поковок зависит от формы и размера готового коленвала. Поковки изготавливаются на мощных парогидравлических прессах. На крупном производстве они изготавливаются горячей штамповкой: предварительная и окончательная штамповка, обрезка обломов на обрезном прессе, горячая плавка в штампах подмолотом.

Также требуется термическая обработка для получения нужного качества материала. Далее штампованные заготовки загружаются в печь при 450 градусах для нормализации – снятия внутренних напряжений.

Печь разогревается в течение восьми часов до 950 градусов. Далее выдерживается в печи три часа при той же температуре и охлаждается по прошествии времени ещё три часа при темперетуре до 640 градусов. Заканчивается процедура охлаждением на воздухе.

Затем заготовки очищаются от окалины. Небольшие по размеру поковки очищаются дробеструйной обдувкой, а на крупных поковках снимается с помощью пневматических молотков. Испытание механических свойств материала поковок проводится так: на длинной конце вала увеличивают припуск на 60-100 мм.

Затем проводится проверка на ударную вязкость, относительное удлинение и твердость, предел текучести. Малые коленвалы изготавливают из прутка – разрезанием под давлением.

Коленчатый вал двигателя

 

Коленчатый вал двигателя воспринимает действия расширяющихся газов при рабочем ходе поршней, передаваемые шатунами, и преобразуем их в крутяший момент. Кроме того, коленчатый вал обеспечивает движение поршней во время вспомогательных тактов и пуска двигателя.

Коленчатые валы двигателя изготовляются штамповкой из средне углеродистых легированных сталей и литьем из модифицированного магнием чугуна в зависимости от конструктивных и технологических  особенностей коленчатых валов.

Устройство коленчатого вала 

Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек, соединенных щеками, к которым крепятся противовесы (могут быть отлитыми как одно целое с налом) переднего конца коленчатого вала, на котором имеются посадочный поясок крепления газораспределительного зубчатого колеса и шкива. На заднем конце коленчатого вала имеется маслоотражательный гребень, маслосгонная резьба и фланец (может отсутствовать) для крепления маховика. В торце имеется гладкое отверстие иод подшипник дли опоры ведущего вала коробки передач. В коренных шейках для масляных каналов выполнены отверстия пол углом к пустотелым шатунным шейкам, гле масло дополнительно очищается под действием центробежных сил.

Форма коленчатого вала

Форма коленчатого вала определяется числом и расположением цилиндров, порядком работы и тактностъю двигателя. В большинстве случаев применяют полноопорные коленчатые валы, т.к. каждая шатунная шейка расположена между коренными. Для повышения износостойкости поверхностный слой коренных и шатунных шеек подвергают закалке на глубину 3—4 мм с нагревом ТВЧ. После термической обработки шейки валов, проводят шлифование шеек и полируют. Для повышения жесткости и надежности коленчатых валов применяют перекрытие шеек. Перед капитальным ремонтом двигателя проводят исследование дефектов коленчатого вала. После чего составляют технологическую последовательность ремонта по устранению дефектов коленчатого вала. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коленчатые валы двигателя:

а — двигателя автомобиля ЗИЛ-130; б — двигателя ЯМЗ — 236; в — КамАЗ-740; 1 — передний конец вала; 2 — грязеуловитель; 3 — шатунная шейка; 4 — противовесы; 5— масло отражатель; 6 — фланец для крепления маховика; 7 — коренная шейка; 8  — щека; 9 — гайка; 10 и 15 — съемные противовесы; 11 —  распрелелтельное зубчатое колесо;  12— установочный штифт; 13 — зубчатое колесо привода масляного насоса; 14 — винт: 16 — шпонка; А — величина перекрытия шеек.

Коленчатый вал — что это такое

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

1. Что такое коленчатый вал, его основные задачи?

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

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

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

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

2. Материалы, из которых изготовлен коленчатый вал.

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

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

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

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

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

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

3. Конструкция коленчатого вала.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

4. Обслуживание коленчатого вала.

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

Снятие коленчатого вала производится в такой последовательности:

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

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

3. Снимаются крышки коренных подшипников.

4. Поднимается коленвал, а заднее уплотнительное кольцо снимается.

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

После снятия производится проверка коленчатого вала.

Алгоритм проверки коленчатого вала:

1. Промыть бензином все составляющие и просушить деталь.

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

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

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

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

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

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

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

9. Сменить и обжать набивку заднего уплотнения коленвала.

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

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

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

Изготовление коленчатого вала двигателя

Совершенствование технологического процесса изготовления коленчатых валов — один из решающих факторов увеличения моторесурса двигателей. Для повышения их надежности и ка­чества изготовления проведен комплекс исследований и конструкторско-технологических мероприятий, которыми преследовалась цель уменьшить остаточные напряжения в волокнах материала, снизить влияние концентраторов напряжений, улучшить формо­образование заготовки, усовершенствовать термическую обра­ботку, применить различные методы упрочнения и повышения качества.

Материалы изготовления коленчатого вала 

Коленчатые валы двигателя шести- и восьмицилиндровых четырехтакт­ных двигателей изготовляются из марганцовистой стали 50Г, а двенадцати цилиндровых — из Хромованадиевой стали 60ХФА. Коренные и шатунные шейки, а также шейки под уплотнительные манжеты подвергаются поверхностной закалке с нагревом ТВЧ. Сложная форма кованых коленчатых валов влечет за собой необ­ходимость сравнительно большого съема металла при механиче­ской обработке. Металл снимается не только на шейках, но и на щеках. Сравнительно большие припуски имеют коленчатые валы У-образных двигателей, ко_гда шейки расположены в не­скольких плоскостях. Кроме того, стремление использовать штамп как можно дольше также приводит к увеличению припу­сков. Согласно исходной технологии токарная обработка корен­ных шеек, переднего и заднего Концов коленчатого вала прово­дилась одновременно на многорезцовых станках мод. МК-840, а шатунных шеек на многорезцовых станках мод. МК-8212. При этом суммарная ширина режущих кромок одновременно рабо­тающих резцов на станке мод. МК-840 для шестицилиндровых валов составляла 440 мм, для восми-цилиндровых 490 мм, а на станке мод. МК-8212 — соответственно 240 и 320 мм.

Наличие значительных сил резания и ударных нагрузок при обработке щек в сочетании с перераспределением внутренних напряжений в материале вала после снятия поверхностного слоя штампованной заготовки приводило к короблению вала на пред­варительных операциях его изготовления. Нагрев шеек при закалке ТВЧ также вызывал дополнительное коробление вала. При этом суммарные деформации вала достигали 1,5—2 мм. I С целью их устранения технологическим процессом предусма­тривалась правка вала, которая производилась после обтачи­вания коренных и шатунных шеек и после термической обработки. Процесс правки заключался в неоднократном прогибе вала с устра­нением биения до допустимых величин.

Холодная правка коленчатого вала 

Холодная правка в про­цессе механической обработки приводила к возникновению боль­ших остаточных напряжений. Исследованиями на усталостных машинах коленчатых валов, подвергавшихся холодной правке, и валов, не подвергавшихся правке, показали значительную разницу в их прочностных характеристиках. Усталостная проч­ность коленчатых валов, подвергавшихся холодной правке, снижается на 30% и более. При этом характерно значительное рассеяние разрушающих напряжений . В процессе эксплуата­ции двигателя происходила релаксация остаточных напряжений, что приводило к короблению валов и отрицательно сказывалось на надежности как собственно вала, так и сопрягаемых с ним деталей и прежде всего подшипников (вкладышей) и блока ци­линдров.

Перецентровка коленвала

Чтобы исключить причины, вызывающие появление остаточ­ных напряжений, в технологию изготовления вала введены до­полнительные операции перецентровки: первая — после обтачи­вания коренных шеек, вторая — после термической обработки. Базой при перецентровках приняты первая и четвертая коренные шейки, что позволило усреднить биение и снизить припуски на последующую обработку. Во время второй перецентровки, произ­водимой на алмазно-расточном станке, кроме корректировки центров улучшается форма центровых фасок, уменьшается шеро­ховатость поверхности, что важно для последующей обработки детали на финишных операциях. Все это позволило ликвиди­ровать операции правки валов, уменьшить и стабилизировать межоперационные припуски и, в конечном итоге, благоприятно сказалось на надежности коленчатых валов в эксплуатации. Проблема снижения остаточных напряжений решена путем внед­рения более производительного и прогрессивного способа пред­варительной обработки коленчатых валов методом кругового фрезерования. При этом методе обработка производится много­резцовыми фрезерными головками, оснащенными твердосплав­ными неперетачиваемыми пластинками с механическим крепле­нием. Резание ведется на скорости 100—150 м/мин. Коленчатый вал производит за цикл медленный поворот в режиме подачи. Количество шеек, обрабатываемых за один поворот детали, соот­ветствует количеству фрезерных головок. Таким методом можно обрабатывать как коренные, так и шатунные шейки. По сравне­нию с точением фрезерование характеризуется сравнительно невысокой нагрузкой на коленчатый вал во время обработки. Достигается это соответствующим расположением режущих кро­мок пластинок фрезерной головки, благодаря чему весь профиль шейки делится на отдельные участки (секторы). При этом режу­щие кромки инструмента вступают в работу попеременно, что значительно снижает силы резания. Привод круговой подачи осуществляется с обоих концов вала, благодаря чему исключается   его деформация  и обеспечивается высокая геометрическая точность. Стружка дробится, что также положительно сказывается на параметрах процесса.

Обработка шатунных шеек

Обработка шатунных шеек, раз­личается методом врезания фрезерной головки. По первой схеме врезание производится в проем между щеками на величину  до достижения заданного диаметра шейки А по­следующее снятие припуска ведется при круговой подаче. По второй схеме  врезание происходит непосредственно в шейку, а остальная ее часть и проем между щеками обрабаты­ваются при круговой подаче. В этом случае за счет уменьшения длины врезания повышается производительность обработки. По первой схеме обрабатываются валы двенадцати цилиндровых дви­гателей одновременно двумя фрезами от самостоятельных при­водов последовательной обработки в сочетании 1—6-й, 2—5-й и 3—4-й шейки. Контуры шейки и щек формируются на раздель­ных станках. Шейки и щеки валов шести- и восьмицилиндровых двигателей обрабатываются по второй схеме на одном станке. Станок имеет самостоятельные позиции с независимыми приво­дами для обработки двух валов одновременно.

Коренные шейки фрезеруются одновременно, при этом выдерживаются размеры.  Шатунные шейки фрезеруют после­довательно (1, 2, 3 и 4-я) с выдержкой диаметра шейки  и толщины буртиков щек  с обоих сторон, радиусов галтелей, радиуса кривошипа . Оси кривошипов 2, 3 и 4-й шейки относительно 1-й выдерживаются с точностью ±15′. Линейные размеры до торцов щек выдерживаются с точностью 0,2 мм. Ширину шеек и радиусы галтелей по заданным размерам определяет приме­няемый инструмент. На круглофрезерные станки вал поступает с обработанными хвостовиками для базирования  в  постелях зажимных патронов и с проточкой диаметром  и ши­риной  на средней шейке для установки люнета. При фрезе­ровании коренных шеек средняя опора находится в жестком люнете, а 2 и 4-я шейки устанавливаются в следящий гидравли­ческий люнет. Благодаря этому деталь имеет надежное крепле­ние и не подвергается деформации при обработке. Снятие при­пуска ведется двумя комплектами, состоящими из двух и трех фрез, расположенных с противоположных сторон детали. Такая схема размещения инструмента позволяет снизить величину сил, скручивающих вал при обработке. При фрезеровании шатунных шеек 2, 3 и 4-я коренные шейки находятся в гидролюнетах, а 1 п 5-я помещены в базовых вкладышах зажимных патронов. В про­цессе фрезерования шатунной шейки фреза совершает синхронное С кривошипом вала возвратно-поступательное перемещение в го­ризонтальной плоскости. Как видно из приведенных схем, усилия резания  воспринимаются   хвостовиками   вала,   закрепленными I патронах жестких шпинделей. Двойной привод вала, жесткие и точные люнеты, установленные на шейках, обеспечивают мини­мальное скручивание и прогиб вала. Деформации вала по новой технологии 0,1—0,2 мм (против 1,5—2 мм по старой). Это позво­лило отказаться от первой перецентровки и получить после закалки ТВЧ и отпуска коленчатые валы с биением по коренным шейкам в пределах 0,3—0,4 мм.

Благодаря высокой точности, достигаемой на станках для кругового фрезерования, припуски на шлифование обработанных коренных и шатунных шеек сводятся к минимуму. При данном методе на обработанной поверхности образуется огибающая кривая в виде многоугольника с большим количеством граней. Такой профиль является результатом специфических условий обработки данным инструментом. При рассмотрении поверхности обработки кажется на первый взгляд, что последующее оконча­тельное шлифование можно осуществить только с повышенным износом шлифовального круга. Однако на практике имеет место обратная картина, когда грани вызывают саморегулирующий износ и очистку зерен шлифовального круга. Эта особенность процесса позволяет в ряде случаев отказаться от операции пред­варительного шлифования. Фрезерные головки оснащены твердо­сплавными поворотными пластинками, которые устанавливаются в точно выполненные пазы и закрепляются при помощи каленых клиньев.

В зависимости от профиля пластинки имеют до восьми режу­щих кромок. При повороте или замене пластинок сохраняется точность кругового вращения и ширина инструмента в пределах допуска пластинок, который составляет по ГОСТ 19086—73. Материал пластинок для обработки валов из стали 50Г-СШ и 60ХФА — твердый сплав Т14К8; формы пласти­нок 07141—270660 по ГОСТ 19061—73, 09141—180600 по ГОСТ 19058—73 и др. Смена и проверка пластинок фрезерной головки осуществляется вне станка, поэтому при замене фрезы не требуется наладки станка, что обеспечивает сокращение вре­мени на простой оборудования, связанный с техническим обслу­живанием, и обеспечивает стабильное качество. В настоящее время метод кругового фрезерования шеек коленчатых валов наиболее прогрессивен, так как обеспечивает высокую произво­дительность и точность получения геометрических параметров детали, а также снижение внутренних напряжений в волокнах металла. Конструкции станков для данного вида обработки со­вершенствуются. В частности, кругло фрезерные станки с внеш­ним расположением инструмента заменяются станками, где обра­ботка ведется фрезой с внутренним расположением зуба. Новый принцип обработки позволяет, с одной стороны, создать более жесткий рабочий орган фрезерной головки, что обеспечивает спокойную работу при повышении режимов более чем в 2 раза, с другой стороны, станок стал меньше по габаритам. Примером та­ких станков могут служить мод. RFК-250, RFК400 фирмы «Геллер».

Коленвал – что это такое и как он работает?

Коленвал – это один из главных элементов двигателя. Он является частью кривошипно-шатунного механизма. Она имеет сложное устройство. Что собой представляет данный механизм? Давайте рассмотрим.

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.

Коленчатый вал ДВС воспринимает большие нагрузки, поэтому он изготавливается с большим запасом прочности. Материалы для изготовления коленвала следующие:

• углеродистая сталь;
• хромомарганцевая сталь;
• хромоникельмолибденовая сталь;
• высокопрочный чугун.

Марки стали состава коленвала в порядке распространенности:

1. Сталь 45. Означает, что в сплаве металла содержится от 0,42 до 0,5 % углерода (С).
2. Сталь 45Х. Это конструкционный легированный сплав, в котором содержится хром в количестве 1%. Из справочников по ГОСТу хрома содержится в этой марке от 0,8 до 1,1 %.
3. Сталь 45Г2. Буква Г в шифре стали означает, что содержится марганец (Mn) в количестве 2%.
4. Сталь 50Г. Этот шифр обозначает, что это марганцевая сталь с содержанием 1% марганца (Mn) и 0,5% углерода (С).

Если в шифре сплава металла содержится более, чем 2,14% углерода (С), то — это чугун.

Марки стали коленвалов дизельных двигателей:

1. Сталь 40ХНМА.
2. Сталь 18ХНВА.

История

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

Размеры коленчатых валов[править | править код]

Определяются как результат расчётов, причём часть размеров задаётся исходя из выбранной компоновки. Например, количество шатунных шеек определяется в зависимости от числа цилиндров. В многорядных двигателях (V, W, X-образных, звездообразных) одна шатунная шейка воспринимает нагрузки сразу нескольких шатунов (или одного центрального, соединённого с прицепными). Коленчатый вал воспринимает крутящий момент, имеющий переменное значение, а следовательно, работает на скручивание и должен иметь достаточный запас прочности (обычно 2,5) по усталостному напряжению на сдвиг[источник не указан 374 дня].

Стальные валы (чаще всего) имеют невысокое внутреннее демпфирование крутильных колебаний, что в некоторых случаях угрожает валу разрушением из-за резонанса при прохождении опасной зоны по числу оборотов. Поэтому валы такие снабжают демпферами крутильных колебаний, расположенными на переднем носке вала[источник не указан 374 дня].

Кроме усталостной прочности, коленвалы должны иметь определённую площадь шеек, задающую контактное давление подшипников скольжения или качения. Максимальное контактное давление и скорость скольжения для антифрикционных материалов может быть несколько повышено при высокой твёрдости шеек и высококачественной смазке. Превышение их выше допустимых ведёт к выплавке/растрескиванию антифрикционного слоя или питтингу роликов (подшипники качения)[источник не указан 374 дня].

Диаметр шатунных шеек (исходя из упомянутых соображений) может быть увеличен косым разъёмом шатуна (что увеличивает его трудоёмкость и стоимость), длину же можно увеличить либо за счёт коренных шеек (что увеличивает контактное давление), либо увеличением расстояния между цилиндрами (что ведёт к увеличению габаритов и массы двигателя). В последние десятилетия, в связи с появлением новых высокопрочных антифрикционных сплавов и высококачественных масел, длину шеек валов (а вместе с ним — и межцилиндровое расстояние) конструкторы сокращают[источник не указан 374 дня].

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.

Шестерня коленвала и ее значение

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

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

• Автор: Михаил
• Распечатать

Оцените статью:

(4 голоса, среднее: 2 из 5)

Взаимодействие коленчатого вала с другими деталями

Как было сказано, коленвал принимает нагрузки от шатунов, преобразуя их в крутящий момент. Этот момент передается через хвостовик (заднюю выходную часть вала) маховику и далее — трансмиссии. Через другую часть вала — переднюю, или носок — крутящий момент передается на вал газораспределительного механизма и вспомогательные системы двигателя.

Также на носке часто монтируется гаситель крутильных колебаний — несложное устройство из двух дисков, соединенных через пружины, резиновую прокладку, силиконовую жидкость или иной упругий материал. Гаситель сводит к минимуму возникающие во время работы двигателя крутильные колебания вала, снижая риск его повреждения.

Неисправности и их решение

Из чего сделан коленвал? Для его изготовления применяют металлы и сплавы повышенной прочности. Казалось бы, риск поломки исключён или минимален, но это не совсем так. Со временем из-за постоянных экстремальных нагрузок появляется износ, и даже стальной элемент способен выйти из строя.

Деталь постоянно сталкивается с механическими нагрузками от поршневой группы, поступающее давление измеряется в нескольких тоннах. Добавляет нагрузку инерционные силы в элементах коленвала. Помимо этого, при работе двигателя внутреннего сгорания температура коленвала стремительно возрастает и достигает нескольких сотен градусов.

Если вовремя обслуживать автомобиль, то коленчатый вал может без поломок прослужить до 300 тыс. км пробега. Ну а если на станцию техобслуживания ездить редко, то могут возникнуть разные неисправности. Какие основные неисправности коленчатого вала и как их исправить?

Задиры шатунных шеек кривошипа

Износ шатунной шейки встречается довольно часто потому что именно в области данного узла образуется максимальная сила трения при наибольшем давлении. Под воздействием перечисленных условий, в местах приложения нагрузки образуются выработки, создающие препятствия для естественного и свободного хода подшипника. Коленвал может неравномерно прогреваться после пуска мотора и в результате деформироваться.

Внимание! Рассматривать такую проблему как незначительную – не следует, потому что повышается уровень вибрации внутри мотора. Сам механизм набирает температуру, происходит его стремительное разрушение по цепочке (расплавляются вкладыши) и в итоге может пострадать двигатель авто.

Убрать проблему поможет моторист, умеющий делать качественную шлифовку шатунных шеек. Процедура приведёт к существенному уменьшению их диаметра. Для получения одномерности всех кривошипов, манипуляцию выполняют на качественных токарных станках, поскольку точность требуется для размеров меньше, чем 1 мм. Экономить не следует, элемент следует доверять только профессионалу, а не обращаться к сомнительным мотористам.

Задиры на шейке коленвала

После устранения основной проблемы диаметр технических зазоров детали заметно увеличится. После обработки на них стоит установить специальный вкладыш, призванный заполнить пустующее пространство.

Опытные автовладельцы знают – чтобы минимизировать вероятность появления проблемы, стоит постоянно контролировать уровень масла в баке и доливать его время от времени. Если смазки будет недостаточно, задиры появятся с большой вероятностью. Также мотористы рекомендуют смотреть на качество купленной смазки. Ездить на дешёвом или старом загустевшем масле – опасно, ремонт автомобиля потом может стоить гораздо дороже, чем стоимость важного расходника. Дополнительно может выйти из строя масляный насос.

Срез шпонки кривошипа

Что крутит коленвал и за что отвечает этот элемент, становится понятно при обнаружении этой проблемы. Именно шпонка механизма делает возможной передачу крутящего момента с вала на приводной шкив. Оба компонента имеют собственные пазы, в которых заключается специальный клин. При использовании материалов низкого качества в производстве, деталь обрезается. Это случается при заклинивании мотора. Ситуация – редкая.

Когда пазы шкива и КМН целы, можно сменить шпонку. В старых двигателях, манипуляция не даст результатов из-за образования большого люфта при соединении. Примитивный коленчатый вал не сможет работать как надо, потому ремонтники чаще всего советуют сразу менять детали на новые.

Износ отверстий фланца

На хвостике коленчатого вала крепится фланец с несколькими отверстиями, предназначенными для присоединения маховика. Со временем именно они разбиваются. Такое состояние называют износом усталости.

При работе элемента при больших нагрузках на металле образуются незаметные трещины, которые могут быть одиночными или групповыми. Последние чаще всего возникают в местах углубления детали.

Неисправность устраняется при рассверливании отверстий в результате установки болтов большего диаметра. Манипуляцию производят как с маховиками, так и с фланцами.

Течь из-под сальника

На коренных шейках вала есть два сальника. Они находятся с разных сторон. Основная цель элемента – предупредить протекание масла из-под подшипников. При попадании смазки на приводные ремни газораспределительного механизма их ресурс снижается, масло может разъесть резину. Это повышает расход горючего и масла, снижается управляемость автомобиля. А в итоге можно «попасть» на очень дорогой ремонт двигателя. Основные причины появления течи:

• вибрации вала – происходит преждевременный износ внутренней части элемента из-за его неплотного прилегания к шейке;
• длительное нахождение машины на улице зимой – сальник просто пересыхает, утрачивает собственную эластичность, дубеет от мороза;
• плохое качество детали – бюджетный элемент всегда имеет пониженный рабочий ресурс;
• попадание газов в картер, либо отсутствие вентиляции этой детали. Повышенное давление заставит протечь даже новенький сальник;
• неточности при установке – монтаж не должен производиться набивным методом с использованием молотка, чтобы деталь работала полноценно, для её монтажа надо применять специальную оправку.

Текущий сальник коленвала

На что влияет сальник понятно. Это прокладка, являющаяся расходником. Чаще всего происходит одновременный износ обеих элементов. Если произошёл износ одного, все равно лучше менять весь комплект. Износ следует проверять после пробега в 100-200 тыс. км.

Неисправность датчика коленвала

Это важный элемент цепочки, размещаемый на самом двигателе, он обеспечивает синхронную работу инжектора и зажигания. При возникновении неисправности, пуск мотора будет невозможным.

Электромагнитный датчик считывает много данных, которые передаются в бортовой компьютер, а он их регулирует. Главными данными являются впрыск горючего и зажигание. Пока импульс не поступит, бортовой компьютер не отдаст команду на выполнение.

Что указывает на проблемы с датчиком? Ухудшение запуска двигателя, у него нестабильная мощность, а также он может внезапно заглохнуть. На приборной панели горит надпись Check Engine.

Ремонт элемента невозможен, проблема устраняется только при помощи замены. Важно суметь подобрать правильную модель для установки на двигатель определённого типа, иначе мотор будет работать неправильно. При несоблюдении этого параметра, положение коленвала может не соответствовать действительности. ДВС не будет работать полноценно, это может привести к преждевременному износу отдельных элементов цепи.

Обработка коленвала.

Коленвалы ДВС в процессе изготовления подвергаются механической и химико-термической обработкам. Так как коленчатый вал двигателей — это сложное устройство с высокой точностью, оно делается с высокими квалитетами только на заводах. Механобработка вала, в основном, понятна многим — это изменение формы по заданным параметрам.

Химическая обработка коленвалов — это закалка током высокой частоты (ТВЧ), азотирование, закалка поверхностного слоя. Изношенные азотированные валы не шлифуют, они подлежат замене. Благодаря всем этим хим и термическим обработкам повышается прочность и износоустойчивость.

Автор публикации

15

Комментарии: 25Публикации: 324Регистрация: 04-03-2016

Для чего нужен датчик коленвала

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

Встречаются датчики следующих видов:

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

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

Читайте также: Признаки неисправности датчика положения коленвала.

См. также[править | править код]

• Кривошипно-шатунный механизм
• Поршневой двигатель внутреннего сгорания
• Дисбаланс

Ссылки

• Основные дефекты коленчатых валов

Замена коленвала

Итак, как снять коленвал? Для этого потребуется полная разборка двигателя.

Для замены необходимо:

• стандартный набор инструментов;
• динамометрический ключ;
• фиксатор коленвала MR 1-233.

Снятие коленвала возможно выполнить после демонтажа двигателя и установки его на ремонтный стенд, узлов ГРМ, оборудования двигателя, ГБЦ, шатунов и поршней.

Схема сборки и установки в блок двигателя коленчатого вала Skoda OCTAVIA TDI 1996-2002 г.в 1,9,1315,17 — болты крепежные, 3 — фланец, передний прижимной, 4 — вкладыш подшипника, 5 — звездочка цепной передачи, 6 — коленчатый вал, 7 — вкладыш подшипника, 8 — полукольца коленвала, 10 — крышка подшипника, 11 — установочный штифт, 12 — колесо датчика, 2 — уплотнительное кольцо (сальник), 14 — маховик и ведущий диск, 16 — промежуточная пластина, 18 — уплотнительная прокладка (с сальником).

Коленчатый вал — обзор | ScienceDirect Topics

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

РИСУНОК 6. Поперечный разрез впускного коллектора.

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

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

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

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

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

РИСУНОК 7. Динамическая модель впускного коллектора.

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

Изменение давления во впускном коллекторе определяется по формуле:

(10) pm = 1τ (ma, in − f1 (n, pm))

с постоянной времени интегрирования τ:

(11) τ = VmκRϑa

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

РИСУНОК 8. Сравнение измеренного и рассчитанного давления в коллекторе.

Обе постоянные времени изменяются обратно пропорционально частоте вращения двигателя.

Баланс крутящего момента на коленчатом валу составляет

(12) 2πJdndt = Tcomb − Tload

Двигатель с разомкнутым сцеплением (т. Е. Без трансмиссии) имеет момент инерции в диапазоне:

J = 0,15… 0,30 кг / м2

Вводя нормированные переменные, получаем:

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

с постоянной времени,

(14) Tj = 2πJ · n0T0

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

J = 0.3 кг / м ³

n ₀ = 6000 об / мин

T ₀ = 300 Нм

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

РИСУНОК 9.Блок-схема регулирования холостого хода.

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

и разность переменных, получаем:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1.

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

2.

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

Эти две точки упрощают конструкцию управления. Сложностью может быть турбонаддув, который вносит значительную временную задержку в реакцию массового расхода воздуха m.a на переходные процессы управляющего входа.

Материалы коленчатого вала

…

Материалы коленчатых валов должны быть легко обработаны, подвергнуты механической обработке и термообработке, и должны иметь соответствующую прочность, ударную вязкость, твердость и высокую усталостную прочность.Коленчатый вал изготавливается из стали методом ковки или литья. Вкладыши коренного подшипника и шатунного подшипника изготовлены из баббита, сплава олова и свинца. Кованые коленчатые валы прочнее литых, но стоят дороже. Кованые коленчатые валы изготавливаются из стали марки SAE 1045 или аналогичной. Поковка позволяет получить очень плотный и прочный вал с зерном, идущим параллельно направлению главного напряжения. Коленчатые валы отливаются из стали, модульного чугуна или ковкого чугуна. Основное преимущество процесса литья состоит в том, что материал коленчатого вала и затраты на обработку снижаются, поскольку коленчатый вал может быть изготовлен близко к требуемой форме и размеру, включая противовесы.Литые коленчатые валы могут выдерживать нагрузки со всех сторон, поскольку структура металлического зерна однородна и случайна по всей длине. Противовесы на литых коленчатых валах немного больше, чем противовесы на кованых коленчатых валах, потому что литой металл менее плотный и, следовательно, несколько легче.

Обычно автомобильные коленчатые валы в прошлом выковывались, чтобы иметь все желаемые свойства. Однако с развитием чугуна с шаровидным графитом и усовершенствованием технологий литейного производства, теперь предпочтение отдается литым коленчатым валам при умеренных нагрузках.Кованые валы предпочтительны только для тяжелых условий эксплуатации. Выбор материалов коленчатого вала и термообработки для различных применений заключается в следующем.

(i) Марганцево-молибденовая сталь.

Это относительно дешевая ковочная сталь, которая используется для коленчатых валов бензиновых двигателей средней мощности. Этот сплав состоит из 0,38% углерода, 1,5% марганца, 0,3% молибдена и остального железа. Сталь подвергается термообработке закалкой в ​​масле от температуры 1123 К с последующим отпуском при 973 К, что обеспечивает твердость поверхности около 250 по числу Бринелля.Благодаря такой твердости поверхности вал подходит как для подшипников с оловянно-алюминиевым, так и свинцово-медным покрытием.

(ii) 1% хромомолибденовая сталь.

Эта кузнечная сталь используется для коленчатых валов бензиновых и дизельных двигателей средних и тяжелых режимов эксплуатации. В состав этого сплава входят 0,4% углерода, 1,2% хрома, 0,3% молибдена и остальное железо. Сталь подвергается термообработке путем закалки в масле при температуре 1123 К с последующим отпуском при 953 К. Это обеспечивает твердость поверхности около 280 по числу Бринелля.Для использования более твердых подшипников шейки могут быть подвергнуты термической или индукционной поверхностной закалке до числа Бринелля 480. Для очень тяжелых условий эксплуатации процесс азотирования позволяет получить поверхность с числом алмазной пирамиды 700 (DPN). Эти опорные поверхности подходят для всех подшипников с оловянно-алюминиевым и бронзовым покрытием.

(iii) 2,5% никель-хром-молибденовая сталь.

Эта сталь используется для дизельных двигателей, работающих в тяжелых условиях. Состав этого сплава — 0,31% углерода, 2,5% никеля, 0.65% хрома, 0,55% молибдена и остальное железо. Сталь сначала подвергается термообработке закалкой в ​​масле от температуры 1003 К, а затем отпускается при подходящей температуре, не превышающей 933 К. Это обеспечивает твердость поверхности в районе числа Бринелля 300. Эта сталь немного дороже марганцево-молибденовых и хромомолибденовых сталей, но имеет улучшенные механические свойства.

(iv) Сталь с 3% -ным хромомолибденом или 1,5% -хром-алюминием-модибденом.

Эти кованые стали используются для коленчатых валов дизельных двигателей, пригодных для подшипников из твердых материалов с высокой усталостной прочностью.Легирующие композиции включают 0,15% углерода, 3% хрома и 0,5% молибдена или 0,3% углерода, 1,5% хрома, 1,1% алюминия и 0,2% молибдена. Первоначальной термообработкой для обеих сталей является закалка в масле и отпуск при 1193 К и 883 К или 1163 К и 963 К соответственно для двух сталей. Валы закалены азотированием, так что азот поглощается их поверхностными слоями. Если азотирование выполняется хорошо в галтелях шейки, усталостная прочность этих валов увеличивается как минимум на 30% по сравнению с валами с индукционной закалкой и валами с закалкой поверхности пламенем.Сталь с 3% -ным содержанием хрома имеет относительно прочную поверхность и твердость от 800 до 900 DPN. С другой стороны, кожух из стали с содержанием 1,5% хрома имеет тенденцию быть немного более хрупким, но имеет повышенную твердость порядка от 1050 до 1100 DPN.

(v) Чугуны с шаровидным графитом.

Эти чугуны также известны как чугуны со спероидальным графитом или ковкие чугуны. Эти серые чугуны содержат от 3 до 4% углерода и от 1,8 до 2,8% кремния, а узелки графита диспергированы в перлитной матрице вместо образования поддельного графита.Для достижения этой структуры в расплав добавляют около 0,02% остаточного церия или 0,05% остаточного ниагния, или даже то и другое, благодаря чему сера удаляется и в литом материале образуется множество небольших сфероидов. Поверхностная твердость литого чугуна с шаровидным графитом выше, чем у стали аналогичной прочности, их соответствующие твердости составляют от 250 до 300 и от 200 до 250 по числу Бринелля. Пламенная или индукционная закалка позволяет получить поверхность с числами Бринелля от 550 до 580, а также при необходимости может быть применено азотирование.

Чугун с шаровидным графитом обладает преимуществами свойств серого чугуна (то есть низкой температурой плавления, хорошей текучестью и литьем, отличной обрабатываемостью и износостойкостью), а также механическими свойствами стали (а именно относительно высокой прочностью, твердостью, ударной вязкостью). , удобоукладываемость и закаливаемость). В настоящее время большое количество коленчатых валов как для бензиновых, так и для дизельных двигателей изготавливается из чугуна с шаровидным графитом, а не из более дорогой кованой дорогой кованой стали. Для поддержания несколько более низкой ударной вязкости и усталостной прочности этих чугунов используются более крупные сечения и максимальное количество основных шеек.

Термическая обработка.

(a) Пламенное и индукционное поверхностное упрочнение.

Это методы поверхностного упрочнения стали с содержанием углерода от 0,3 до 0,5% без использования специальных соединений или газов. Основной принцип — быстрое нагревание поверхности с последующей закалкой только водой. Поскольку он нагревается локально, а не нагревает всю массу, упрочнение значительно снижается, и исключается деформация цапфы.

Закалка в пламени осуществляется кислородно-ацетиленовым пламенем при температуре поверхностного слоя от 993 до 1173 К.Температура поверхности зависит от эквивалента содержания углерода различных легирующих элементов в стали. За процессом нагрева следует закалка в воде. Поскольку фактический период нагрева и охлаждения имеет решающее значение, он задается заранее и в большинстве случаев регулируется автоматически.

Индукционная закалка осуществляется путем электрического наведения тепла на закаливаемую поверхность. В этом случае исключается опасность перегрева или ожога поверхности металла, как при закалке пламенем.Индукционная катушка окружает цапфу и проводит ток высокой частоты. Это вызывает циркулирующие вихревые токи на поверхности шейки, в результате чего ее температура повышается, и тепло в основном ограничивается внешней поверхностью шейки. В этом процессе, чем выше частота тока, тем ближе тепло к коже. При достижении необходимой температуры ток автоматически отключается, а поверхность одновременно гасится струей воды, которая проходит через отверстия в индукционном блоке.

(b) Азотирование. Процесс поверхностного упрочнения.

В этом процессе цапфы нагреваются до 773 К в течение заданного времени в атмосфере газообразного аммиака, так что азот в газе абсорбируется поверхностным слоем. Легирующие элементы, такие как хром, алюминий и молибден, присутствующие в стали, из твердых нитридов. Нитриды алюминия образуют очень твердый неглубокий футляр. Нитриды хрома диффундируют на большую глубину, чем нитриды алюминия. Молибден увеличивает прокаливаемость, дает измельчение зерна и улучшает ударную вязкость сердечника.

В этом процессе можно напрямую отшлифовать цапфы до их окончательного размера, так как после азотирования не происходит закалки, что позволяет избежать деформации в отличие от других процессов поверхностного упрочнения. Низкая скорость проникновения через поверхность увеличивает стоимость процесса, например, для изготовления корпуса глубиной около 0,2 мм требуется 20 часов.

(c) Процесс карбонитрирования. Поверхностное упрочнение.

Tufftride ’- это самый известный процесс карбонитрирования в соляной ванне. Коленчатый вал погружается в ванну с расплавом солей при температуре около 853 К на относительно короткий цикл, составляющий два-три часа.При этом углерод и азот отделяются от солей и диффундируют на поверхность. Поскольку азот более растворим в железе, чем углерод, он диффундирует дальше в материал. На поверхности образуются твердые карбиды железа и вязкие нитриды железа, в результате чего значительно повышается устойчивость к износу, истиранию (отслаиванию поверхности), заеданию и коррозии.

В зависимости от используемой стали этот внешний слой имеет глубину заклинивания от 6 до 16 с твердостью от 400 до 1200 DPN. Под этим внешним слоем избыточный азот переходит в твердый раствор с железом, благодаря которому он укрепляется.Эта внутренняя диффузионная зона образует барьер, предотвращающий распространение трещин, ведущих к усталостному разрушению.

Эта поверхностно-упрочняющая обработка, также известная как мягкое азотирование МАХОВИКА, становится все более популярной как для сталей, так и для чугунов, и ожидается, что она заменит другие более дорогие процессы для компонентов с использованием простых углеродистых сталей, требующих твердости поверхности и коррозионной стойкости. Этот процесс намного быстрее и дешевле и дает свойства, аналогичные азотированию, но глубина твердости обычно меньше, что может быть проблемой, если вал должен быть переточен.

Информация о коленчатых валах — ТЭЦ Как это работает

Внезапно вездесущий 383 оказался в центре внимания. В то время как маленькие блоки объемом 400 с лишним кубических дюймов становятся скорее правилом, чем исключением, прошлогодние комбинации ударов стали тяжелым случаем синдрома Наполеона. 540ci Rat — это новый 496, и если вы хотите построить 632, отследить компоненты короткого блока, необходимые для реализации ваших фантазий о смещении, и найти головку блока цилиндров, достаточную для их питания, — это всего лишь каталог заказа по почте.Что делает все это возможным, так это массовый приток доступных по цене коленчатых валов. Прошли те времена, когда заводские шатуны с офсетной шлифовкой для получения минимального увеличения рабочего объема и чистки складских площадок в поисках неуловимых 400 кривошипов для сборки из небольших блоков. Сегодняшние шатуны из литой стали на вторичном рынке могут серьезно пострадать, а современные сплавы 4340 могут выдержать столько злоупотреблений, сколько вы реально можете бросить на них.

Тем не менее, есть несколько очень простых вопросов, которые необходимо решить при покупке нового коленчатого вала.Всем известно, что поковки прочнее отливок, но насколько они прочнее и сколько силы выдерживают? Какое место в иерархии занимают кривошипы для заготовок? Что отличает различные марки сплавов? Какие существуют процедуры термической обработки и насколько они эффективны? Насколько выгодны легкие шатуны? Чтобы найти ответы на некоторые вопросы, мы связались с ведущими специалистами в области производства коленчатых валов, включая Алан Дэвис из Eagle, Том Либ из Scat, Дуэйн Боуз из Callies, Тим Лэнгли из Lunati и Шон Менденхолл из Coast High Performance.Вот что они сказали.

Литой, кованый или заготовка
Алан Дэвис: «Понимание иерархии коленчатых валов может сбивать с толку из-за номенклатуры. Возьмем, например, кривошип из кованой стали 4340.« 4340 »относится к типу металла Сплав, из которого сделан кривошип, а слово «кованый» относится к тому, как производится эта сталь. Вы можете сделать кривошип 4340 литым, но это не имеет смысла, потому что вы будете подвергать очень дорогой металлический сплав самому простому производству. процесс, который не дает самого прочного конечного продукта.Как следует из названия, литой кривошип начинается с жидкого чугуна или стали и заливается в форму, которая очень напоминает окончательную форму кривошипа. Преимущество процесса литья заключается в том, что он сокращает объем чистовой машинной работы, необходимой для перевода рукоятки из необработанного состояния в готовое, что снижает затраты. Точно так же оборудование, используемое для изготовления литого кривошипа, относительно недорогое. Это объясняет, почему в большинстве серийных двигателей используются литые кривошипы и почему качественные литые стальные агрегаты на вторичном рынке можно купить всего за 170 долларов.

«С другой стороны, изготовление кованого кривошипа — гораздо более сложный процесс. При ковке вы начинаете с большого слитка стального сплава, а затем измельчаете его до формы с помощью 200-тонного пресса и штампов. Прессы, необходимые для штамповки кривошипа, стоят не менее 100000 долларов, поэтому вам нужно взять на себя обязательство построить тонну кривошипов, прежде чем вы сможете окупить свои вложения в оборудование. Кроме того, процесс ковки не так точен, как процесс литья. это касается формы кривошипа, поэтому требуется более обширная машинная работа.Вот почему кованые кривошипы стоят в три-четыре раза дороже, чем литые, но компромисс — резкое увеличение прочности. Типичный литой кривошип с малым блоком имеет мощность до 500 л.с., а поковка 4340 — 1500 л.с.

«Кривошипы для заготовок похожи на кованые кривошипы в том, что они также начинаются как большой слиток стали. Разница в том, что заготовки для заготовок уже выкованы, и им придана форма, вместо того, чтобы их забивать в матрицу с помощью штампа. Гидравлический пресс.Однако преимущество кривошипов для заготовок заключается в том, что они легко адаптируются к коротким производственным циклам, поскольку вам не нужно вкладывать средства в дорогие прессы и матрицы.Это может стоить 3000 долларов, но вы можете заказать кривошип из заготовки с любой длиной хода и любым диаметром шейки по вашему желанию. У вас нет такой гибкости с кованой рукояткой. Даже если вы произвели партию из 1000 шатунов, вы все равно не сможете окупить затраты на штампы и прессы, необходимые для их производства ».

Том Либ: « Литые коленчатые валы производятся с использованием самых простых производственных методов. . Расплавленный металл заливается в форму, а затем обрабатывается до окончательной формы коленчатого вала.Этот метод самый недорогой и наименее долговечный. Кованые кривошипы представляют собой круглый металлический стержень, нагреваются, а затем прижимаются к форме с помощью гидравлических прессов и штампов. В поковке эта сжимающая сила сжимает молекулы вместе и создает один равномерный поток зерен. С другой стороны, структура зерна литого кривошипа выглядит как пляжный песок. Вот почему кованые кривошипы значительно прочнее литых.

«Шатуны для заготовок — самые прочные, поэтому они широко используются в гонках NASCAR Sprint Cup и Top Fuel.Визуально кривошипы заготовки неотличимы от кованых кривошипов, поэтому разница между ними заключается в структуре зерна и металле. Если вы делаете кованый малоблочный шатун Chevy с ходом 4000 дюймов, вы начинаете с круглого металлического стержня диаметром 4,75 дюйма. После процесса ковки общая ширина кривошипа составляет 6,75 дюйма. Это означает, что зерно, которое текло параллельно кривошипу, было вынуждено пройти серию поворотов на 90 градусов, чтобы сделать шейки штока и сеть.То, что когда-то было центральной линией кривошипа, теперь компенсировано растяжением, разделением и ослаблением волокон. С другой стороны, кривошип из заготовки имеет однородную зернистую структуру, а не проходит параллельно по всей длине кривошипа. Вместо того, чтобы придавать форму, кривошип для заготовки формируется из круглого прутка из кованой стали высокой степени очистки, который намного больше в диаметре. По сравнению с кованым кривошипом металлические заготовки, используемые в кривошипе для заготовки, весят более чем в два раза больше. Чтобы сделать кривошип с ходом 4000 дюймов, вы должны начать с куска стали диаметром 8 дюймов, а затем сточить его в форму кривошипа.Этот метод устраняет все факторы напряжения, давая более прочный конечный продукт, чем кованый кривошип. » что смешано с этим железом, чтобы сделать стальные сплавы. Сталь на 95 процентов состоит из железа, а разница в различных типах сплавов составляет оставшиеся пять процентов. Американский институт чугуна и стали (AISI) и Общество инженеров автомобильной промышленности (SAE) установили набор стандартов, которые определяют содержание различных марок металла.Когда вы добавляете углерод в базовый чугунный шатун, вы получаете стальное литье. Добавьте больше углерода, и тогда вы начнете изучать различные сплавы, например 1013. Материалы, добавленные в железо для изготовления сплавов, не являются дорогостоящими, но затраты на смешивание всех ингредиентов увеличиваются. В целом, 4340 считается лучшим сплавом для изготовления шатунов и шатунов. Следующим в списке идет 4130, за ним идет 5140. Заводские кованые шатуны изготавливались из сплавов, таких как 1013 или 1053. Хотя они намного прочнее железа, они не так прочны, как 4340.»

Шон Менденхолл: » Трудно обобщить, сколько мощности может выдержать кривошип, потому что есть и другие переменные, помимо того, литой шатун или кованый. Очевидно, что большие шатунные шейки и шатунные шейки будут подвергаться большему износу при работе с литым кривошипом. Для малых блоков безопасный предел для литого кривошипа составляет 500 л.с. и максимум 6500 об / мин. С большими блоками их большая сеть будет обрабатывать 650 л.с. Мы видели, как литые кривошипы в турбомоторах развивают мощность более 2000 л.с., но мы не рекомендуем это делать. В наши дни 4340 является стандартом для кованых шатунов.Всего несколько лет назад шатуны 5140 и 4130 продавались вместе с 4340 шатунами. Однако они не намного дешевле, поэтому нет смысла использовать их вместо поковки 4340. Для 99 процентов людей кривошип 4340 — это больше, чем им когда-либо понадобится. Если вы можете как-то сломать один, то, вероятно, с мотором что-то не так. Как только вы достигнете очень высоких оборотов и мощности, то заготовка может стать лучшим вариантом ».

Термическая обработка
Алан Дэвис: « Азотирование — это наиболее распространенный метод термической обработки коленчатого вала.Это увеличивает твердость поверхности шейки и улучшает износостойкость. Хотя процесс действительно немного усиливает кривошип, реальным преимуществом является улучшение ударопрочности и износостойкости, что снижает вероятность образования трещин. Это очень важно, потому что удары и износ являются наиболее частыми причинами выхода из строя кривошипа. Азотирование включает в себя установку рукоятки в печь и нанесение ионизированного азота на поверхность. Газ проникает в поверхность на 0,012–0,013 дюйма, удваивая поверхностную обвязку и увеличивая усталостную долговечность на 25 процентов.Вы также можете заточить кривошип 0,010 / 0,010 во время восстановления без повторной термообработки кривошипа ».

Дуэйн Боес: « Азотирование — это химический процесс, при котором азот абсорбируется поверхностью кривошипа при высокой температуре, что приводит к затвердеванию. кривошип. Это также увеличивает усталостную силу. Путем термической обработки опорных поверхностей кривошипа вы создаете дополнительный слой защиты, не затрагивая остальную часть кривошипа. Более старый метод термической обработки — это индукционная закалка, при которой цапфы нагреваются и погружаются в воду.Индукционную закалку можно проводить с помощью более дешевого оборудования, но если скорость охлаждения не будет тщательно контролироваться, это может привести к возникновению повышенных напряжений. Вот почему азотирование гораздо более распространено в производстве шатунов на вторичном рынке ».

Вес
Алан Дэвис: « Легкий коленчатый вал имеет тот же эффект, что и легкий маховик. На уличном автомобиле вы можете заметить немного лучшее ускорение, но на самом деле это не для уличных машин или машин для перетаскивания, если на то пошло. В приложениях для кольцевых гонок и шоссейных гонок, когда двигатель снова и снова движется вверх и вниз по диапазону мощности, и вы хотите получить максимальное ускорение при выходе из поворота, облегченная рукоятка имеет больше смысла.Однако в приложениях с сопротивлением легкий шатун не определит победителя гонки. Лучше потратить эти дополнительные деньги на более качественные головки блока цилиндров. Тем не менее, то, как облегчен шатун, так же важно, как и его вес. Сверление из пистолета включает в себя сверление осветительных отверстий прямо посередине кривошипа, но это не сильно влияет на производительность, поскольку снимает вес с центральной линии кривошипа. Если вы просверливаете метание штанги, вам также придется снимать материал с противовесов.Это приводит к уменьшению вращающегося веса, что может обеспечить небольшое увеличение ускорения ».

Процесс ковки
Тим Лэнгли: «Многие производители продают свои шатуны как поковки без скручивания. Это относится к тому, как кривошип вкован в матрицу. следующий бросок является кованым. Это позволяет вам обойтись без использования более простого штампа. В кривошипе без скручивания все четыре метра кованы одновременно.Для этого требуется гораздо более сложный штамп. Процесс без скручивания снижает внутренние напряжения во время процесса ковки, но также требует проведения процедуры при более высокой температуре, что может увеличить рост зерен и снизить прочность. Однако, если все сделано правильно, то нет никакой разницы в прочности между одним и другим ».

Шлифовка и полировка
Алан Дэвис: « Чистота поверхности коренной шейки и шейки кривошипа очень важна. Он должен быть гладким и отполированным до зеркального блеска, чтобы уменьшить трение.Меньше всего вам нужны большие вариации от высоких точек к минимуму. Эти пики и впадины создадут подъемники напряжения, и именно там будут образовываться трещины. Однако есть момент уменьшения отдачи, так как вы можете потратить дополнительные пять часов на доработку рукоятки, и это совсем не укрепит ее. При обработке кривошипа все, что требуется, — это шлифовка, дробеструйная обработка, чистовая обработка и полировка опорных поверхностей ».

Форма противовеса
Дуэйн Боэс: « Обрезка противовесов по краю ножа на самом деле не имеет большого значения. разницы в уличном моторе.На самом деле, острие в любом случае — не самая эффективная конструкция для передней кромки. Вы хотите, чтобы масло попадало на носок противовеса и плавно стекало в стороны. Острием ножа масло разбрызгивается повсюду. По правде говоря, кромка ножа была разработана больше для облегчения балансировки, чем для увеличения мощности. Закругленная передняя кромка с выпуклым носиком на самом деле является наиболее эффективной. Подобно тому, как нос корабля движется по воде, он позволяет противовесам прорезать нефть ».

Cross-Drilling
Алан Дэвис: «Способ сверления смазочных отверстий в кривошипе является предметом множества споров.Заводские кривошипы имеют стандартную смазку, что означает, что отверстия просверливаются прямо поперек коренной шейки и шейки штока. Другой метод — это поперечное сверление, и это можно сделать двумя разными способами. Первый метод — просверлить отверстие поперек оси от основной шейки до ходовой части штока, создавая «7-образный» проход в месте пересечения отверстия с осевой линией коленчатого вала. Это хорошо работает на низких оборотах, но не на высоких, так как центробежная сила отталкивает масло от бросков штока. Второй, более эффективный метод поперечного сверления — это просверливание отверстия от шейки штанги и остановка на основной шейке.Этот Т-образный канал обеспечивает более равномерный поток масла к стержням при высоких оборотах. Поперечное сверление не обязательно плохо, но это зависит от того, как вы это делаете. Сегодня в Eagle мы проводим стандартную прямую смазку. Шатуны с перфорацией получили такую ​​плохую репутацию, что мы больше не предлагаем их, но они действительно имеют преимущества, если все сделано правильно «.

Твердость по сравнению с пластичностью
Дуэйн Боуз: » Проектирование прочного кривошип — это упражнение по достижению баланса между твердостью и пластичностью.Повышенная твердость может привести к более сильному кривошипу, но он все равно должен иметь некоторую податливость, чтобы он мог изгибаться без трещин, что называется пластичностью. Хороший способ объяснить пластичность — сравнить стекло с резиной. Стекло твердое, очень твердое, но легко трескается, поэтому оно не пластичное. Резина легко гнется, поэтому она очень пластичная, но не твердая. Как и удочка, вы хотите, чтобы рукоятка немного прогибалась под нагрузкой, но возвращалась в форму без постоянной деформации. Шатуны действительно изгибаются под нагрузкой, а в двигателе с алюминиевым блоком они могут прогибаться до нуля.200 дюймов. Премиальные кованые кривошипы блистают в их способности быть чрезвычайно твердыми, сохраняя при этом пластичность. Идеальный кривошип — это такой шатун, который может быть очень твердым и сохранять свою форму, чтобы равномерно распределять нагрузки подшипника по шатуну, при этом сохраняя достаточную пластичность для предотвращения растрескивания. Как правило, с увеличением твердости кривошипа увеличивается и его предел прочности. Более высокое содержание углерода в стали увеличивает твердость, но при этом снижает пластичность. Вот почему вам не нужно слишком много углерода в кривошипе.Чугун с шаровидным графитом — наименее пластичный материал, используемый для изготовления кривошипов, поскольку поднимаясь по шкале, вы можете повысить твердость, не жертвуя пластичностью ».

Балансировка
Алан Дэвис: «При балансировке вращающегося узла для уличного двигателя цель состоит в том, чтобы уравновесить вращающуюся массу и возвратно-поступательную массу. Однако в гоночных двигателях нередко бывает уравновешивание кривошипа. Балансир обычно раскручивает кривошип на 500-750. оборотов в минуту, и по очевидным причинам безопасности вы не можете воспроизвести реальную скорость вращения кривошипа при работающем двигателе.Однако, если вы раскручиваете двигатель на очень высоких оборотах, скажем, 7000-8000, детали могут растягиваться и двигаться. Алюминиевые стержни могут растягиваться на 0,030 дюйма. Это растяжение увеличивает нагрузку на кривошип и изгибает его, заставляя поршни и штоки вести себя так, как будто они тяжелее, чем они есть на самом деле, из-за динамических инерционных эффектов. На кривошип поршни кажутся тяжелее. Поэтому, если у вас есть вращающийся узел, для которого требуется грузоподъемность 1800 грамм, двигатель может работать более плавно, если вы перебалансируете кривошип на два процента.Другими способами вы бы скомпенсировали инерционные нагрузки, которые кривошипно выдерживает при высоких оборотах, уравновешивая вращающийся узел до веса 1836 граммов вместо 1800 граммов. Балансир покажет, что кривошип не сбалансирован, но на самом деле подшипники будут выглядеть лучше, когда вы разнесете двигатель. На уличном двигателе со скоростью 6500 об / мин нет необходимости в отягощении. Это больше для гоночных двигателей, чем работа от 7000 до 8000 об / мин в течение всего дня ».

Перекрытие
Дуэйн Боэс: «Перекрытие кривошипов — это то, на что всегда следует обращать внимание.Если бы вы поставили кривошип вертикально, перекрытие можно было бы легко увидеть как части коренной шейки и шейки стержня, которые перекрывают друг друга. Чем больше у вас перекрытий, тем сильнее кривошип. Чтобы снизить производственные затраты еще в 60-х годах, производители оригинального оборудования использовали дешевые литейные материалы для своих кривошипов, но компенсировали это, сделав коренные и шатунные шейки очень большими, что увеличивало перекрытие. Однако с кривошипами ходового механизма перемещение штока дальше от сети по своей сути ослабляет кривошип, уменьшая перекрытие.Аналогичным образом, высокопроизводительные двигатели с гонками часто уменьшают диаметр шейки шатуна кривошипа, чтобы уменьшить скорость подшипника и трение. Это также уменьшает перекрытие кривошипа. К счастью, с сегодняшними качественными поковками послепродажного обслуживания перекрытие не является такой большой проблемой, как раньше ».

Коленчатый вал: принципы работы, функции, детали, проблемы

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

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

Как делают коленчатые валы

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

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

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

Читайте: Компоненты автомобильного двигателя

Функции

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

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

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

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

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

Компоненты и конструкция коленчатого вала

В состав коленчатого вала входят:

• Основные журналы
• Шатун
• Шатуны
• Противовесы

Коренные шейки несут коренные подшипники и определяют ось вращения вала.

Шатун позволяет прикрепить к нему шатун.

Шатуны соединяют шейки кривошипа с главными шейками.

Противовесы обеспечивают балансировку и крепятся к стенкам.

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

Смазка коленчатого вала

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

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

Как работает коленчатый вал

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

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

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

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

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

Распространенные неисправности коленчатого вала

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

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

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

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

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

что такое автомобильное шасси и его значение?

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

Литой против кованого коленчатого вала

Что такое коленчатый вал?

Коленчатый вал является основной вращающейся частью двигателя, установлен на шатуне, может совершать (возвратно-поступательное) движение вверх и вниз в циркуляционное движение (вращение) шатуна. Является важной частью двигателя, и его материал изготовлен из углеродистой стали или чугуна с шаровидным графитом, есть две важные части коленчатого вала: коренная шейка, шатунная шейка (и другие).Основная шейка установлена ​​на блоке цилиндров, шатун соединен с большим отверстием, маленькое отверстие шатуна шейки соединено с поршнем цилиндра, представляет собой типичный кривошипно-ползунковый механизм. Смазка коленчатого вала в основном относится к смазке подшипника между коромысла и смазка двух фиксированных точек. Вращение коленчатого вала — источник энергии двигателя. Также является движущей силой всей механической системы.

Анализ причин разрушения коленчатого вала

Поломка коленчатого вала является серьезной неисправностью двигателя, и трещина обычно возникает в местах соединения скругленных углов между шатунным штифтом, главной шейкой и шатуном или другими участками с сосредоточенным напряжением, такими как положение масляного отверстия в цапфе.

Основные причины поломки коленчатого вала:

1. Индивидуальные пользователи из-за неправильного выбора моторного масла или не обращают внимания на очистку и замену, долгое использование масла метаморфизма; Серьезные перегрузки, супервисы, вызывающие перегрузку двигателя на длительное время и появляющиеся сбои при прожиге плитки. Коленчатый вал двигателя из-за выгорания плитки сильно изнашивается. Пользователи могли отремонтировать поврежденный коленчатый вал для работы в режиме ожидания и купить установленный новый.Некоторые пользователи больше задумываются о стоимости и времени, найдут небольшую фабрику в окрестностях для ремонта, серьезно займутся наплавкой, обработкой, всей термообработкой и шлифовкой участка коленчатого вала, подверженного серьезному износу. Из-за методов ремонта и технологических проблем в соединительном скругленном углу шатунной шейки, главной шейки и плеча кривошипа будут возникать изменения, вызывающие локальную концентрацию напряжений. Поскольку коленчатый вал изготовлен из стали 45 # с закрытой штамповкой, наплавка также приведет к изменению металлографической текстуры.Таким образом, вышеуказанные два фактора вызовут второй перелом коленчатого вала.

2. После ремонта двигателя зависание сверхвысокой нагрузки без прохождения обкатки и длительное срабатывание перегрузки приведет к превышению допустимого предела перегрузки коленчатого вала.

3. При ремонте коленчатого вала применяется наплавка, нарушается динамический баланс коленчатого вала, а калибровка баланса, вызывающая большую вибрацию двигателя, не приводит к поломке коленчатого вала.

4. Из-за плохих дорожных условий серьезная перегрузка, сверхвысокая нагрузка, также приводит к усталостному разрушению и разрушению коленчатого вала из-за крутильных колебаний.

Коленчатый вал литой

Коленчатый вал является одним из ключевых компонентов автомобильного двигателя, хорошие или плохие характеристики напрямую влияют на срок службы автомобиля. Коленчатый вал работает под большой нагрузкой и постоянно меняющимся изгибающим и крутящим моментами, распространенными видами отказов являются усталостное разрушение при изгибе и износ шейки. Следовательно, необходим материал коленчатого вала с высокой жесткостью, усталостной прочностью и хорошей износостойкостью. С развитием технологии чугуна с шаровидным графитом его характеристики были улучшены, качественный и дешевый высокопрочный чугун стал одним из важных материалов для изготовления литого коленчатого вала.

С момента изобретения чугуна с шаровидным графитом в 1947 году, благодаря долгим усилиям, предел прочности на растяжение увеличился до 600 ~ 900 МПа, что приближается к уровню углеродистой стали или превышает его. По сравнению с ковкой из стали, коленчатый вал из чугуна с шаровидным графитом не только отличается простотой изготовления и низкой стоимостью, но также обладает амортизацией, устойчивостью к истиранию и нечувствителен к поверхностным трещинам.

Для высококачественных материалов, таких как QT800, QT900 для литого коленчатого вала, многие производители литых коленчатых валов также провели множество исследовательских экспериментов, в том числе исследование легирования — это еще не все, часто необходимо комбинировать размер коленчатого вала и использовать песок, покрытый железной формой, корпус Процесс литья под давлением, такой как заполнение таблеток для достижения вместе, и процесс формования при производстве марки QT600, коленчатого вала и распределительного вала марки QT700 имеет большое количество применений и стал тенденцией развития.

Кованый коленчатый вал

Для кованого коленчатого вала, стержня как заготовки, при выборе поверхности разъема следует учитывать удобство формы и применять симметричный линейный разъем. Чтобы не образовывать складки при формовании, производители штамповки должны добавить перед гибкой процесс прокатки; Точность поворота напрямую влияет на управление движением CAM, чтобы гарантировать качество формованных деталей, а также предварительную предварительную ковку перед завершающей последовательностью ковки.Из-за закрытой штамповки штамповка может образовывать заусенцы, окончательно продолжается обрезка. Для сборки требуется два головных вала, поэтому кованый коленчатый вал будет обрабатываться после штамповки.

Примечания коленчатого вала кованые:
a. использовать меньше или совсем не нагревать заготовку с помощью окислительного нагрева, охлаждая кованые коленчатые валы в антиокислительной среде, чтобы предотвратить вторичное окисление.
б. используйте матрицу для коррекции обрезки, уменьшите деформацию обрезки кованых шпонок коленчатого вала.
c. строгий контроль температуры формы, твердости формы, условий смазки и т. д. Таким образом, увеличивается цикл отказа пресс-формы от износа.

Для получения дополнительной информации о кованом коленчатом валу, следуйте руководству по проектированию кованого коленчатого вала …

Литой против кованого коленчатого вала

Литой коленчатый вал — это однократный процесс формовки, в то время как кованый коленчатый вал нужно ковать много раз. И дальнейшие процессы термообработки тоже не те. С точки зрения внутренней организации характеристики кованого коленчатого вала более стабильны, чем у литого коленчатого вала.Литые коленчатые валы будут иметь ряд дефектов, таких как песчаные дыры, ослабление, сегрегация и т. Д. Напротив, внутреннее зерно кованого коленчатого вала является однородным, что исключает дефект сырья и дефект ткани и так далее. Таким образом, самая большая разница между литым и кованым коленчатым валом заключается в том, что мы можем добиться лучшей внутренней структуры и уменьшить поломку коленчатого вала.

Кованый коленчатый вал, сделанный на нашем заводе

Мы являемся богатым и опытным производителем кованых коленчатых валов различных размеров.И мы можем изготовить кованый коленчатый вал по индивидуальному заказу из любых материалов (как выбрать материалы для кованого коленчатого вала), наша техническая команда также даст вам наши предложения, чтобы сделать ваши детали идеальными. Просто свяжитесь с нами, если вам нужен кованый коленчатый вал.

Коленчатый вал | История Wiki | Fandom

Эта статья про механическую часть. Чтобы узнать о комиксе о старом скряге-водителе автобуса, см. «Коленчатый вал» (комикс). Чтобы узнать о хоккеисте по прозвищу «Коленчатый вал», см. Дуглас Мюррей (хоккей с шайбой).

Файл: Cshaft.gif

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

Коленчатый вал , иногда сокращенно кривошип , является частью двигатель, который преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращение. Чтобы преобразовать возвратно-поступательное движение во вращение, коленчатый вал имеет «ходы кривошипа» или «шатунные шейки», дополнительные опорные поверхности, ось которых смещена относительно оси кривошипа, к которым прикреплены «большие концы» шатунов каждого цилиндра.

Обычно он подключается к маховику для уменьшения характеристики пульсации четырехтактного цикла и иногда к гасителю крутильных колебаний или колебаний на противоположном конце, чтобы уменьшить крутильные колебания, часто вызываемые по длине коленчатого вала наиболее удаленными цилиндрами. от выходного конца, действующего на крутильную упругость металла.

История []

Самое раннее использование кривошипа в машине произошло в веялке с кривошипным приводом из Китая во время династии Хань (202 г. до н.э. — 220 г. н.э.). ^[1] Кривошипно-шатунный механизм впервые был использован на водяной мельнице в поздней античности. Доказательства появляются на рельефе конца III века лесопилки из Иераполиса, Малая Азия. ^[2] Две пилорамы VI века, раскопанные в Эфесе, Малая Азия, и Герасе, Иордания, работали с аналогичным механизмом. ^[2] В Китае в 5 веке появились кривошипно-шатунные механизмы, а в 6-м веке — кривошипно-шатунные механизмы со штоком поршня. ^[3] В 9 веке неуправляемый кривошип появляется в нескольких гидравлических машинах, описанных братьями Бану Муса в их «Книге изобретательных устройств » . ^[4] Эти автоматически приводимые в действие кривошипы используются в нескольких устройствах, описанных в книге, два из которых имеют действие, приближенное к коленчатому валу. Автоматический кривошип братьев Бану Муса не позволил бы полностью вращаться, но потребовалась лишь небольшая модификация, чтобы преобразовать его в коленчатый вал. ^[5]

Устройство, показанное в манускрипте Каролингов в начале 9-го века. Утрехтский Псалтырь — это кривошипная рукоятка, используемая с вращающимся точильным камнем. ^[6] Ученые указывают на использование кривошипных рукояток в трепанационных сверлах в работе 10 века испанского хирурга-мусульманина Абу аль-Касима аль-Захрави (936–1013). ^[6]

Коленчатый вал []

В 1206 году арабский изобретатель Аль-Джазари описал самый ранний известный коленчатый вал, который он соединил с кривошипно-шатунным механизмом в своем двухцилиндровом насосе. Механизм Аль-Джазари состоял из колеса, приводившего в движение несколько шатунов. ^[7] В его водяном насосе также использовался первый известный кривошипно-скользящий 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, который включил их в шестицилиндровый двигатель. Цилиндровый насос в 1551 году. Голландский «фермер» Корнелис Корнелизоон ван Юитгест также описал коленчатый вал в 1592 году. Его ветряная лесопилка использовала коленчатый вал, чтобы преобразовать круговое движение ветряной мельницы в движение вперед и назад, приводящее в действие пилу. Corneliszoon получил патент на коленчатый вал в 1597 году.

Дизайн []

Файл: Диаграмма четырехтактного двигателя .jpg

Компоненты типичного четырехтактного поршневого двигателя DOHC. (E) Выпускной распредвал, (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, как правило, представляют собой многоцилиндровые двигатели для уменьшения пульсаций от отдельных рабочих ходов, когда к сложному коленчатому валу прикреплено более одного поршня. Многие небольшие двигатели, такие как двигатели мопедов или садовой техники, 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, обычно с несколькими шейками подшипников, установленными на сменных подшипниках (основных подшипниках), удерживаемых в блоке цилиндров. Поскольку коленчатый вал подвергается значительной боковой нагрузке от каждого цилиндра в многоцилиндровом двигателе, он должен поддерживаться несколькими такими подшипниками, а не только по одному на каждом конце. Это было одним из факторов, способствовавших развитию двигателей V8 с их более короткими коленчатыми валами, по сравнению с двигателями с восьмеркой.Длинные коленчатые валы последних страдали от недопустимой степени прогиба, 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, на которое ось кривошипа отклоняется от оси коленчатого вала, определяет измерение хода поршня и, следовательно, рабочий объем двигателя. Обычный способ увеличить крутящий момент двигателя на низких оборотах — увеличить ход.Однако это также увеличивает возвратно-поступательную вибрацию, ограничивая возможности двигателя на высоких скоростях. В качестве компенсации он улучшает работу двигателя на низких оборотах, поскольку более длинный ход впуска за счет меньшего клапана (ов) приводит к большей турбулентности и смешиванию всасываемого заряда. По этой причине даже такие высокоскоростные производственные двигатели, как современные двигатели Honda, классифицируются как «малоугольные» или длинноходные, так как их ход больше диаметра отверстия цилиндра.

Конфигурация двигателя []

Конфигурация и количество поршней относительно друг друга и кривошипа приводит к прямым, V-образным или плоским двигателям.Однако один и тот же базовый блок двигателя может использоваться с разными коленчатыми валами для изменения порядка зажигания; например, конфигурация двигателя V6 под углом 90 градусов, которая в прежние времена иногда производилась с использованием шести цилиндров двигателя V8 с укороченной версией коленчатого вала V8, производит двигатель с присущей ему пульсацией в потоке мощности из-за » отсутствуют «два цилиндра». Однако один и тот же двигатель можно сделать так, чтобы он обеспечивал равномерно распределенные импульсы мощности, используя коленчатый вал с индивидуальным ходом кривошипа для каждого цилиндра, разнесенный таким образом, чтобы поршни фактически смещены по фазе на 120 градусов, как в двигателе GM 3800.В то время как серийные двигатели V8 используют четыре хода кривошипа, разнесенные на 90 градусов, в высокопроизводительных двигателях V8 часто используется «плоский» коленчатый вал с разнесенными на 180 градусов ходами. Разницу можно услышать, поскольку плоские коленчатые валы приводят к тому, что двигатель имеет более плавный и более высокий звук, чем при поперечной плоскости (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 крестообразным шлицем.

Баланс двигателя []

Для некоторых двигателей необходимо предусмотреть противовесы для возвратно-поступательного движения каждого поршня и шатуна, чтобы улучшить балансировку двигателя.Обычно они отливаются как часть коленчатого вала, но иногда это детали на болтах. Хотя противовес значительно увеличивает вес коленчатого вала, он обеспечивает более плавную работу двигателя и позволяет достичь более высоких оборотов.

Роторные двигатели []

У многих ранних авиационных двигателей (и некоторых других применений) коленчатый вал был прикреплен к корпусу, а вместо этого вращались цилиндры, что известно как роторная конструкция двигателя. Роторные двигатели, такие как двигатель Ванкеля, называются бес поршневыми роторными двигателями.

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

Строительство []

Файл: Marine Crankshafts 8b03602r.jpg

Engine Crankshafts, 1942 год.

Коленчатые валы могут быть монолитными (цельными) или сборными из нескольких частей. Чаще всего встречаются монолитные коленчатые валы, но в некоторых двигателях меньшего и большего размера используются коленчатые валы в сборе.

Ковка и литье []

Коленчатые валы могут быть выкованы из стального прутка, как правило, путем ковки на валках или отлиты из высокопрочной стали. Сегодня все больше и больше производителей склоняются к использованию кованых коленчатых валов из-за их меньшего веса, более компактных размеров и лучшего демпфирования. В кованых коленчатых валах в основном используются стали с микролегированием ванадием, поскольку эти стали можно охлаждать на воздухе после достижения высокой прочности без дополнительной термообработки, за исключением поверхностного упрочнения поверхностей подшипников.Низкое содержание сплава также делает этот материал более дешевым, чем высоколегированные стали. Также используются углеродистые стали, но они требуют дополнительной термообработки для достижения желаемых свойств. Железные коленчатые валы сегодня в основном используются в более дешевых двигателях (например, в дизельных двигателях Ford Focus), где нагрузки ниже. В некоторых двигателях также используются чугунные коленчатые валы для версий с малой выходной мощностью, в то время как в более дорогих версиях с высокой выходной мощностью используется кованая сталь.

Обработка []

Коленчатые валы также могут быть изготовлены из заготовки, часто с использованием прутка из высококачественной стали, переплавленной в вакууме.Несмотря на то, что поток волокна (локальные неоднородности химического состава материала, образующиеся во время литья) не повторяет форму коленчатого вала (что нежелательно), это обычно не проблема, поскольку стали более высокого качества, которые обычно трудно подделать, могут быть использовал. Эти коленчатые валы, как правило, очень дороги из-за снятия большого количества материала, которое необходимо выполнять с помощью токарных и фрезерных станков, высокой стоимости материала и необходимой дополнительной термообработки.Однако, поскольку не требуется дорогостоящая оснастка, этот метод производства позволяет производить небольшие партии коленчатых валов без больших затрат.

Усталостная прочность []

Усталостную прочность коленчатого вала обычно повышают за счет использования радиуса на концах каждого коренного подшипника и подшипника шатунной шейки. Радиус сам по себе снижает напряжение в этих критических областях, но поскольку радиусы в большинстве случаев прокатываются, это также оставляет некоторое остаточное напряжение сжатия на поверхности, которое предотвращает образование трещин.

Закалка []

В большинстве производимых коленчатых валов используются поверхности подшипников с индукционной закалкой, поскольку этот метод дает хорошие результаты при низких затратах. Это также позволяет переточить коленчатый вал без повторной закалки. Но высокопроизводительные коленчатые валы, в частности, коленчатые валы с заготовками, как правило, используют вместо этого нитридизацию. Нитридизация происходит медленнее и, следовательно, дороже, и, кроме того, она предъявляет определенные требования к легирующим металлам в стали, чтобы можно было создавать стабильные нитриды.Преимущество нитридизации заключается в том, что ее можно проводить при низких температурах, она создает очень твердую поверхность, и в результате процесса на поверхности остается некоторое остаточное напряжение сжатия, что хорошо для усталостных свойств коленчатого вала. Низкая температура во время обработки выгодна тем, что не оказывает отрицательного воздействия на сталь, например, отжига. В коленчатых валах, которые работают на роликовых подшипниках, предпочтение отдается науглероживанию из-за высоких контактных напряжений Герца в таком применении.Как и азотирование, науглероживание также оставляет на поверхности некоторые остаточные напряжения сжатия.

Противовесы []

Некоторые дорогие высокопроизводительные коленчатые валы также используют противовесы из тяжелого металла, чтобы сделать коленчатый вал более компактным. В качестве тяжелого металла чаще всего используется вольфрамовый сплав, но также использовался обедненный уран. Более дешевый вариант — использовать свинец, но по сравнению с вольфрамом его плотность намного ниже.

Напряжение на коленчатых валах []

Вал подвергается воздействию различных сил, но обычно его необходимо анализировать в двух положениях.Во-первых, выход из строя может произойти в положении максимального изгиба; это может быть в центре кривошипа или на любом конце. В таком состоянии выход из строя 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 — это максимальное давление, но только часть максимального давления. ==

Список литературы []

1. ↑ Н.Сивин (август 1968 г.), «Обзор: Наука и цивилизация в Китае, , Джозеф Нидхэм», 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 водяной каменной пилы на саркофаге в Иераполе и его последствия», Журнал римской археологии 20 : 138–163 (161)
3. ↑ Джозеф Нидхэм (1975), «История и человеческие ценности: китайский взгляд на мировую науку и технологию», Философия и социальное действие II (1-2): 1-33 [4], http: / / citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.122.293&rep=rep1&type=pdf#page=12, получено 13 марта 2010 г.
4. ↑ А. Ф. Л. Бистон, М. Дж. Л. Янг, Дж. Д. Лэтэм, Роберт Бертрам Сержант (1990), Кембриджская история арабской литературы , Cambridge University Press, стр. 266, ISBN 0521327636
5. ↑ Бану Муса, Дональд Рутледж Хилл (1979), Книга изобретательных устройств (Китаб аль-Чиял) , Springer, стр. 23-4, ISBN 08339
6. ↑ ^{6.0 6,1} Нидхэм 1986, стр. 112.
7. ↑ Салли Ганчи, Сара Ганчер (2009), Ислам и наука, медицина и технологии , The Rosen Publishing Group, стр. 41, ISBN 1435850661
8. ↑ Лотфи Ромдхан и Саид Зеглул (2010), «Аль-Джазари (1136–1206)», История механизмов и машиноведения (Springer) 7 : 1-21, DOI: 10.1007 / 978-90- 481-2346-9, ISBN 978-90-481-2346-9, ISSN 1875-3442

См. Также []

• Картер, кожух, окружающий коленчатый вал
• Велосипедная шатуна
• Кривошип (механизм)
• Скоба (инструмент)
• Двигатель внутреннего сгорания
• Уравнения движения поршня
• Hudson Motor Car Company, уравновешенный коленчатый вал в 1916 г. позволил увеличить число оборотов и мощность
• Распредвал
• Кулачок

Внешние ссылки []

Шаблон: внешние ссылки

Тепловые двигатели Двигатель Карно Флюидайн Газовая турбина Горячий воздух Джет Двигатель Фото-Карно Поршень Беспоршневые (роторные) Трубка Райке Ракета Одинарный сплит Пар (возвратно-поступательный) Паровая турбина Стирлинг Термоакустический Номер Биля Западный номер Хронология развития технологий тепловых двигателей Термодинамический цикл

Компоненты, системы и терминология авиационных поршневых двигателей Поршневые двигатели Механические компоненты Распредвал Шатун Шатун Коленчатый вал Цилиндр Головка блока цилиндров Палец поршневой Толкатель гидравлический Коренной подшипник Кольцо обтуратора Масляный насос Поршень Кольцо поршневое Тарельчатый клапан Толкатель Коромысло Рукавный клапан Толкатель Электрические компоненты Генератор Разряд конденсатора зажигания Двойное зажигание Генератор Электронный впрыск топлива Система зажигания Магнето Свеча зажигания Стартер Терминология С воздушным охлаждением Запуск авиационного двигателя Диаметр отверстия Степень сжатия Мертвая точка Объем двигателя Двигатель четырехтактный Мощность Опережение зажигания Давление в коллекторе Среднее эффективное давление Безнаддувный Monosoupape Верхний распредвал Верхний клапан Роторный двигатель Амортизатор Ход Межремонтное время Двигатель двухтактный Распределение фаз Объемный КПД Пропеллеры Компоненты Редуктор скорости воздушного винта Пропеллерный регулятор Вертушка Терминология Автооперь Шаг лезвия Противоположное вращение Постоянная скорость Противовращение Винт для ятагана Винт однолопастный Переменный шаг Инструменты двигателя Тахометр Измеритель Hobbs Панель сигнализатора EFIS EICAS Самописец полетных данных Стеклянная кабина Органы управления двигателем Нагрев карбюратора Дроссельная заслонка Топливно-впускная система Avgas Карбюратор Впрыск топлива Газоколатор Впускной коллектор Интеркулер Карбюратор давления Нагнетатель Турбокомпрессор Другие системы Вспомогательная силовая установка Стартер Coffman Гидравлическая система Система защиты от обледенения Запуск с отдачей

Типы, функции и примеры — StudiousGuy

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

Указатель статей (Нажмите, чтобы перейти)

Конструкция коленчатого вала

Коленчатый вал обычно изготавливается из чугуна. Обычно для изготовления каркаса коленчатого вала используется процесс литья.Коленчатый вал должен быть легким и иметь высокий предел прочности на растяжение, поэтому некоторые коленчатые валы также изготавливаются методом ковки стали. Для этого стальной блок нагревают до докрасна. Позже кованая сталь выдерживается под высоким давлением, чтобы придать ей желаемую форму. Коленчатые валы также подвергаются поверхностной закалке и термообработке для повышения прочности и уменьшения износа. Наиболее предпочтительные процессы термообработки включают азотирование, науглероживание, хромирование и т. Д.Нитридная сталь, хромованадиевая сталь, никелевая сталь, никель-хромовая сталь, никель-хром-ванадиевая сталь или другая легированная сталь являются материалами, которые обычно предпочтительны для изготовления коленчатого вала.

Детали коленчатого вала

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

1. Основные журналы

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

2. Шатун

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

3. Шатун

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

4. Вес кривошипа

Другое название веса кривошипа — балансировочный груз. Как следует из названия, он используется для балансировки коленчатого вала. Кривошипные грузы установлены на шейке кривошипа. Они имеют тенденцию прикладывать силу равной величины в противоположном направлении, чтобы нейтрализовать или уравновесить приложенную вращающую силу. Кривошипные грузы обычно улучшают стабильность системы, тем самым обеспечивая плавную работу системы при высоких оборотах в минуту (об / мин).

5. Масляный канал

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

6. Шайба упорная

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

7. Монтажный фланец маховика

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

8. Сальники

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

1. Переднее масляное уплотнение

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

2. Сальник заднего конца

Задние сальники расположены внутри основных шейек и маховиков. Сальники удерживаются на месте с помощью крышки, плотно зажатой между коленчатым валом с помощью пружины, известной как подвязочная пружина. Разрушение, вызванное выходом из строя заднего масляного уплотнения, затруднено для доступа и ремонта.

Работа коленчатого вала

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

Типы коленчатого вала

1. Цельный коленчатый вал

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

2. Коленчатый вал сборный

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

3. Полуавтоматические коленчатые валы

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

4. Кованые коленчатые валы

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

5. Коленчатые валы сварные

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

6. Коленчатые валы литые

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

7. Заготовка коленчатого вала

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

Примеры коленчатого вала

1. Дизельные двигатели

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

2. Электрогенераторы

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

3. Двигатели внутреннего сгорания

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

4. Распредвалы приводные

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

5. Передача мощности частям двигателя

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