Коленвал. Устройство и виды

17 июля 2019

В двигателе все детали одинаково нужны и важны. При поломке хотя бы одной запчасти весь мотор выходит из строя. Сегодня мы разберем подробно коленчатый вал, который преобразует возвратно-поступательные движения шатунов и поршней во вращательные.

Устройство

Коленвал состоит из:

• колен;
• коренных и шатунных шееек;
• щек.

Ось коленчатого вала – это коренные шейки, которые проходят ровно по центру. Шатунные шейки исполняют роль крепления и приема давления от шатунов. Шатунные шейки смещены по отношению оси вала и держатся с помощью щек.

Шатунных шеек по количеству столько же, сколько и цилиндров. Но во многих V-образных моторах на 1 шейку опираются 2 цилиндра. Так же можно встретить, когда V-образные двигатели имеют коленвал, в котором на 1 шатун рассчитана 1 шейка, но соединенные шейки тогда сдвинуты на 18 градусов по отношению друг к другу.

Что же касается щек, то они обладают несколькими функциями: соединяют шейки и являются противовесом, чтобы уравновесить шатуны и шатунные шейки. Если противовеса не было бы, то появлялась бы вибрация, а у высокооборотных ДВС, это верный признак указывающий на возможность выхода из строя мотора.

В коленчатом вале основная нагрузка распределяется на щеки и на места соединения шеек. Чтобы распределение было равномерным, данные отрезки изготавливаются галтелью – переход в виде закругленной формы от шейки к щеке.

В результате правильное расположение щек и шеек в коленвале обеспечивает эффективную работу возвратно-поступательного движения во вращательное: уравновешивает ДВС, противостоит изгибающим нагрузкам и предотвращает появление колебаний и вибраций.

Полноопорные и неполноопорные коленвалы

Коренные шейки по размеру больше шатунных, и они служат как осью, так и опорой КШМ (кривошипно-шатунного механизма). Нагрузка передается мотору от коленвала через коренные шейки, они же опираются на коренные подшипники в картере двигателя.

Коленвал делится на 2 вида по типу опоры:

1. Полноопорный. В нем шеек коренных на одну больше, чем шатунных. Коренные шейки находятся с обеих сторон шатунных шеек.
2. Неполноопорный. Коренных шеек меньше, чем шатунных, но по бокам щеки может быть 2 смещенных на конкретный угол шатунных шейки.

Простая конструкция неполноопорного коленвала, а также меньшее количество точек опоры говорит о высокой степени жесткости и прочности, соответственно и тяжести. Именно поэтому в XXI веке чаще используют полноопорные коленвалы, пусть сложнее в производстве, но на выходе легкие и надежные.

Смазка коленвала и других деталей КШМ

Смазка запчастей коленвала очень важна: для опоры коренных шеек и шатунов на шатунные шейки применяют подшипники скольжения (вкладыши), а они не могут правильно функционировать без постоянной смазки.

Чтобы масло поступало к запчастям, внутри коленчатого вала есть каналы. Благодаря давлению, смазочный материал поступает к подшипникам равномерно.

Взаимодействие коленвала совместно с другими запчастями

Нагрузка подается на коленчатый вал через шатуны, тем самым переводя в крутящий момент. Этот самый момент проходит через заднюю часть вала (хвостовик) к маховику и потом к трансмиссии. Через переднюю часть вала (носок) крутящий момент переходит на вал газораспределительного механизма и другие системы двигателя.

Зачастую на носке имеется гаситель колебаний. Это простое устройство состоит из 2 дисков, резиновой прокладки, соединительных пружин и упругого материала, такого как, например, силиконовая жидкость. Такой гаситель при работе мотора уменьшает крутильные колебания вала, что минимизирует риски повреждения.

Производство и материал

Во время работы на коленвал подается большая нагрузка. Для дизельных моторов производят цельной коленчатый вал. А вот сборные коленвалы на практике оказались несостоятельны для высокооборотных моторов, и поэтому их почти не применяют.

В качестве материала изготовления используют сталь или чугун. Коленвал из чугуна выполняют методом отливки, а из стали методом ковки или штамповки. Затем чугунные и стальные коленчатые валы механически обрабатывают, чтобы достичь нужных параметров – балансировка, чистота поверхности и т.д.

Автозапчасти для двигателя и его узлов вы найдете на нашем сайте в разделе «Категория запчастей».

www.pantus.ru

Коленвал — где находится и для чего нужен

Двигатель – сложный агрегат, в котором нет незначительных деталей. Одна из таких его составляющих – коленвал. С одной стороны, это не сложное устройство, а простая деталь, с другой, коленчатый вал – одна из основных деталей двигателя.

Для чего нужен коленвал?

Любой автомобильный двигатель является поршневым. Принцип его работы прост: в цилиндр подается топливно-воздушная смесь, которая воспламеняется и увеличивается в объеме. Возникает избыточное давление, которое выталкивает поршень из цилиндра. Поршень при этом совершает поступательное движение, которое нужно преобразовать во вращательное, чтобы передать его в коробку передач, а дальше – на полуоси или карданный вал.

Вот именно эту функцию и выполняет коленчатый вал – преобразовывает один тип механического движения в другой, а именно: поступательное во вращательное.

Материал, из которого изготавливаются коленчатые валы, это не простая сталь, поэтому и стоимость изделия так высока, по сравнению с ценой простой металлической болванки. Сталь, из которой изготавливается вал, легируется хромом, молибденом и другими металлами, что придает изделию особую прочность. Кроме того, немаловажен сам процесс изготовления, начиная от того, как расположены волокна заготовки, заканчивая методикой изготовления – прессованием или ковкой.

С тем, что делает вал, мы разобрались, но остался вопрос – где находится коленвал? Коленчатый вал расположен в нижней части двигателя, снизу он прикрыт картером, заполненным моторным маслом. Вал закреплен в подшипниках, которые удерживают его и не дают смещаться, иногда для его усиления используются дополнительные упоры. Но есть исключение – в оппозитных двигателях коленчатый вал располагается выше, по центру ДВС.

Что собой представляет и как работает коленчатый вал?

Теория ДВС: Коленвал

Поршня в двигателе перемещаются неравномерно – пока дни опускаются, другие поднимаются – это обеспечивает плавность хода, и равномерное распределение нагрузки по времени. Коленчатый вал сдерживает ход поршней после сгорания топлива и возвращает их в исходное положение для сжатия смеси. С одной стороны он связан с газораспределительным механизмом, с другой – передает вращательный момент в трансмиссию.

Коленчатый вал состоит из нескольких шеек:

• Основные находятся точно по центральной оси вала и в процессе вращения не смещаются.
• Между ними находятся шатунные шейки, которые смещены относительно оси под разными, строго определенными углами, и при вращении описывают круг. Именно они обеспечивают взаимодействие вала и поршня.
• Между собой шейки соединены «щеками» – пластинами из толстого металла. Щеки кроме крепежной, выполняют антирезонансную функцию – во время вращения вал может войти в резонанс и разрушиться, но щеки не позволяют этому произойти.

Словами трудно описать внешний вид этой детали, если вы хотите точно представить коленвал, фото или схематическое изображение – наилучший вариант.

Принцип действия коленчатого вала:

• В момент, когда в камере воспламеняется воздушно-топливная смесь, поршень, а соответственно и связанная с ним шейка, находятся в крайнем нижнем положении.
• При воспламенении смеси поршень выталкивает шейку, которая смещается и тем самым проворачивает вал.
• В свою очередь, другая шейка, смещенная относительно описанной, под действием вращательного момента проворачивается и вдавливает сопряженный с ней поршень в цилиндр, сжимая топливно-воздушную смесь.

Дальше все продолжается аналогично. Это простой примет, не стоит забывать, что автомобильный двигатель – четырехтактный, поэтому в определенный момент поршень находится в одном из следующих положений:

• Впуск смеси.
• Сжатие смеси.
• Рабочий ход поршня.
• Выпуск отработанных газов.

Поэтому каждая из шатунных шеек расположена под углом 90 градусов по сравнению с рядом стоящими.

Немного интересной информации о коленвалах

Вытачивание коленвала

Кроме обычных серийных, существуют спортивные коленчатые валы. Они обеспечивают более быстрый ход поршня в крайней точке сжатия за счет особой формы шатунных шеек. Если у обычного вала они имеют круглую форму, то у спортивного они слегка вытянутые, за счет чего общие характеристики работы двигателя изменяются.

Среди автомобилистов бытует мнение, что маркировка коленвала может рассказать о его характеристиках. На самом деле это не так – маркировка это всего лишь каталожный номер производителя или оригинальный номер. Она ничего общего не имеет со свойствами изделия, а используется для простоты подбора запчасти.

По сути, коленчатый вал это простой кусок обработанного должным образом качественного металла или сплава. С точки зрения функциональности, это незаменимая деталь, которая испытывает огромные нагрузки, от работы которой зависит не только качество езды, но и ресурс двигателя и его деталей. По сути же, это просто передаточное звено, которое обеспечивает работу других узлов автомобиля – генератора, трансмиссии, полуосей, карданного вала и так далее.

cartore.ru

Назначение и устройство коленчатого вала – понятными словами о детали

Даже непрофессиональный механик в двух словах знает назначение и устройство коленчатого вала, так как он является очень важным конструктивным элементом двигателя внутреннего сгорания. Именно в его функции входит воспринимать возвратно-поступательные движения поршней и передавать их в виде крутящего момента вспомогательным агрегатам, а также ротору тягового генератора.

Назначение и устройство коленчатого вала – основные узлы

Зная, для чего нужен коленвал, можно утверждать, что на него в процессе работы воздействуют и крутящие, и изгибающие силы, поэтому для того чтобы он не вышел из строя раньше заданного времени, его износостойкость должна быть высокой. Именно с этой целью такие детали чаще всего изготавливают из высокопрочных легированных сталей, еще встречаются и литые коленчатые валы, изготовленные из высокопрочного чугуна и закаленные токами высокой частоты. Коленвалы бывают без противовесов и с двойным противовесом.

Расположена эта деталь непосредственно в двигателе автомобиля, и его конструкция напрямую зависит от движка. Однако, несмотря на это, в конструкциях абсолютно всех коленчатых валов наблюдается много общего. Так из чего состоит коленвал? В качестве опоры выступают коренные шейки, в основном, применяется конструкция с четырьмя опорами, но встречаются и трехопорные. В шестицилиндровых двигателях расположены валы, у которых семь опор. Для того чтобы деталь была уравновешена, необходим противовес, а если диаметры цилиндров небольшие, тогда применяется одинарный противовес. Благодаря им обеспечивается плавная работа всего двигателя.

Из чего состоит коленвал – вспомогательные механизмы

Выяснив, для чего служит коленчатый вал и какие силы на него действуют, становится понятным, почему сопряжения между щеками и шатунными шейками делаются немного закругленными, это предотвращает преждевременное разрушение. Между двумя щеками располагается шатунная шейка, которая называется коленом, ее предназначение – обеспечивать равномерность воспламенения, уравновешенность движка, минимальные изгибающие моменты и крутильные колебания.

Подшипники скольжения обеспечивают вращение шатунов и коленвала в опорах. На крайней или же средней коренной шейке устанавливается упорный подшипник скольжения, в его задачи входит предотвращение осевых перемещений детали. Учитывая количество деталей, которые должны четко работать все вместе, нетрудно догадаться, как тщательно балансируется эта деталь в процессе изготовления, но все равно иногда обнаруживается дисбаланс, правда, происходит это еще на этапе испытаний, и в продажу такой агрегат не попадет.

Как работает коленвал – взгляд изнутри

Принцип работы коленчатого вала заключается в следующем. В момент максимального удаления поршня щеки и шатун коленвала вытягиваются в одну линию. В это время в цилиндрах начинает гореть топливо, и, соответственно, выделяются горючие газы, которые перемещают поршень по направлению к коленвалу. Вместе с ним также перемещается и шатун, нижняя головка которого поворачивает относительно своей оси коленчатый вал. Как только он развернется на 180°, шатунная шейка начинает движение в обратном направлении, таким образом, перемещается и поршень.

Получается следующая картина: поршень равномерно то удаляется, то приближается к детали, крайние точки поршня называются «мертвыми», так как в этих положениях его скорость равна нулю. Таким образом, мы разобрались, как работает коленчатый вал.

Немаловажную роль играет и система смазки в детали. От общей магистрали к опорам коренных шеек обеспечивается подвод масла, которое подается под давлением. Далее по специальным каналам, расположенным в щеках, это масло подается к шатунным шейкам. Благодаря масляной пленке, повышается износостойкость данных элементов. Кроме того, благодаря давлению масла можно проверить, нуждаются ли шейки коленчатого вала в замене. Определившись, для чего нужен коленчатый вал, можно смело утверждать, что он занимает одну из ведущих позиций среди деталей двигателя.

carnovato.ru

Коленчатые судовые валы

Коленчатый вал является наиболее ответственной дорогостоящей деталью дизеля. Он воспринимает усилия через шатуны от поршней и передает эти усилия потребителю (гребному винту).

На коленчатый вал при работе двигателя действуют скручивающие и изгибающие усилия, меняющиеся по величине и направлению.

В результате этого его приходится отливать, отковывать или отштамповывать из специальных сортов стали.

Для изготовления коленчатых валов используют высокосортные углеродистые стали. У среднеоборотных напряженных двигателей коленчатые валы изготовляют из легированных (никелевых или хромникелевых) сталей. Иногда их выполняют из высокопрочного или модифицированного чугуна.

В зависимости от мощности и размеров двигателей коленчатые валы бывают цельноковаными или составными. Цельнокованый коленчатый вал восьмицилиндрового двигателя состоит из рамовых шеек 2, расположенных на одной оси, шатунных шеек 4 и щек 3. Рамовые шейки уложены в рамовые подшипники, на шатунные шейки навешены нижние головки-шатунов (рис. 1, а).

 

Рис. 1. Коленчатые валы: а — составной вал восьмицилиндрового дизеля, б — общий вид вала шестицилиндрового дизеля

 

Для того чтобы повысить прочность коленчатого вала, его шейки подвергают поверхностной закалке и азотированию. Поверхность шеек после токарной обработки тщательно шлифуют. На кормовом конце коленчатого вала установлен фланец 1 для крепления маховика. Носовой конец вала используют для монтажа шестерни привода навешенных на дизель насосов (масляного, водяного, топливоподкачивающего) и других вспомогательных механизмов.

Количество шатунных шеек коленчатого вала всегда равно числу цилиндров двигателя. Количество рамовых шеек обычно на 3 — 2 больше, чем цилиндров двигателя. Все рамовые шейки лежат на оси коленчатого вала. От этой оси на одинаковом расстоянии (радиус кривошипа) располагаются шатунные шейки.

Составной коленчатый вал дизеля 8ДР 43/61 состоит из двух четырехколенчатых валов 1 и 2 и упорного вала 3. Отдельные части коленчатого вала соединены между собой при помощи фланцев 6 калиброванными болтами (рис. 1, б).

На шейке вала у кормового фланца устанавливается на шпонке 7 шестерня привода распределительного вала. К носовому фланцу вала крепятся успокоитель крутильных колебаний и ведущая часть упругой муфты привода воздуходувки. Кормовой фланец упорного вала 3 соединен с гребным валопроводом. Усилие упора гребного винта передается через гребень 5 упорного вала на упорный подшипник. На шейке у кормового фланца упорного вала проточены маслоотбойные гребни 4. Эти гребни совместно с сальниковым уплотнением в торцевой крышке корпуса упорного подшипника препятствуют утечке масла.

Конструкция коленчатого вала должна предусматривать возможность подачи масла для смазки рамовых и шатунных подшипников. Несмотря на различное конструктивное выполнение системы смазки коленчатых валов, эта схема у судовых дизелей построена по одинаковому принципу.

Масло из системы смазки дизеля по ответвлениям подается к рамовым подшипникам и смазывает их поверхность. Часть масла от рамовых шеек 8 через наклонные сверления «А» в шейках и щеках 9 подается к шатунным шейкам 10. Причем к каждой шатунной шейке подведены сверления от двух соседних рамовых шеек. В крайней носовой шейке коленчатого вала выполнено продольное сверление, по которому подводится масло к успокоителю крутильных колебаний и к упругой муфте привода воздухонагнетателя.

В тихоходных судовых двигателях, у которых радиус кривошипа более 500 мм, колена вала могут быть полусоставными или составными.

Стальные щеки полусоставного колена отковывают заодно с шатунной шейкой, а рамовые шейки изготовляют отдельно (рис. 2, а). Соединение щек с рамовыми шейками выполняется горячей посадкой. Составное колено двигателя «Бурмейстер и Вайн» получается, когда отдельно изготовленные рамовые и шатунные шейки запрессовываются в отверстия щек (рис. 2, б). В данной конструкции рамовые и шатунные шейки выполнены полыми. Полости в шейках закрыты заглушками 2 и заполнены маслом, которое в полость рамовой шейки поступает по радиальным сверлениям 1, откуда по сверлению 3 в щеке попадает в полость шатунной шейки. На смазку кривошипного подшипника масло подается через отверстие 4.

 

Рис. 2. Элементы коленчатых валов: а — полусоставное колено, б — составное колено, в, г, д — прямоугольная, овальная и круглая форма щёк.

 

Во время работы двигателя в результате вращения кривошипа и нижней головки шатуна возникает центробежная сила инерции F_M, направленная всегда от центра вращения, стремящаяся оторвать кривошип и, следовательно, действующая на рамовые подшипники, увеличивая их износ.

В шести- и восьмицилиндровых двигателях эти силы оказываются уравновешенными, т. е. в любой момент на коленчатый вал действуют две силы F_M (от разных кривошипов), но направлены они в противоположные стороны.

Если двигатель имеет нечетное число цилиндров или менее четырех, то центробежные силы инерции взаимно не уравновешиваются. В этом случае коленчатые валы снабжаются противовесами — массами, закрепленными на щеках колена со стороны, противоположной шатунной шейке. У двигателей «Бурмейстер и Вайн» противовесы 5 отковываются заодно со щеками колена. При вращении противовеса возникает центробежная сила F_пр которая равна по величине силе F_M, но направлена в обратную сторону. В результате сила F_M уравновешивается и ее влияние нейтрализуется.

Щеки кривошипа могут иметь различную конструктивную форму. Прямоугольные щеки просты в изготовлении, однако нерациональное использование материала увеличивает центробежные силы, которые дополнительно нагружают рамовые подшипники (рис. 20, в). Для устранения этого недостатка и уменьшения общей массы вала углы щек часто срезают.

Овальные щеки являются наиболее рациональными в отношении прочности и массы, но сложны в изготовлении (рис. 2, г). Круглые щеки менее рациональны по сравнению с овальными, но проще в изготовлении (рис. 2, д).

Фигурные щеки применяют в полусоставных и составных кривошипах. Их форма обусловлена необходимостью создания кольца для надежного обжатия шеек (см. рис. 2, а, б).

В многоцилиндровом двигателе для повышения равномерности работы необходимо, чтобы рабочие ходы поршней в отдельных цилиндрах чередовались через равные углы поворота вала или через равные промежутки времени. Чередование рабочих ходов в определенной последовательности называется порядком работы цилиндров двигателя. Порядок работы цилиндров зависит от расположения кривошипов коленчатого вала один относительно другого. Угол установки соседних кривошипов определяют числом тактов двигателя и количеством его цилиндров, который равен углу поворота вала за весь цикл, разделенному на число цилиндров.

Следовательно, кривошипы двигателя должны быть повернуты друг относительно друга на угол α=360:z — у двухтактного двигателя и α=720:z — у четырехтактного (z — число цилиндров). Так, у восьмицилиндрового двухтактного двигателя кривошипы располагаются через 360°: 8 = 45°.

Последовательность (порядок) работы цилиндров бывает различной. При ее выборе по возможности стремятся облегчить работу рамовых подшипников. Для этого нужно, чтобы рабочие ходы в стоящих рядом цилиндрах не следовали друг за другом. Это может быть, например, у двухтактного восьмицилиндрового двигателя с порядком работы 1—8—3—5—2—7—4—6 или у четырехтактного шестицилиндрового с очень распространенной последовательностью 1—5—3—6—2—4.

При выборе порядка работы цилиндров стремятся достичь наиболее полной уравновешенности сил инерции деталей кривошипно-шатунного механизма.

seaman-sea.ru

Коленвал – это что? Устройство, назначение, принцип работы

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 и назначение

Коленчатый вал воспринимает усилия от поршня и преобразует их в механическую энергию. На этот механизм воздействуют силы вращения. Работает он постоянно под высокой нагрузкой. Поэтому, чтобы деталь не вышла преждевременно из строя, коленчатые валы изготавливают из качественных, высокопрочных чугунных сплавов. Затем все детали закаляются током высокой частоты. Различают валы с двойным противовесом или вовсе без противовеса. Располагается колневал двигателя непосредственно в корпусе мотора. Что касается конструкции, то она в целом зависит от двигателя.

Несмотря на некоторые различия, в конструкциях есть очень много общего. Коленвал — это комплекс из нескольких деталей. В качестве опоры для этой конструкции используются коренные шейки – чаще встречаются модели с четырьмя шейками, но также есть и трехопорные. В шестицилиндровых моторах установлены валы, где таких опор 7. Для того чтобы коленчатый вал был уравновешен, применяют противовесы. Если цилиндры имеют небольшой диаметр, тогда используют одинарные противовесы. За счет этих деталей обеспечивается максимально плавная работа силового агрегата.

Вспомогательные механизмы

Итак, зная, для чего предназначен коленвал двигателя и какие силы воздействуют на него во время работы, можно понять, почему сопряжения между щеками и шатунными шейками немного закруглены. Это позволяет предотвратить преждевременные разрушения.

Между щек расположена шатунная рейка. Механики, которые обслуживают двигатели, называют ее «коленом». Она предназначена для того, чтобы обеспечивалось равномерное воспламенение, чтобы работа двигателя была максимально уравновешенной, чтобы на вал действовали минимальные крутильные и изгибающие силы. Коленвал это – деталь, работающая при высоких оборотах. Вращение шатунов и самого вала на опорах обеспечивается за счет подшипников скольжения. Установлены упорные элементы на крайней или средней коренной шейке. В задачи этого подшипника входит предотвращение осевых смещений и перемещение механизма. Если учесть, сколько деталей должны слаженно и четко работать в одном механизме, нетрудно сказать, что в процессе производства коленчатый вал тщательно балансируется. Но иногда удается обнаружить и разбалансируемые детали. В продажу такие изделия не поступают.

Работа коленчатого вала изнутри

Принцип работы в целом простой. Когда поршень максимально удален, щеки и шатун коленчатого вала выстраиваются в одну линию. В этот момент в камерах сгорания воспламеняется топливо и выделяются газы, которые двигают поршень к коленчатому валу. С поршнем движется и шатун, головка которого проворачивает коленчатый вал. Когда последний развернется, шейка шатуна движется вверх и с ней перемещается поршень.

Система смазки

Важную роль играет смазка. Коленвал – это деталь вращения, а значит, он будет испытывать трение.

От общей смазочной магистрали к опорам шеек обеспечен подвод смазки. Затем по каналам в щеках масло попадется и к шейкам шатунов. Смазка значительно повышает износостойкость всех деталей вала.

Неисправности

В силу высоких нагрузок данный механизм выходит из строя. Среди типовых неисправностей можно выделить ускоренный износ шеек. Он связан с проблемами в блоке цилиндров. Также нередко случаются задиры на поверхностях шеек.

Это случается из-за неудовлетворительной циркуляции или отсутствия смазки, либо в связи с нарушением температурных режимов. Царапины на поверхностях шеек можно видеть особенно часто. Необходимо различать просто царапины и трещины, которые образуются вследствие усталости металла. Нередко случаются биения и прогиб детали. Это особенно актуально для двигателей высокооборотистых автомобилей. Еще одна типовая неисправность – отклонение шеек от их заводского размера. Но это более естественный процесс, чем все остальные. Нужно учитывать, что размеры коленвала имеют допуск не более 0,02 миллиметров. Любое несоответствие устраняется проточкой на специализированном оборудовании.

Как выполнить замену?

Конечно, при некоторых видах неисправностей можно обойтись ремонтом – шлифовкой либо проточкой. Но иногда восстановить вал не получается. В таком случае можно заменить старый механизм на новый. Кстати, в двигателе это наиболее дорогая составляющая. Особенно в дизельных силовых агрегатах.

Прежде чем будет выполнена замена коленвала, проверяются осевые люфты. Это упростит подбор осевых вкладышей. Необходимо найти метки на вкладыше и блоке цилиндров. Они указывают направление установки крышек коренных подшипников. Все детали, которые мешают демонтировать вал, необходимо также снять. В руководствах по ремонту процесс демонтажа описывается по-разному, так как есть 8-ми и 16-клапанные двигатели, с рядной или V-образной системой расположения цилиндров. Затем необходимо установить новый коленчатый вал на место старого – нужно строго соблюдать инструкции производителя автомобиля и не перепутать положение коленвала. Ввиду высокой ответственности все работы нужно производить в специализированном сервисе.

Итак, мы выяснили устройство, назначение и принцип работы коленчатого вала автомобиля.

fb.ru

Кривошипно-шатунный механизм — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение (например, во вращательное движение коленчатого вала в двигателях внутреннего сгорания), и наоборот. Детали КШМ делят на две группы, это подвижные и неподвижные детали:

• Подвижные: поршень с поршневыми кольцами, поршневой палец, шатун, коленчатый вал с подшипниками или кривошип, маховик.
• Неподвижные: блок цилиндров (является базовой деталью двигателя внутреннего сгорания) и представляет собой общую отливку с картером, головка цилиндров, картер маховика и сцепления, нижний картер (поддон), гильзы цилиндров, крышки блока, крепежные детали, прокладки крышек блока, кронштейны, полукольца коленчатого вала.

Прямая схема: Поршень под действием давления газов совершает поступательное движение в сторону коленчатого вала. С помощью кинематических пар «поршень-шатун» и «шатун-вал» поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал состоит из:

• шатунных шеек
• коренных шеек
• противовеса

Обратная схема: Коленчатый вал под действием приложенного внешнего крутящего момента совершает вращательное движение, которое через кинематическую цепь «вал-шатун-поршень» преобразуется в поступательное движение поршня.

• Центральный КШМ, у которого ось цилиндра пересекается с осью коленчатого вала.
• Смещенный КШМ, у которого ось цилиндра смещена относительно оси коленчатого вала на величину а;
• V-образный КШМ (в том числе с прицепным шатуном), у которого два шатуна, работающие на левый и правый цилиндры, размещены на одном кривошипе коленчатого вала.

По соотношению хода и диаметра поршня различают:

• короткоходные^[1](S/D<1) КШМ;
• длинноходные (длинноходовые) (S/D>1) КШМ.

В автомобильных высокооборотистых ДВС преобладает короткоходная схема.

По наличию бокового усилия на гильзе КШМ бывает:

В природе[править | править код]

Задние конечности кузнечиков представляют собой кривошипно-шатунный механизм с неполным оборотом.
Бедро и голень человека и роботов-андроидов тоже представляют собой кривошипно-шатунный механизм с неполным оборотом.

В Римской империи[править | править код]

Самые ранние свидетельства появления на машине рукоятки в сочетании с шатуном относятся к пилораме из Иераполиса, 3-й век нашей эры, римский период, а также византийским каменным пилорамам в Герасе, Сирии и Эфесе, Малая Азия (6-й век нашей эры).^[4] Ещё одна такая пилорама возможно существовала во 2 веке н. э. в римском городе Августа-Раурика (современная Швейцария), где был найден металлический кривошип.^[5]

Уравнения движения поршня (для центрального КШМ)[править | править код]

Диаграмма показывающая геометрическое положение шатуннопоршневой оси — P, кривошипношатунной оси — N и центра кривошипа — O

Определения[править | править код]

l — длина шатуна (расстояние между шатуннопоршневой осью и кривошипношатунной осью)
r — радиус кривошипа (расстояние между кривошипношатунной осью и центром кривошипа, то есть половина хода поршня
A — угол поворота кривошипа (от «верхней мёртвой точки» до «нижней мёртвой точки»)
x — положение шатуннопоршневой оси (от центра кривошипа вдоль оси цилиндра)
v — скорость шатуннопоршневой оси (от центра кривошипа вдоль оси цилиндра)
a — ускорение шатуннопоршневой оси (от центра кривошипа вдоль оси цилиндра)
ω — угловая скорость кривошипа в радианах в секунду (рад/сек)

Угловая скорость[править | править код]

Угловая скорость кривошипа в оборотах в минуту (RPM):

ω=2π⋅RPM60{\displaystyle \omega ={\frac {2\pi \cdot \mathrm {RPM} }{60}}}

Отношения в треугольнике[править | править код]

Как показано в диаграмме, центр кривошипа, кривошипношатунная ось и шатуннопоршневая ось образуют треугольник NOP.
Из теоремы косинусов следует, что:

l2=r2+x2−2⋅r⋅x⋅cos⁡A{\displaystyle l^{2}=r^{2}+x^{2}-2\cdot r\cdot x\cdot \cos A}

Уравнения по отношению к угловому положению кривошипа (для центрального КШМ)[править | править код]

Уравнения, которые описывают циклическое движение поршня по отношению к углу поворота кривошипа.
Примеры графиков этих уравнений показаны ниже.

Положение[править | править код]

Положение относительно угла кривошипа (преобразованием отношений в треугольнике):

l2−r2=x2−2⋅r⋅x⋅cos⁡A{\displaystyle l^{2}-r^{2}=x^{2}-2\cdot r\cdot x\cdot \cos A}

l2−r2=x2−2⋅r⋅x⋅cos⁡A+r2[(cos2⁡A+sin2⁡A)−1]{\displaystyle l^{2}-r^{2}=x^{2}-2\cdot r\cdot x\cdot \cos A+r^{2}[(\cos ^{2}A+\sin ^{2}A)-1]}

l2−r2+r2−r2sin2⁡A=x2−2⋅r⋅x⋅cos⁡A+r2cos2⁡A{\displaystyle l^{2}-r^{2}+r^{2}-r^{2}\sin ^{2}A=x^{2}-2\cdot r\cdot x\cdot \cos A+r^{2}\cos ^{2}A}

l2−r2sin2⁡A=(x−r⋅cos⁡A)2{\displaystyle l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A=(x-r\cdot \cos A)^{2}}

x−r⋅cos⁡A=l2−r2sin2⁡A{\displaystyle x-r\cdot \cos A={\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}}

x=rcos⁡A+l2−(rsin⁡A)2{\displaystyle x=r\cos A+{\sqrt {l^{2}-(r\sin A)^{2}}}}

Скорость[править | править код]

Скорость по отношению к углу поворота кривошипа (первая производная взята, используя правило дифференцирования сложной функции):

x′=dxdA=−rsin⁡A+(12).(−2).r2sin⁡Acos⁡Al2−r2sin2⁡A=−rsin⁡A−r2sin⁡Acos⁡Al2−r2sin2⁡A{\displaystyle {\begin{array}{lcl}x’&=&{\frac {dx}{dA}}\\&=&-r\sin A+{\frac {({\frac {1}{2}}).(-2).r^{2}\sin A\cos A}{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}}\\&=&-r\sin A-{\frac {r^{2}\sin A\cos A}{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}}\end{array}}}

Ускорение[править | править код]

Ускорение относительно угла кривошипа (вторая производная взята, используя правило дифференцирования сложной функции и частное правило):

x″=d2xdA2=−rcos⁡A−r2cos2⁡Al2−r2sin2⁡A−−r2sin2⁡Al2−r2sin2⁡A−r2sin⁡Acos⁡A.(−12)⋅(−2).r2sin⁡Acos⁡A(l2−r2sin2⁡A)3=−rcos⁡A−r2(cos2⁡A−sin2⁡A)l2−r2sin2⁡A−r4sin2⁡Acos2⁡A(l2−r2sin2⁡A)3{\displaystyle {\begin{array}{lcl}x»&=&{\frac {d^{2}x}{dA^{2}}}\\&=&-r\cos A-{\frac {r^{2}\cos ^{2}A}{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}}-{\frac {-r^{2}\sin ^{2}A}{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}}-{\frac {r^{2}\sin A\cos A.(-{\frac {1}{2}})\cdot (-2).r^{2}\sin A\cos A}{\left({\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}\right)^{3}}}\\&=&-r\cos A-{\frac {r^{2}(\cos ^{2}A-\sin ^{2}A)}{\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}}-{\frac {r^{4}\sin ^{2}A\cos ^{2}A}{\left({\sqrt {l^{2}-r^{2}\sin ^{2}A}}\right)^{3}}}\end{array}}}

График показывает x, x’, x» по отношению к углу поворота кривошипа для различных радиусов кривошипа, где L — длина шатуна (l) и R — радиус кривошипа (r):

Единицами вертикальных осей являются: [дюймы] для положения, [дюймы/рад] для скорости, [дюймы/рад²] для ускорения.
Единицами горизонтальных осей является угол поворота кривошипа в [градусах].

Анимация движения поршня с шатуном одинаковой длины и с кривошипом переменного радиуса на графике выше:

Анимация движения поршня с различными радиусами кривошипа

Кривошипно-шатунный механизм используется в двигателях внутреннего сгорания, поршневых компрессорах, поршневых насосах, швейных машинах, кривошипных прессах, в приводе задвижек некоторых квартирных и сейфовых дверей. Также кривошипно-шатунный механизм применялся в брусовых косилках.

Другие способы преобразования вращательного движения в прямолинейное[править | править код]

Здесь была возможность смены Хойкена.

1. ↑ Короткоходный двигатель / М. А. Латинский // Конда — Кун. — М. : Советская энциклопедия, 1973. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 13).
2. ↑ Тронковый двигатель // Тихоходки — Ульяново. — М. : Советская энциклопедия, 1977. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 26).
3. ↑ Крейцкопфный двигатель / В. И. Ефанов // Конда — Кун. — М. : Советская энциклопедия, 1973. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 13).
4. ↑ ^{1 2} Ritti, Tullia; Grewe, Klaus; Kessener, Paul (2007), «A Relief of a Water-powered Stone Saw Mill on a Sarcophagus at Hierapolis and its Implications», Journal of Roman Archaeology, 20, pp. 138—163
5. ↑ Schiöler, 2009

ru.wikipedia.org

Ремонтные размеры коленвалов для продления их службы + видео » АвтоНоватор

Коленчатый вал изготавливается либо из чугуна, либо из легированной стали, оба материала довольно прочные, но дефекты все же со временем возникают, и как раз для их устранения нужны ремонтные размеры коленвалов. Это своеобразные допуски, до которых можно уменьшить толщину шеек без сильного ущерба для прочности детали. И, поскольку шейки обычно взаимодействуют с подшипниками, для последних предусмотрены вкладыши с ремонтным уменьшением.

Когда могут потребоваться ремонтные размеры коленвалов?

Прежде всего, давайте рассмотрим различные виды возникающих дефектов, а также причины их появления. Если нарушена геометрия посадочных мест под опорные подшипники блока, следует ожидать быстрого износа шеек. Иными словами, если наблюдается данный процесс, причина, скорее всего, именно та, что указана выше, либо в некачественном материале самого вала. Из-за некачественного масла или нерегулярной его замены на шейках могут появиться задиры, также источником данной неприятности может стать засорившийся масляный фильтр, либо, что совсем уже плохо – слабое давление в системе.

Но наиболее частый вид повреждений – царапины на шейках (не путайте их с трещинами из-за усталости металла, при появлении которых приходится менять деталь). Возникают такие дефекты из-за продолжительной эксплуатации вала, кроме того, причина может крыться в засорении масла инородными частицами. При этом обращайте внимание на глубину царапин, мелкие, до 5 микрон, могут быть заполированы, а вот более значительные требуют шлифовки, в результате чего приходится переходить на следующие ремонтные размеры коленвалов. Иногда, при сильном износе поверхности, деталь уменьшается сразу на 2 размера.

Что следует учитывать, изменяя размеры шеек коленвалов?

Шейки у коленчатого вала бывают двух типов – опорные и шатунные. Последние, как ясно из названия, предназначены для того, чтобы на колена передавались поступательные движения шатуна, преображаясь, таким образом, в крутящий момент. По сути, получается принцип колодезного ворота, точнее, его изогнутой ручки, по отношению к которой человеческое предплечье может считаться шатуном. В стандартном двигателе размеры шеек коленвалов соответствуют 47.8 миллиметрам. Логично, что и подшипники, и кольца шатунов также подогнаны под этот размер. Однако спортивный тип коленвалов является исключением, у него шейки имеют диаметр всего 43 миллиметра, а значит, он требует специальных вкладышей для подшипников и установку соответствующих шатунов.

Но вернемся к шейкам и их дефектам. При наличии таковых ремонт может осуществляться до 4 раз путем шлифовки, как уже было сказано выше. Соответственно, прежде чем изменять ремонтные размеры шеек коленчатых валов, внимательно замерьте деталь и выясните, до какой степени могут произойти ее изменения, после чего заранее приобретите вкладыши с новыми размерами. Определить степень износа можно по зазору между шейкой и подшипником, который, достигая 0.07-0.09 миллиметров, грозит снижением давления масла и шумами во время работы ДВС, а будучи менее 0.03 миллиметра может стать причиной описанных выше задиров.

Какие бывают ремонтные размеры шеек коленчатого вала?

Собравшись отшлифовать шейки вала, позаботьтесь заранее о вкладках, при первом ремонте их можно использовать с уменьшением на 0.25 миллиметров. При необходимости последующие ремонтные размеры шеек коленчатого вала могут быть изменены на 0.5, 0.75 и 1 миллиметр, соответствующие должны быть приобретены и вкладыши. Последующие шлифовки связаны с прямым риском разрушения вала прямо в процессе работы, по этой причине размеры вкладышей 1.25 и 1.5 найти крайне сложно.

В процессе ремонтных работ первыми следует шлифовать шейки основания, а уже во вторую очередь – шатунные.

Подготовка к ремонту заключается в очистке детали, снятии противовесов, а при необходимости и в правке вала с выставлением балансировки центральной оси, чтобы получить затем ремонтные размеры шеек коленчатых валов без каких-либо огрехов. Очень важно проверить вал на изгиб оси, с тем, чтобы своевременно выровнять. Биение не должно превышать на центральной шейке 0.05 миллиметра. Помимо прочего, перед шлифовкой следует углубить фаски на кромках масляных кольцевых выемок, добившись ширины от 0.8 до 1.2 миллиметра. Делать это лучше всего конусообразной абразивной насадкой на дрель с углом 60-90 градусов. И, если есть возможность купить новый вал, сделайте это вместо ремонта старого.

carnovato.ru