Устройство, схема и ремонт коленвала двигателя

Главная

»   Информация

»   Статьи

»   ЗАПЧАСТИ

»   Двигатель

»   Основные элементы двигателя

»   Устройство, схема и ремонт коленвала двигателя

• 4012 просмотров

Посмотреть вал в каталоге «АВТОмаркет Интерком»

Задать вопрос специалисту нашей компании

 Коленчатый вал считается самым ответственным и дорогим по цене составляющих элементов двигателя внутреннего сгорания. Он улучшают определенное возвратно-поступательное движение автомобильных поршней в момент, когда крутится. Коленчатый вал принимает постоянно переменные нагрузки от определенных сил давления газов, а также сил инерции масс, которые двигаются и вращаются.

 Коленвал двигателя является единым конструктивным элементом, поэтому опытные водителя называют его деталью. Как правило, вал производят из стали через процесс ковки, но можно его получить и в результате литья из чугуна. На двигателей с дизелем или турбой устанавливаются более прочные коленчатые валы из стали.

 Схема коленчатого вала

 Конструктивно коленчатый вал соединяет несколько коренных и шатунных шеек, которые связаны между собой щеками. Коренных шеек, как правило, на 1 больше, а вал с данной компоновкой называется «полноопорным». Диаметр у коренных шеек, как правило, больше чем у шатунных. Продолжением щеки в обратной стороне направления от шатунной шейки является противовесом. Чтобы обеспечить плавную работу двигателя, противовесы уравновешивают вес шатунов и поршней.

 Шатунная шейка, которая находится среди щек, называется коленом. Колена находятся в строгой зависимости от того, сколько их по количеству, как расположены и порядка работы цилиндров, опреденной тактности двигателя.

Само положение колен обязано уравновесить двигатель, обеспечить равномерность воспламенения, и минимум крутильные колебания и изгибающие моменты.

 Шатунная шейка является простой опорной поверхностью для конкретного шатуна. Если у вас автомобиль с двигателем V-образным, то процесс выполняется с немного удлинёнными шатунными шейками, на которых базируется 2 шатуна левого и правого рядов цилиндров. На некоторых валах V-образных двигателей могут попадаться спаренные шатунные шейки, которые сдвинуты относительно друг друга на угол около 20°, что приводит к правильному воспламенению (технология носит название Split-pin).

 Место перехода от шейки к щеке является нагруженным в конструкции вала. Чтобы снизить концентрацию напряжений переход от шейки к щеке выполняется с радиусом закругления (определенной галтелью). Все галтели увеличивают длину коленчатого вала, для уменьшения длины их выполняют с углублением в щеку или шейку.

 Подшипники скольжения обеспечивает вращение коленчатого вала в опорах. Подшипники могут заменить разъемные тонкостенные вкладыши, которые производятся из стальной ленты с определенным нанесенным антифрикционным слоем. Существует выступ, который препятствуют проворачиванию вкладышей вокруг шейки. Чтобы избежать осевые перемещения коленчатого вала рекомендуют использовать упорный подшипник скольжения, который находится на средней или крайней коренной шейке.

 Следите за состоянием смазки в двигателе, иначе придется чаще делать ремонт коленвалов. В целом это задиры шеек, т.е. «схватывание» разных металлов в сопряжении «шейка-вкладыш» с переносом и наволакиванием металла одной детали на другую. Задиры всегда сопровождаются увеличением зазора в подшипнике, износом рабочих поверхностей с глубокими кольцевыми рисками, а иногда — перегревом и даже расплавлением вкладышей.

 При ремонте коленвала не стоит забывать о его надежности и долговечности, они не должны снизиться. В другом случае ремонт коленвала может быть дорогим, так как деньги и время будут потрачены зря.

  Автозапчасти для ремонта двигателя внутреннего сгорания можно приобрести через интернет магазин компании «АВТОмаркет Интерком». Если вам требуется ремонт или диагностика двигателя, то обратитесь в автосервис по адресу ул.Пономарева, 25.

+7 (351) 240-85-85 Многоканальный

+7 (351) 220-18-88 Интернет-магазин

КОНСТРУКТИВНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ

Коленчатые валы бывают: составные, кованные, литые, цельные и изготавливаются из стали и чугуна. Например чугунные коленчатые валы в автомобильных двигателях стали применять с 1960 года. Высокопрочные чугуны по ГОСТ 7293-85 делятся на два класса: перлитные (ВЧ 45-0; ВЧ 50-1,5; ВЧ60-2) и ферритные (ВЧ40-0 ВЧ40-6). Коленчатый вал изготовляют горячей штамповкой из легированной стали (двигатели автомобилей ЗИЛ-130,МАЗ-5335,КамАЗ-5320 и др.) или отливаются из высокопрочного чугуна (двигатели автомобилей семейства ГАЗ, ВАЗ и др.) вместе с противовесами или без них. Коленчатый вал двигателей ЯМЗ-236, ЯМЗ-238 изготовлены из стали 50Г.

В процессе изготовления вал подвергается термической обработке и отпуску до твердости 229-269 НВ, а поверхности шатунных и коренных шеек и шейки под сальники для повышения износостойкости подвергаются закалке с нагревом токами высокой частоты.(глубина закаленного слоя для коренных и шатунных шеек составляет 3,0-4,0 мм, а на шейках под сальник 1,0-2,0 мм; и твердость после закалки 52-62 HRC) .Коленчатые валы  двигателей КамАЗ-740 изготавливаются горячей штамповкой из стали 42 ХМФА-Ш. В коленчатых валах широко применяется высокооловянные сталеалюминевые вкладыши  вызвано тем, что они обладают повышенным сопротивлением  усталости, хорошими противозадирными свойствами и коррозийной стойкостью, что увеличивает надежность двигателя. [1].

Виды и составные части коленчатых валов

На большинстве автомобильных двигателей применяют полно опорные коленчатые валы, т.е. каждая шатунная шейка расположена между двумя коренными. Таким образом, полно опорный вал имеет коренных шеек на одну больше чем шатунных. Полно опорные валы двигателей (Зил-130, КамАз-740, ВАЗ-2108) отличаются большой жесткостью, что повышает работоспособность КШМ. В машиностроении на автомобильных двигателях получили применение еще и неполно опорные коленчатые валы. В отличии от полно опорного коленчатого вала здесь шесть шатунных шеек и четыре коренных. Такие коленчатые валы устанавливаются на двигателя автомобилей ГАЗ-52-04. Например на легковых автомобилях семейства ВАЗ устанавливаются  литые, чугунные, пяти опорные коленчатые валы (предусмотрена возможность пере шлифовки шеек коленчатого

 вала при ремонте с уменьшением диаметра  на 0,25; 0,5; 0,75; и 1мм) с использованием двухслойных вкладышей, хорошо работающих в двигателях с большой частотой вращения коленчатого вала и большими нагрузками. Такой коленчатый вал показан на (рис 1.1.1) [1].

Рисунок 1.1.1 — Коленчатый вал двигателя автомобиля ВАЗ-2108

Коленчатые валы имеют еще свое различие по своей форме и строению.  Форма коленчатого вала  зависит от числа и расположения  цилиндров, порядка работы и тактности двигателя. Например, рабочий цикл в однорядном четырехцилиндровом и шестицилиндровом двигателе совершается за два оборота коленчатого вала, т.е. за поворот вала на 720. Колена коленчатого вала расположены в трех плоскостях под углом 120.Шестицилиндровый V-образный двигатель располагает колена коленчатого вала в трех плоскостях под углом 120 одно к другому также как и в восьмицилиндровом V-образном двигателе  но под углом 90. Форма. На рисунке 1.1.2 приведен полно опорный коленчатый вал двигателя автомобиля ЗИЛ-130. Коленчатый вал этого двигателя выполнен по крестообразной схеме (если смотреть с торца вала). Первая и четвертая шатунные шейки  коленчатого вала направлены в разные стороны и лежат в одной плоскости. Вторая и третья  шейки направлены в разные стороны, лежат в одной плоскости, но перпендикулярной первой. Перекрытие шеек составляет 22мм (перекрытие шеек применяется для повышения жесткости и надежности коленчатого вала).

Диаметр шатунной шейки 65,5 мм, а коренной 74 мм. Данный коленчатый вал состоит из следующих частей : коренные 7 и шатунные 3 шейки, щеки 8, противовесы 4, передний конец 1 и задний конец (хвостовик) с маслоотражателем 5, маслосгонной резьбой и фланцем 6 для крепления маховика [9].

Рисунок 1.1.2 — Коленчатый вал двигателя автомобиля ЗИЛ-130

На рисунке 1.1.3 приведен коленчатый вал двигателя ЯМЗ-236. Характерной конструктивной особенностью двигателя ЯМЗ-236 являются развитые по диаметру, но относительно короткие коренные и удлиненные шатунные шейки, что является закрепленной пары шатунов на общую шейку. Коленчатый вал данного дизеля не имеет фланцев для крепления маховиков, также как и коленчатый вал двигателя КамАз-740. Вкладыши коренных подшипников трехслойные, с рабочим слоем из свинцовистой бронзы. Диаметр шатунной шейки 88 мм, а коренной 110 мм. Коленчатый вал двигателя ЯМЗ-236 имеет, три шатунные шейки 3, расположенные под углом 120, и четыре коренные шейки

Рисунок 1. 1.3 — Коленчатый вал двигателя ЯМЗ-236

На рисунке 1.1.4 приведен коленчатый вал двигателя автомобиля КамАЗ-740. В данном коленчатом вале в шатунных имеются грязеуловительные полости 2, для дополнительной центробежной очистки масла. Грязеуловительные полости устанавливаются на коленчатых валах у большинства дизельных двигателей. Коленчатый вал данного дизеля не имеет фланцев для крепления маховиков, также как и коленчатый вал двигателя ЯМЗ-236. Шатунные шейки  коленчатого вала располагаются так, чтобы одноименные такты (например, такты расширения) в различных цилиндрах двигателя проходили через равные промежутки (по углу поворота коленчатого вала) а силы инерции, возникающие в цилиндрах, взаимно. Если расположение колен коленчатого вала не обеспечивает взаимного уравновешивания сил  инерции и создаваемых ими моментов, то на таких коленчатых валах устанавливают противовесы или оборудуют двигатели специальными уравновешивающими механизмами. Диаметр шатунной шейки 80 мм а коренной 95 мм.

От осевого смешения коленчатые валы дизелей удерживаются двумя парами упорных полуколец из бронзы или сталеалюминия установленных в выточках задней коренной опоры.

Рисунок 1.1.4 — Коленчатый вал двигателя КамАЗ-740

Детали, функции, типы, схемы и многое другое [PDF]

Из этой статьи вы узнаете , что такое коленчатый вал? как это работает?  Его типов , деталей, функция и многое другое подробно объясняется с помощью диаграмм . Кроме того, вы можете скачать PDF-файл этой статьи в конце.

Что такое коленчатый вал?

Коленчатый вал является неотъемлемой частью системы передачи мощности. В котором возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное с помощью шатуна.

Коленчатый вал состоит из шатунных шеек, шатунов (шатунов или щек), балансировочных грузов и коренных шеек. Большой конец шатуна прикреплен к шатунной шейке коленчатого вала.

Во время одного хода межосевое расстояние между шатунной шейкой и коленчатым валом составляет половину смещения поршня. Таким образом, один полный оборот коленчатого вала совершает два хода поршня.

Детали коленчатого вала

Ниже приведены основные детали коленчатого вала с его диаграммой:

1. Crankpin
2. Основные журналы
3. Crank Web
4. Противовесы
5. Thrust Washers
6. масла и масляные уплотнения
7. Mrulwheel Mounting Flange

44444444444.1004. Grain. часть двигателя. Что позволяет очень прочно прикрепить шатун к коленчатому валу.

Поверхность шатунной шейки цилиндрическая, чтобы передать вращающее усилие на большой конец шатуна. Они также известны как шатунные шейки.

2. Основные шейки

Журналы прикреплены к блоку цилиндров. Эти подшипники удерживают коленчатый вал и обеспечивают его вращение внутри блока цилиндров. Этот подшипник представляет собой подшипник скольжения или опорный подшипник. Коренные подшипники различаются от двигателя к двигателю, часто в зависимости от усилий, создаваемых двигателем.

3. Шестерня кривошипа

Шестерня кривошипа является наиболее важной частью коленчатого вала. Шайба кривошипа соединяет коленчатый вал с коренными шейками.

4. Противовесы

Противовесы представляют собой тип груза, который прикладывает противоположную силу, что обеспечивает баланс и устойчивость коленчатого вала. Они монтируются на шатуне.

Причина установки противовесов в коленчатый вал заключается в том, что они могут устранить реакцию, вызванную вращением. И это очень полезно для достижения более высоких оборотов и облегчает работу двигателя.

5. Упорные шайбы

В некоторых точках предусмотрены две или более упорных шайб для предотвращения продольного перемещения коленчатого вала. Эти упорные шайбы устанавливаются между обработанными поверхностями в перемычке и седле коленчатого вала.

С помощью упорных шайб можно легко сохранить зазор и уменьшить боковое смещение коленчатого вала. Во многих двигателях они сделаны как часть коренных подшипников, обычно в более старых типах используются отдельные шайбы.

6. Масляный канал и сальники

Масляный канал коленчатого вала пропускает масло от коренных шеек к шатунным шейкам. Обычно отверстие просверливается на шейке кривошипа. Когда шатунная шейка находится в верхнем положении, а силы сгорания толкают шатун в нижнее положение, это позволяет маслу попасть между шейкой и подшипником.

Коленчатый вал немного выступает за картер на обоих концах. Это приводит к утечке масла с этих концов. Так, для предотвращения попадания масла в эти отверстия предусмотрены сальники. Два основных сальника соединены между собой на переднем и заднем концах.

1. Передние сальники: Они очень похожи на задние сальники. Однако его отказ менее разрушительен, и он более легко доступен. Передний сальник будет установлен за шкивом и распределительным механизмом.
2. Задние сальники: Устанавливаются в коренные шейки и маховики. Он вставляется в отверстие между блоком двигателя и масляным поддоном. Масляное уплотнение имеет формованную кромку, которая плотно удерживается в коленчатом валу пружиной, называемой стягивающей пружиной.

7. Фланец крепления маховика

В большинстве случаев коленчатый вал крепится к маховику через фланцы. Диаметр конца колеса коленчатого вала больше, чем другой конец. Это дает поверхность фланца для установки маховика.

Конструкция коленчатого вала

Внутри коленчатого вала он состоит из коренных подшипников, также называемых коренными шейками. Коленчатый вал поддерживается коренным подшипником на коренных шейках. Сбалансированная нагрузка обеспечивается в направлении, противоположном кривошипу, для равновесия.

Коленчатый вал обычно изготавливается из легированной стали методом литья или ковки, обрабатывается и шлифуется, чтобы получить подходящие шейки для шатуна и коренного подшипника.

Должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать тягу поршней во время рабочего такта без чрезмерных деформаций. Кроме того, его необходимо тщательно отбалансировать, чтобы исключить чрезмерную вибрацию, возникающую из-за веса смещенных кривошипов.

В коленчатом валу просверлены масляные каналы, по которым масло может течь от коренного подшипника к шатунному подшипнику.

Функция коленчатого вала

Передний конец коленчатого вала несет шестерню или звездочку, гаситель колебаний и шкив ремня вентилятора. Шестерня или звездочка приводят в действие распределительный вал, а виброгаситель предназначен для контроля крутильных колебаний.

Ременной шкив вентилятора приводит в движение вентилятор двигателя, водяной насос и генератор с помощью клинового ремня. Задний конец коленчатого вала несет маховик. Инерция маховика стремится поддерживать постоянную скорость вращения коленчатого вала.

Количество коренных подшипников зависит от конструкции двигателя и цилиндров. Чем больше коренной подшипник, тем меньше возможность вибрации и перекоса коленчатого вала данного типоразмера.

Подшипник должен поддерживать вал и обеспечивать наибольшую жесткость между каждой шатунной шейкой. Компромисс состоит в том, чтобы иметь 3 коренных подшипника на 4-цилиндровом двигателе и 4 на 6-цилиндровом двигателе.

Для снижения вибрации в двигателе коленчатый вал и маховик балансируются отдельно. Их часто проверяют на баланс при установке вместе. Балансировка необходима для предотвращения повреждения двигателя, особенно подшипников.

Types of Crankshafts

Following are the types of crankshafts:

1. Fully built shaft
2. Semi built shaft
3. Welded shafts
4. Solid single piece shaft
5. Forged crankshaft
6. Cast crankshaft
7. Billet crankshaft

1. Полностью собранный вал

Эти типы коленчатых валов изготавливаются путем сборки по частям вместе. При этом все компоненты подвергаются термоусадке после процесса изготовления. Этот тип коленчатого вала использовался в старых двигателях.

Состоит из отдельной шейки кривошипа, шатунной шейки и коренных шеек. Этот шатун и шейки обработаны и просверлены в шейке кривошипа. Они немного меньше в диаметре.

Щетки кривошипа были нагреты и вошли в шатунные шейки и отверстия в шейках (которые увеличились в размерах из-за нагрева). По мере того как кривошип охлаждается, диаметр скважины будет пытаться вернуться к своему первоначальному размеру.

2. Полусобранный вал

Эти типы коленчатых валов не изготавливаются путем сборки различных деталей по сравнению с полностью собранным валом. Шатуны полностью выкованы и сжаты с общими подшипниками.

Шатунные шейки дополнительно обработаны для обеспечения гладкой поверхности. Преимущество использования этого метода термоусадочной посадки заключается в том, что из одной поковки можно изготовить две шейки и шатунные шейки. Ребра кривошипа уменьшены по толщине. В шатунной шейке просверлено отверстие, что снижает вес без ущерба для прочности.

Полусобранный коленчатый вал легче, чем полностью собранный коленчатый вал. Коленчатый вал способен выдерживать высокие нагрузки и поэтому может выдерживать высокие напряжения сдвига и изгиба. Эти типы также встречаются в некоторых высокоскоростных двигателях.

3. Сварной вал

Эти сварные валы изготавливаются путем сборки шейки кривошипа, шатунной шейки и коренных шеек с обеих сторон. Они выкованы, а затем сварены вместе в процессе дуговой сварки под флюсом.

После сварки цапфы были без напряжения и механизированы. Благодаря использованию непрерывного потока зерна полотна можно сделать тоньше. Это может привести к уменьшению коленчатого вала.

Сварной коленчатый вал позволяет значительно снизить вес. Ширина и толщина полотна уменьшаются. Таким образом, обеспечивается большая длина подшипника.

4. Цельный монолитный вал

Эти типы коленчатых валов изготавливаются методом ковки или литья в виде цельного вала. Они используются как в тихоходных двигателях, так и в высокооборотных двигателях.

Он состоит из более чем одной части и соединен болтами на цельных фланцах. Это предназначено для того, чтобы выдерживать нагрузку при стрельбе и циклическом растяжении. Коленчатый вал испытывает нагрузку из-за несоосности, крутильных и осевых колебаний коренных подшипников.

5. Кованый коленчатый вал

Они намного прочнее литых. Кованые кривошипы обычно используются в двигателях с высокими нагрузками и в некоторых 16-клапанных двигателях. Они устроены совершенно по-разному.

Набор штампов изготовлен по размеру кривошипа. Эти штампы находятся в большом гидравлическом прессе с усилием смыкания в несколько тонн. Когда матрица закрывается, металл очень плотно прижимается.

Эти типы коленчатых валов прочнее и долговечнее. Кованые коленчатые валы реагируют на термообработку и, таким образом, обеспечивают лучшую стабильность размеров.

6. Литой коленчатый вал

Эти типы коленчатых валов используются в течение длительного времени. Обычно встречаются в различных дизельных и бензиновых двигателях. Как правило, они изготавливаются из ковкого чугуна методом литья.

Они очень дешевы в производстве и хорошо работают, поэтому производители часто выбирают их. Литой коленчатый вал выдерживает нагрузки со всех направлений, поскольку структура зерна металла однородна и беспорядочна.

7. Коленчатый вал из заготовки

Кривошип из заготовки может быть лучшим типом кривошипа для вашего двигателя. Для изготовления таких кривошипов обычно используется сталь. Сюда входят никель, хром, алюминий, молибден и другие элементы.

Заготовочные кривошипы знакомы из-за кратчайшего времени обработки коленчатого вала. Кроме того, они нуждаются в минимальном балансе из-за однородного дизайна материала.

Неисправности коленчатого вала

Проблемы с коленчатым валом возникают очень редко. Это происходит, когда двигатель находится в экстремальных условиях. Детали двигателя прочные и надежные. Но они связаны с некоторыми основными неисправностями:

1. Изношенные журналы
2. Усталость

1. Изношенные журналы

Обычно это происходит при недостаточном давлении масла. Если коленчатый вал соприкасается с поверхностями коренных подшипников, это постепенно увеличивает зазор и ухудшает давление масла.

Если не позаботиться об этом, изношенные шейки могут вызвать серьезные проблемы с двигателем. Это разрушает подшипники и наносит серьезный ущерб двигателю.

2. Усталость

Возникает, когда постоянное усилие на коленчатый вал приводит к поломке. Эта проблема обычно возникает на скруглении, где задействованы журнал и сеть.

Гладкая поверхность галтели необходима, чтобы избежать слабых мест, вызывающих усталостные трещины. Трещины можно проверить с помощью флюса Magna на коленчатом валу.

Применение коленчатого вала

Коленчатый вал обычно используется в двигателе для преобразования возвратно-поступательного движения в круговое, что значительно упрощает использование энергии или мощности.

Коленчатый вал фактически является сердцем двигателя внутреннего сгорания. Коленчатый вал отвечает за правильную работу двигателя. В некоторых случаях это также экономит энергию для перемещения поршня во время тактов сжатия, всасывания и выпуска.

Подведение итогов

Сбалансированный коленчатый вал обеспечивает плавную работу двигателя, обеспечивает большую мощность, снижает потери энергии и снижает вибрацию двигателя. Он в основном используется для преобразования линейного движения в скорость вращения.

Надеюсь, я рассказал все о коленчатых валах. Если у вас есть какие-либо сомнения по поводу этой статьи « детали коленчатого вала и функция », вы можете задать их в комментариях. Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею с друзьями.

Наконец, подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать уведомления, когда мы загружаем последние сообщения.

Введите адрес электронной почты…

И вы можете загрузить эту статью в файле PDF , нажав здесь.

Скачать PDF

Подробнее в нашем блоге:

1. Клапаны двигателя: типы, работа и клапанный механизм
2. Какие существуют типы прокладок? И его использование в автомобильном двигателе
3. Три основных типа регуляторов, используемых в автомобильном двигателе

Часто задаваемые вопросы

Что такое коленчатый вал и как он работает?

Коленчатый вал является важной частью системы передачи мощности. При этом возвратно-поступательное движение поршня превращается во вращательное с помощью шатуна. Коленчатый вал должен иметь высокую усталостную прочность и износостойкость, чтобы обеспечить долгий срок службы.

Каково применение коленчатого вала?

Коленчатый вал в основном используется в двигателе для преобразования возвратно-поступательного движения в круговое, что значительно упрощает использование энергии или мощности. Он вращается внутри блока цилиндров с помощью коренных подшипников.

Какова функция кривошипа?

Кривошип представляет собой рычаг, прикрепленный под прямым углом к ​​вращающемуся валу, с помощью которого от вала передается круговое движение. Когда он используется с шатуном, он преобразует круговое движение в возвратно-поступательное или наоборот.

Какие бывают типы коленчатых валов?

Ниже приведены основные типы коленчатых валов: полностью собранный вал, полусобранный вал, сварные валы, сплошной цельный вал, кованый коленчатый вал, литой коленчатый вал и коленчатый вал из заготовки.

Коленчатый вал — типы, схема, функция, материал, расположение, конструкция коленчатого вала

Содержание

Что такое коленчатый вал?

Коленчатый вал (т.е. вал с кривошипом) используется для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное или наоборот.

Функции коленчатого вала:

1. Преобразует возвратно-поступательное движение во вращательное.
2. Он передает мощность на маховик.
3. Он получает мощность от маховика.

Типы коленчатых валов:

Коленчатый вал состоит из частей вала, которые вращаются в коренных подшипниках, шатунных шеек, с которыми соединены большие концы шатуна, кривошипов или щек (также называемых щеками), которые соединяются шатунные шейки и детали вала.
Коленчатый вал, в зависимости от положения кривошипа, можно разделить на следующие два типа:

1. Боковой коленчатый вал или выступающий коленчатый вал, как показано на рис. (а), и

2. Отцентрируйте коленчатый вал, как показано на рис. (b).

Типы коленчатых валов

Коленчатый вал, в зависимости от количества кривошипов на валу, также может быть классифицирован как одноходовой или многоходовой коленчатый вал. Коленчатый вал только с одним боковым кривошипом или центральным кривошипом называется одноходовым коленчатым валом, тогда как коленчатый вал с двумя боковыми кривошипами, по одному на каждом конце, или с двумя или более центральными кривошипами известен как многоходовой коленчатый вал.

Боковые коленчатые валы используются для горизонтальных двигателей среднего и большого размера.

Схема коленчатого вала:

схема коленчатого вала

Материал и изготовление коленчатых валов

• В промышленных двигателях коленчатые валы обычно изготавливаются из углеродистой стали, такой как 40 C 8, 55 C 8 и 60 C 4.
• В транспортных двигателях, марганцевая сталь, такая как 20 Mn 2 , 27 Mn 2 и 37 Mn 2 , обычно используется для изготовления коленчатого вала. В авиационных двигателях для коленчатого вала широко используется никель-хромовая сталь, такая как 35 Ni 1 Cr 60 и 40 Ni 2 Cr 1 Mo 28 .
• Коленчатые валы изготавливаются методом штамповки или литья, но первый метод более распространен.
• Поверхность шатунной шейки закалена цементацией, азотированием или индукционной закалкой.
Детали коленчатого вала
Давление в подшипниках и напряжения в коленчатом вале

Давление в подшипниках очень важно при проектировании коленчатых валов. Максимально допустимое давление в подшипнике зависит от максимального давления газа, скорости вала, количества и метода смазки, а также изменения направления давления в подшипнике.

Следующие два типа напряжений возникают в коленчатом валу.

1. Напряжение при изгибе; и

2. Напряжение сдвига из-за крутящего момента на валу.

Большинство отказов коленчатых валов вызвано прогрессирующим разрушением из-за повторяющихся изгибающих или обратных скручивающих усилий. Таким образом, коленчатый вал испытывает усталостную нагрузку, и поэтому его конструкция должна основываться на пределе выносливости. Поскольку выход из строя коленчатого вала может привести к серьезному разрушению двигателя, и невозможно точно определить ни все силы, ни все напряжения, действующие на коленчатый вал, поэтому используется высокий коэффициент запаса прочности от 3 до 4, исходя из предела выносливости. .

Процедура проектирования коленчатого вала: 

Коленчатый вал должен быть рассчитан или проверен как минимум для двух положений коленчатого вала. Во-первых, когда коленчатый вал подвергается максимальному изгибающему моменту и, во-вторых, когда коленчатый вал подвергается максимальному крутящему моменту или крутящему моменту.

Процедура проектирования:

Для проектирования коленчатого вала может быть принята следующая процедура.

1. Прежде всего, найдите величину различных нагрузок на коленчатый вал.

2. Определить расстояния между опорами и их положение по отношению к нагрузкам.

3. Для простоты, а также в целях безопасности считается, что вал опирается на центры подшипников, и все силы и реакции действуют в этих точках. Расстояния между опорами зависят от длины подшипников, которые, в свою очередь, зависят от диаметра вала из-за допустимых подшипниковых давлений.

4. Толщина щек или стенок принимается равной от 0,4 ds до 0,6 ds, где ds — диаметр вала. Его также можно принять от 0,22D до 0,32D, где D — диаметр цилиндра в мм.

5. Теперь рассчитайте расстояния между опорами.

6. Принимая допустимые изгибающие и касательные напряжения, определить основные размеры коленчатого вала.

Концепция дизайна

Основываясь на свойствах материала, мы теперь определим размеры, которые будут рассчитываться исходя из нагрузок и условий. Коленчатый вал рассчитан с учетом двух положений кривошипа:

1. Когда кривошип находится в мертвой точке (максимальный изгибающий момент).
2. Когда кривошип находится под углом, при котором крутящий момент максимален.
Когда кривошип находится в мертвой точке

Пошаговая процедура:

• Нарисуйте диаграмму свободного тела коленчатого вала с различными горизонтальными и вертикальными силами.
• Рассчитать силу поршня. (Нам известно максимальное давление поршня. Согласно отраслевым нормам его можно принять равным 200 бар для дизельных двигателей и 180 бар для двигателей SI). Сила поршня равна макс. Давление поршня * Площадь поршня.
• Отраслевые допущения при расчете сил в FBD.
• Найдите все горизонтальные и вертикальные реакции.
Конструкция шатунной шейки

Шатунная шейка также подвергается сдвиговым нагрузкам из-за крутящего момента. Таким образом, мы можем рассчитать изгибающий момент в центре шатунной шейки и крутящий момент на шатунной шейке и результирующий момент.

Пошаговая процедура:

• Расчет изгибающего момента в центре шатунного пальца (из FBD).
• Приравняйте BM к (MOI*Напряжение в подшипнике) для шатунной шейки (Sigma-b)
• Решите и найдите диаметр шатунной шейки.
• Решить FBD для длины.
Конструкция щеки кривошипа

Щетка кривошипа предназначена для внецентренной нагрузки. На щеку кривошипа будут действовать два напряжения: одно прямое напряжение сжатия, а другое напряжение изгиба из-за газовой нагрузки поршня (Fp).

Отраслевые допущения:

• Толщина щеки кривошипа Tst = 0,65 *dc + 6,35 (dc = диаметр шатунной шейки)
• Ширина щеки кривошипа, w = 1,125 * dc +12,7

Пошаговая процедура:

• Рассчитайте изгибающий момент из FBD.
• Проверить, является ли BM положительным или отрицательным. Если отрицательный, увеличьте диаметр шатунной шейки и решите его снова. Если положительный, то ваш дизайн безопасен.
  Вал под маховиком

Общий изгибающий момент в месте расположения маховика будет равнодействующим горизонтального изгибающего момента, вызванного газовой нагрузкой и натяжением ремня, и вертикального изгибающего момента, обусловленного весом маховика.

Затем вы можете найти диаметр, используя уравнение момента. M=(MOI*Sigma-b).

Когда кривошип находится под углом максимального крутящего момента

Крутящий момент на коленчатом валу будет максимальным, когда тангенциальная сила на кривошипе (FT) максимальна. Максимальное значение тангенциальной силы достигается, когда кривошип находится под углом от 30° до 40° для двигателей внутреннего сгорания с постоянным давлением (например, дизельных двигателей).

Когда кривошип находится под углом, при котором крутящий момент максимален, вал подвергается крутящему моменту от энергии или силы, накапливаемой маховиком. Вышеупомянутые конструктивные параметры можно перепроверить на предмет запаса прочности при проектировании, рассматривая коленчатый вал под углом максимального крутящего момента.

Если коэффициент безопасности больше 1, конструкция безопасна. Учитывая это, мы имеем различные силы, действующие на коленчатый вал под разными углами закручивания.

Это базовая концепция проектирования, используемая в промышленности для проектирования коленчатых валов для различных двигателей внутреннего сгорания, но существуют различные параметры и отношения, которые известны только в отрасли и являются их авторскими правами. Таким образом, для изучения вы можете обратиться к различным справочникам по проектированию, доступным на рынке проектирования машин.

Примечания :

1. Коленчатый вал должен быть рассчитан или проверен как минимум для двух положений коленчатого вала. Во-первых, когда коленчатый вал подвергается максимальному изгибающему моменту и, во-вторых, когда коленчатый вал подвергается максимальному крутящему моменту или крутящему моменту.

2. Необходимо учитывать дополнительный момент из-за веса маховика, натяжения ремня и других сил.

3. Предполагается, что действие изгибающего момента не превышает двух опор, между которыми действует сила. 9

Последние сообщения Сосуды под давлением Сосуды, резервуары и трубопроводы, которые транспортируют, хранят или получают жидкости, называются сосудами под давлением.