нужно ли облегчать коленвал или нет
В продолжении темы по доработке коленвала. И ответы на некоторые ЧАВО
Опыт доказывает, что при облегчении коленвала действительно ощутимо улучшается динамика авто в целом, мотор гораздо быстрее выходит на верхний предел оборотов, имеет меньшую инерционность и т. д.Только вот, как и в принципе во всем остальном, нужно знать золотую середину. К примеру, подготовка коленвалов для дрега и для кольца немного отличается друг от друга.Некоторые статьи из просторов интернета заявляют, что облегчение КВ не дает никаких плюсов, это не так. Конечно влияние на ресурс это дело оказывает негативное, но при достижении целей по повышению мощности и отзывчивости мотора приходится жертвовать многим. Речь идет про экстремальное облегчение. Если перестараться, то ваше, чрезмерно облегченное колено, может лопнуть в самый неподходящий момент. В доказательство этих слов цитируем текст из учебника для вузов: «Коленчатые валы, большинства многоцилиндровых четырехтактных двигателей, уравновешены благодаря тому, что валы симметричны относительно плоскости, перпендикулярной оси вала и проходящей через его середину, соблюдая условие расположения центра тяжести на оси вращения, число колен четное и не менее четырех. Конструкции 4, 6, 8-цилиндровых двигателей, несмотря на свою уравновешенность от центробежных сил инерции, иногда содержат противовесы. Это делают для разгрузки коренных подшипников и шеек вала. Противовесы в этих случаях разгружают вал и от изгибающих усилий».Коленвалы отечественных авто, например Ваз 2108 (рассмотрим его), являются полностью уравновешенными коленвалами. Т. е. вес противовесов, при учете его цента тяжести, практически полностью совпадает с весом кривошипа, а также расстояния центров тяжести обоих находятся на равном удалении от оси симметрии коленчатого вала.Кстати говоря, у полностью уравновешенных КВ, вес противовесов не обязательно должен быть равным весу кривошипа. Все зависит от расстояния на котором находится центр тяжести противовеса относительно оси симметрии КВ. Чем дальше центр тяжести от оси симметрии, тем вес противовеса может быть меньше, и наоборот, чем ближе к оси, тем вес должен быть больше. При проектировании и при производстве облегчения КВ можно изначально заложить желаемый вес противовесов в расчетные формулы и получить требуемое значение по расстоянию центра тяжести противовеса от оси симметрии КВ.
Вариант который будет показан ниже по ссылке я использую практически всегда.
При облегчении таким способом как раз противовес не трогаем и ресурс по моему мнению остается прежним.
Вес удаляется больший чем при срезании противовесов "токарным" методом (противовесы режутся под углом и имеют ограничение связанное с конструкцией кв.)
Облегчаю срезанием металла со стороны шатунных шеек. По радиусу не глубоко . Достаточно просто сгладить поверхность чтоб не было видно пор от литья. Отрезаем все дефекты связанные с литьем и технологические отливы. Отрезаем так называемые"уши" на коленвале в районе шатунных шеек
Не забываем на переходах плоскостей добавлять галтель для предотвращения возникновения напряжений и других паразитных явлений.
Коленчатые валы — условия работы, нагрузки
Коленчатый вал служит для преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршней во вращательное и передачи крутящего момента потребителю мощности. Коленчатый вал является одной из наиболее ответственных, напряженных и дорогостоящих деталей. Стоимость вала может достигать 30% стоимости всего дизеля, а масса — до 15% массы дизеля.
Коленчатый вал состоит из кривошипов (колен) 2 (рис. 10.1а), передней шейки 1, шейки 4 отбора мощности и жесткого соединительного фланца 3.
При относительно небольших размерах и массе вал изготавливают цельным (рис. 10.16). Каждый кривошип состоит из двух рамовых шеек 4, размещенных в рамовых подшипниках 6, двух щек 3 и шатунной (кривошипной) шейки 2, соединенной с нижним концом шатуна 5. На валу размещают шестерню 1 привода вспомогательных механизмов, противовесы 7, шестерню 8 привода распределительного вала, маховики, иногда — демпфер осевых колебаний вала или гаситель крутильных колебаний.
Условия работы, нагрузки
Коленчатый вал передает крутящий момент потребителю энергии и воспринимает нагрузки, создаваемые силами давления газов и инерции поступательно движущихся и вращающихся масс. Эти силы определяют наличие в валах циклически действующих сжимающих и растягивающих нагрузок и переменных скручивающих и изгибающих моментов. Составляющие силы Рш (рис. 10.1 в), производной от суммы сил давления газов и инерции, тангенциальная Т и радиальная Z и их реакции на рамовых подшипниках изгибают шатунную шейку (опасное сечение I-I), щеки кривошипа (опасное сечение II-II) и рамовые шейки (опасное сечение III-III).
Одновременно с деформацией возникают соответствующие им напряжения. Крутящий момент, передаваемый от соседних цилиндров Мв , скручивает левую рамовую и мотылевую шейки рассматриваемого цилиндра. Правая рамовая шейка скручивается суммарным моментом М’в , представляющим собой сумму подходящего момента Мв и момента, создаваемого касательной силой рассматриваемого цилиндра. Изгибающие напряжения в валу возникают также при нарушении оси вала вследствие его неправильной укладки на рамовых подшипниках или просадке подшипников при их большом износе. Схематическое изображение возникающих в шейках вала нагрузок от рассматриваемых сил и моментов приведено на рис. 10.2.
Помимо рассмотренных сил на коленчатый вал действуют неуравновешенные силы инерции поступательно движущихся и вращающихся масс и их моменты.
Особое место в нагружении вала и его поломках вызывают крутильные и осевые колебания вала, создаваемые переменным крутящим моментом. Наиболее опасную величину напряжения кручения приобретают при резонансе вынужденных и собственных колебаний вала (работа двигателя в зоне критических оборотов). Опасными местами, где чаще всего действуют концентраторы напряжения, являются галтели перехода шеек к щекам (см. рис. 10.3), испытывающие попеременные напряжения сжатия и расширения. Концентраторами напряжений могут быть также глубокие царапины и надрезы на шейках вала, а также дефекты материала, наличие в нем посторонних включений, нарушения технологии ковки и термической обработки.
Учитывая циклический характер всех рассмотренных сил и моментов, поломки вала обычно носят усталостный характер.
К конструкции коленчатого вала предъявляют следующие основные требования: возможно большая жесткость и прочность при наименьшей массе; высокая износостойкость шеек; динамическая уравновешенность (все массы должны быть расположены так, чтобы не было неуравновешенных пар).
Материал коленчатых валов: углеродистая сталь 35, 40, 45, 50, 35Г, 45Г (для МОД и СОД средней мощности), легированная сталь 40ХН, 40ХНВА и др. (для ВОД и мощных СОД). Легированная сталь не увеличивает жесткости вала, но повышает его усталостную прочность и износостойкость.
Валы дизелей малой и средней мощности иногда изготавливают из высокопрочного модифицированного чугуна со сферическим графитом ВЧ45-5, ВЧ50-2 и др. Преимущества чугунных валов: меньшая стоимость изготовления; возможность использования более рациональных конструктивных форм (с точки зрения снижения концентрации напряжений); меньшая чувствительность к концентраторам напряжений (рискам, царапинам и т.п.); повышенная износостойкость шеек (за счет наличия в чугуне графита и хорошей смачиваемости шеек маслом). Недостатки чугунных валов: пониженная жесткость и прочность и трудность обнаружения внутренних литейных пороков.
Кривошипы (колена) вала изготавливают цельными (рис. 10.4а), полусоставными (рис. 10.46) и составными (рис. 10.4е). В полусоставных и составных кривошипах соединение отдельных частей обеспечивается горячей посадкой или холодом (без шпонок или стопоров). Достаточное обжатие достигается натягом 1/800-1/1000 при нагреве до 200-250°С.
Полусоставные и составные кривошипы применяют в МОД, главным образом для валов с большими диаметрами шеек.
Угол заклинки кривошипов и порядок вспышек в цилиндрах выбирают из условий наибольшей равномерности вращающего момента, наиболее полного уравновешивания, равномерной нагрузки на рамовые подшипники, наименьших дополнительных напряжений от крутильных колебаний.
Для обеспечения равномерного вращения коленчатого вала вспышки в цилиндрах должны происходить через одинаковые углы п.к.в.: для четырехтактных дизелей (φ = 720/ Ɩ, для двухтактных (φ = 360/ Ɩ (где Ɩ — число цилиндров). У ВОД условие наиболее полного уравновешивания часто является решающим и угол φ может быть другим. Для равномерного нагружения вала и рамовых подшипников последовательные вспышки не должны происходить в соседних цилиндрах, так как рамовый подшипник между этими цилиндрами будет перегружен.
Рамовые и шатунные шейки обычно имеют одинаковый диаметр; у СОД и ВОД для обеспечения демонтажа шатуна через цилиндр диаметр шатунной шейки иногда уменьшают на 10-15%. Места переходов шеек к щекам для уменьшения концентрации напряжений выполняют плавными с возможно большими радиусами закруглений. Сверления в шейках могут иметь разное назначение: для уменьшения массы вала (сверления в рамовых и шатунных шейках); для уменьшения центробежных сил инерции неуравновешенных вращающихся масс (сверления в шатунных шейках); для подвода смазки к кривошипным подшипникам и контроля качества поковки вала; для искусственного уравновешивания без применения противовесов (сверления различного диаметра только в некоторых шатунных шейках). В современных МОД сверления часто не делают, так как они являются концентраторами напряжений и существенно снижают прочность вала.
Смазка шеек коленчатого вала — циркуляционная под давлением. Масло обычно подводится по отдельным патрубкам из общей масляной магистрали к рамовым подшипникам, а затем по сверлениям в кривошипах поступает на смазку шатунных шеек. Поступлению масла к шатунным подшипникам способствует центробежная сила массы масла. Если кривошипы сверлений не имеют, в рамовые подшипники масло подводится по отдельным патрубкам, а в шатунный — от крейцкопфных подшипников по сверлению в шатуне.
У некоторых ВОД вследствие больших центробежных сил нагруженной оказывается вся поверхность рамового подшипника. В этом случае масло подводят не через подшипники, а через торец коленчатого вала.
Для подвода масла от рамового в шатунный подшипник часто используют косое сверление в кривошипе; при этом для непрерывного поступления масла в кривошипный подшипник и далее по сверлению в шатуне в поршневой подшипник в рамовых и кривошипном подшипниках приходится делать нежелательные кольцевые канавки. Для устранения этого в рамовой шейке делают два входных сверления 1 и 2 (рис. 10.4г), а в шатунной шейке — выходные сверления 3 и 4.
При использовании для канализации масла облегчающих осевых сверлений в шейках (такие сверления делают большего диаметра) их торцы уплотняют заглушками 5 (рис. 10.4д). Однако заглушки и большой объем масла в облегчающих сверлениях увеличивают вращающиеся массы, а на заполнение больших объемов требуется время. Для устранения этого недостатка в косых сверлениях кривошипа иногда развальцовывают латунные трубки 7 (рис. 10.4в). Для ускорения подачи масла в пусковой период в ряде случаев в осевых сверлениях рамовых (или рамовых и шатунных) шеек устанавливают вытеснители 9 (рис. 10.ж). В ВОД в радиальные сверления шатунных шеек часто завальцовывают короткие сепарационные трубки 8 (рис. 10.4.ж ).
При вращении вала механические примеси центробежной силой отбрасываются к периферии и откладываются на поверхности осевого сверления шейки, а в трубку поступает чистое масло (иногда для этого радиальное сверление в шейке располагают в плоскости, перпендикулярной плоскости колена вала).
Радиальные сверления в шейках стремятся расположить в области минимальных давлений на шейку; в реверсивных дизелях предусматривают обычно два сверления в шатунной шейке.
Щеки кривошипа могут иметь различную конструктивную форму. Прямоугольные щеки (рис. 10.4з) просты в изготовлении; однако нерациональное использование материала (опасным является сечение х-х, а ширина щеки одинакова по всей длине) увеличивает неуравновешенные вращающиеся массы, центробежные силы которых дополнительно нагружают рамовые подшипники. Для устранения этого недостатка и уменьшения общей массы вала углы щек часто срезают (рис. 10.4а, б, г, ж).
Овальные щеки (рис. 10.4u) являются наиболее рациональными в отношении прочности, массы и равномерного распределения напряжений, но сложны в изготовлении.
Круглые щеки (рис. 10.4к) менее рациональны в сравнении с овальными, но проще в изготовлении.
Фигурные щеки (рис. 10.46, в) применяют в полусоставных и составных кривошипах. Их форма обусловлена необходимостью создания «кольца» для надежного обжатия шеек.
Для повышения усталостной прочности коленчатого вала тщательно обрабатывают и полируют напряженные места (особенно галтели и выходы радиальных сверлений в шейках), а галтели сопряжения шеек и щек выполняют с возможно большими радиусами; радиальные сверления в кривошипной шейке располагают не в плоскости кривошипа, а под углом 90 или 270°. Применяют «перекрытие» рамовых и кривошипной шеек, «подвнутрение» галтелей в щеку или в шейку. Осевые сверления в кривошипных шейках растачивают эксцентрично; внутренние полости шеек чугунных валов выполняют бочкообразной формы.
Противовесы на коленчатом валу устанавливают для уравновешивания свободных сил инерции (неуравновешенных путем заклинки кривошипов) и их моментов; разгрузки рамовых подшипников (за счет уравновешивания центробежных сил инерции неуравновешенных вращающихся масс) и уравновешивания внутренних моментов центробежных сил и передающихся через рамовые подшипники на остов дизеля. К щекам кривошипа противовесы чаще всего крепят болтами, для разгрузки которых от срезающей силы применяют замки различных типов или шпонки (рис. 10.5а, б). Для МОД противовесы часто отковывают или отливают заодно со щеками (рис. 10.5в). Для уменьшения массы противовеса его центр тяжести должен быть расположен возможно дальше от оси вала.
Шейки коленчатого вала при выходе из картера во избежание утечки масла уплотняют специальными маслоотбойными гребнями в комбинации с лабиринтным или сальниковым уплотнением (резинопластик, фетр) или предусматривают маслосгонную резьбу (при малых диаметрах вала у нереверсивных дизелей).
Свободный конец вала обычно используют для монтажа шестерни 1 (см. рис. 10.16), привода навешенных на дизель насосов (масляного, водяного, топливоподкачивающего) и других вспомогательных механизмов.
При больших размерах коленчатого вала и гребного винта осевые колебания вала могут достигать значительной величины. Для снижения амплитуды осевых колебаний в ряде случаев на свободном конце вала устанавливают демпфер осевых колебаний. Для уменьшения амплитуды крутильных колебаний на свободном конце вала (участке наибольших амплитуд колебаний) в ВОД и СОД иногда устанавливают гасители крутильных колебаний: антивибраторы и демпферы.
Конец вала со стороны отбора мощности обычно имеет фланец для соединения с упорным валом, маховиком или фланцем генератора и шестерню 8 (рис. 10.16) привода распределительного вала. Привод длинных распределительных валов иногда располагают в средней части коленчатого вала, что уменьшает погрешности распределения от скручивания распределительного вала.
Маховик служит для уменьшения колебаний угловой скорости коленчатого вала и обеспечения равномерного его вращения за счет аккумулирования и отдачи кинетической энергии массой маховика. В МОД равномерность вращения вала обычно обеспечивается маховыми массами самого дизеля, и установка маховика не требуется. Вместо него устанавливают диск валоповоротного устройства с зубчатым венцом. На ободе диска (или маховика) обычно наносят отметки ВМТ всех цилиндров и риски от нуля до 360°, которые используют при проверке и регулировке фаз газораспределения и топливоподачи.
Повреждения и поломки
Происходящие в эксплуатации повреждения валов могут быть приведены к следующим видам:
Износам подвержены шейки валов, работающие в подшипниках.
Абразивный износ чаще всего является следствием попадания грязи при небрежно проведенных работах по очистке двигателя после его переборки и ремонта. К другой причине относится попадание в циркулирующее в подшипниках масло твердых частиц кокса и продуктов износа, под воздействием которых на шейках и рабочей поверхности вкладышей подшипников появляются риски, царапины, а иногда и глубокие борозды. В последнем случае поверхности выглядят так, как это происходит при задирах из-за недостатка масла, чрезмерно высоких нагрузок и перегрева. Появление в масле абразивных частиц обусловливается прорывом из цилиндров газов, несущих в себе сажу и отколовшиеся частицы нагара (более мелкие частицы вдавливаются в мягкий поверхностный слой подшипника и благодаря этому не приводят к заметному повреждению шеек). Большая часть механических примесей должна задерживаться в сепараторе и фильтре, но при неудовлетворительной работе сепаратора и фильтра этого не происходит. Следует помнить, что при загрязнении фильтра открывается байпасный клапан и в двигатель поступает нефильтрованое масло, несущее в себе крупные частицы.
Адгезионный износ возникает при недостаточном поступлении масла в подшипники, чаще всего возникающем при загрязнении масляных каналов. Причинами также могут быть падение давления масла и существенное снижение несущей способности масляного клина из-за разжижения масла топливом или образования водомасляной эмульсии, а также увеличение масляного зазора при большом износе или подплавке подшипника.
Отмеченные явления приводят к контактному изнашиванию «металл по металлу», при котором сначала происходит заполировывание поверхностного слоя, сопровождающееся ростом температур в зоне трения, затем размягчение антифрикционных сплавов, их утонение вследствие выдавливания, их оплавление и наволакивание на шейки вала.
Фреттинг-коррозия выражается в выкрашивании частиц металла в зоне контакта под действием усталостных разрушений, вызываемых вибрациями и микроперемещениями контактирующих поверхностей. Одновременно с фреттингом возникает коррозия.
Фреттинг происходит при достаточно малых скоростях скольжения, когда элементы длительное время находятся в контакте, что затрудняет унос продуктов износа из зоны контакта и тем самым способствует абразивному изнашиванию.
Большинство аварийных повреждений двигателей вызывается потерей прочности деталей или узлов и их поломкой. При этом в ряде случаев видимых причин поломки не обнаруживается, а действовавшие в поврежденной детали напряжения обычно значительно ниже напряжений, при которых в данном металле происходит разрушение или появляется остаточная деформация. В подобных случаях обычно утверждают, что поломка вызвана «усталостью металла». Объясняется это часто бытующим неправильным представлением о природе «усталого металла». Одни полагают, что металл, длительное время находившийся в напряженном состоянии, будто бы изменяет свои свойства. Другие считают, что под действием большого числа переменных нагрузок во всей массе металла он становится слабым и хрупким. Оба представления неверны. Только в результате нахождения металла под нагрузкой свойства его не меняются, сколько бы времени оно ни продолжалось, если нагрузка не превышает предела упругости материала (не вызывает остаточной деформации).
Усталость металла объясняется образованием в наиболее «слабом» месте микроскопической трещины, которая под действием знакопеременной нагрузки растет и достигает видимых простым глазом размеров. В вершине трещины резко повышаются напряжения. Это вызывает ее дальнейшее распространение и прогрессирующий рост напряжений. В конечном итоге, когда напряжения превысят предел прочности металла, деталь быстро разрушается. Появлению усталостной трещины предшествует накопление сдвигов в структуре металла, вызванных действием циклической нагрузки. В дальнейшем развитие и распространение линий сдвига в детали приостанавливаются, за исключением одного наиболее слабого места, где действующие напряжения достигают определенного значения. Здесь линии сдвига непрерывно множатся, растут и, наконец, сливаются в трещину. Вся энергия внешней силы устремляется в это место, вследствие чего остальная масса металла остается в неизменном состоянии. Чтобы в наиболее слабом месте детали образовалась трещина, действующие в нем напряжения должны достигнуть или превысить предел усталости металла.
Под пределом усталости подразумевается то максимальное напряжение, при котором образец не разрушается под воздействием очень большого числа циклов нагружения (10-20 миллионов).
Следовательно, если напряжения, возникающие в образце металла при циклической нагрузке, не превышают предела усталости, то этот образец может выдержать бесконечно большое число циклов нагружения. Это в полной мере оправдывается для лабораторного образца. В действительности детали машин редко служат в таких идеальных условиях. Обычно в деталях имеются понизители циклической прочности, значительно снижающие их предел усталости. К таким понизителям относятся различные концентраторы напряжения и в первую очередь всевозможные резкие изменения формы. Известно, что в местах перелома поверхности (на дне входящих углов галтелей, по краям отверстий) местные напряжения в несколько раз превышают средние расчетные напряжения. Не менее опасны разного рода случайные повреждения поверхностей детали, возникшие при ее изготовлении или при сборке (риски, царапины, надрезы).
Причинами могут быть также наличие флокенов, неметаллических включений в стали, микротрещины, образовавшиеся при термической обработке, коррозионные повреждения при эксплуатации и т.д.
Поэтому при среднем напряжении, не превышающем предела усталости, в месте расположения понизителя прочности напряжение может оказаться весьма большим и с течением времени под влиянием циклической нагрузки деталь разрушится.
В условиях эксплуатации усталостные поломки деталей двигателей чаще всего происходят при изменении условий работы, когда возникающие дополнительные напряжения в сумме с номинальными превышают предел усталости материала детали. Такими дополнительными напряжениями могут быть напряжения крутильных резонансных колебаний (работа двигателя в зоне критических оборотов), напряжения изгиба коленчатого вала при неравномерном износе или неправильной укладке вала на рамовых подшипниках, деформация корпуса судна и фундаментной рамы, напряжения изгиба в стержне шатуна при заклинивании головного соединения и пр.
Практика показывает, что во всех случаях усталостное разрушение деталей двигателей вызывается действием одного из перечисленных выше факторов. При определении причины поломки большую помощь может оказать изучение структуры поверхности излома, обращая внимание на следующие признаки:
- характер излома;
- глубина развития усталостной трещины;
- степень и характер наклепа поверхности излома;
- число очагов, в которых началось развитие трещины;
- характер линии фронта.
Место возникновения усталостной трещины (рис. 10.6) обычно удается определить легко и безошибочно, около него видны расходящиеся в различных направлениях линии.
Для этой стадии усталостного излома (зона 1) характерно наличие волнообразных полос, представляющих собой ряд границ ее последовательного распространения.
Геометрические оси этих полос направлены к месту возникновения трещины. По мере распространения трещины по поперечному сечению ее поверхности становятся все менее и менее гладкими, что является признаком перехода ко второй фазе развития (см. зону 2). В этой стадии поломки наступает момент, когда оставшееся сечение детали не может более противостоять действующим повторяющимся нагрузкам и деталь разрушается. Поверхность разрыва остаточного сечения имеет вид типичной поломки от приложенной нагрузки и в противоположность первой фазе характеризуется признаками хрупкого излома. Скорость развития усталостной трещины определяется величиной действующего в детали напряжения. Чем меньше действующее напряжение, тем дальше будет развиваться усталостная трещина (рис. 10.76) и тем меньшей будет площадь зоны статического напряжения. На поверхности зоны усталостного излома образуется наклеп.
Если зона 1 невелика и наклеп отчетливо выражен на границе зон, то это свидетельствует о большой циклической перегрузке. Если же номинальное напряжение невелико, то трещина развивается медленно и максимальный наклеп получается у наружной поверхности, там, где образуются первые очаги усталостной трещины.
На рис. 10.7 линии b—c—d определяют фронт развития усталостной трещины. Их характер зависит от того, с какой скоростью отдельные участки трещины проникают в глубь сечения. По характеру линии фронта можно определить условия роста трещины; последние зависят от величины номинального напряжения, характера действующих сил и концентрации напряжения в детали. При растяжении -сжатии линия фронта располагается так, как показано на рис. 10.7. При умеренном номинальном напряжении фланги (точки b и d) продвигаются несколько медленнее центра (точка с). В случае изгиба линия фронта приближается к прямой. При симметричном изгибе (вращении) усталостная трещина развивается не только в радиальном на-
Литература
Судовые двигатели внутреннего сгорания — Возницкий И.В. Пунда А.С. [2010]
Для чего нужны противовесы в коленчатом вале
Противовесы коленчатого вала сортируют на группы через 5 г. Какие дополнительные усилия возникнут в подшипниках коленчатого вала с радиусом кривошипа 60 мм, вращающегося с числом оборотов 4000 в минуту, в результате постановки противовеса соседней большей весовой группы. [1]
Противовесы коленчатых валов тракторов — ковка. [2]
Масса противовесов коленчатого вала составляет 70 — 80 % суммарной массы вращающихся частей. У некоторых двигателей противовесы отковывают или отливают как одно целое со щеками коленчатого вала. Толщина противовеса не должна превышать толщины щеки. У большинства двигателей противовесы изготовляют отъемными. Для большей надежности головки болтов приваривают к противовесам. [4]
На первом противовесе коленчатого вала должны быть выбиты товарный знак ремонтного предприятия, номер ремонтного воздействия и дата ремонта. [5]
Для облегчения поршня и свободного прохода противовесов коленчатого вала при нижних положениях поршней нерабочая часть юбки вырезается. [6]
Для облегчения поршня и свободного прохода противовесов коленчатого вала при нижних положениях поршней нерабочая часть юбки вырезается. Чтобы при нагреве поршни меньше расширялись, в поршни двигателя ЗИЛ-Ill при их изготовлении заделаны пластины из малорасширяющейся стали. [7]
Два типа специальной подвески маятникового гасителя на противовесе коленчатого вала показаны на рис. 25; в обоих случаях обеспечивается весьма малое значение расчетной длины маятника. [8]
Для гашения колебаний коленчатого вала авиационного мотора в противовесе коленчатого вала делается желоб в форме дуги окружности радиуса г с центром, смещенным на АВ 1 от оси вращения; но желобу может свободно двигаться дополнительный противовес, схематизируемый в виде материальной точки. Угловая скорость вращения вала равна и. [9]
Для гашения колебаний коленчатого вала авиа ционного мотора в противовесе коленчатого вала делается желоб в форме дуги окружности радиуса г с центром, смещенным на АВ I от оси вращения; по желобу может свободно двигаться дополнительный противовес, схематизируемый в виде материальной точки. Угловая скорость вращения вала равна а. [10]
Проверить состояние кулачков распределительного вала и толкателей, шплинтовку шатунных подшипников и крепление противовесов коленчатого вала . [11]
На многих карбюраторных и дизельных двигателях юбка поршня со стороны бобышек имеет вырез для прохода противовесов коленчатого вала . [13]
Рассмотренный метод определения величины противовесов может быть применен во всех случаях, в том числе и при определении противовесов коленчатых валов многоцилиндровых двигателей . [15]
Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы
Коленчатый вал (коленвал) двигателя – это одна из важных деталей КШМ, расположенная в цилиндровом блоке. Вал преобразует поступательные движения поршней во вращательный момент, который через трансмиссию передается на колеса автомобиля.
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.
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.
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.
Секреты коленчатого вала для гоночного мотора
Любителям автомобилей, неутомимым самостоятельным ремонтникам и, конечно же, самым разным водителям – привет!
Меня зовут Николай Остапцов. Я инженер-механик. Мне 55 лет, из которых 37 связан с автомобилями. В молодости заработал 1 разряд по автоспорту.
Более 23 лет занимался самостоятельным авторемонтом, кузовными работами и покраской.
— —— Ставьте лайки, делитесь с друзьями, подписывайтесь на канал
Сегодня поговорим о Коленчатом вале, сокращённо — КВ.
КВ является одной из самых ответственных и сложных в конструктивном отношении деталей двигателя. От его прочности во многом зависит не только надёжность, но и возможность его форсировки.
Наиболее простым способом доработки КВ можно считать облегчение (обрезка) противовесов. С двигателя УЗАМ можно снять до 6 кг «лишнего веса». Конечно, и это требует определённых знаний и умений, но.
Самый интересный способ «доработки», если это «упражнение» язык повернётся назвать доработкой — Коленчатый вал на подшипниках качения.
Главное его достоинство — заметное уменьшение потерь на трение.
В 1969-1970 годах, для сборной СССР по авторалли, изготавливались КВ, в которых в качестве коренных использовались шариковые подшипники качения и для шатунных — роликовые.
Основные размеры тех валов оставались без изменений. Что касается выбора подшипников, то наружные размеры их были ограничены: для коренных — расстоянием между шпильками крепления коренных крышек блока цилиндров, для шатунных — размером кривошипной части шатуна.
На коренную шейку устанавливались два шариковых подшипника № 110 (первая мелкая серия), на шатунную — два роликовых № 292206
Роль внутренней обоймы выполняет сама шатунная шейка, поэтому твёрдость её должна быть не меньше HRC 60-65. Радиус кривошипа оставлялся 35 мм.
Изготовление такого вала — дело очень не простое. Дело даже не в изготовлении деталей — тут трудностей быть не должно.
Очень сложна сборка. Даже высококвалифицированные мастера из Сборной СССР портили по нескольку комплектов, прежде, чем удавалось получить удачный вал.
Эдвард Георгиевич Сингуринди, член команды, а в последствии и её тренер, рекомендовал:
1. Иметь небольшой резерв, 1-2 штуки, лишних подшипников, шеек и щёк сверх комплекта. Не забывать, что такой вал является сборным, но не разборным, т.е. он собирается один раз и навсегда.
2. Между каждой парой подшипников нужно ставить распорные шайбы. Свободная посадка подшипника на шейку не годится — нужно либо заменить подшипник, либо шейку.
3. Сначала, собираются 4 секции, каждая из двух щёк и одной шатунной шейки с роликовыми подшипниками, свободно,но без зазоров садящихся на свои шейки.
В связи с тем, что посадочные концы шеек запрессовываются в отверстия щёк, сборка должна производиться после предварительного нагрева щёк и охлаждения шеек по возможности быстро.
Собранные секции проверяются на правильность геометрии на специальной плите. Опорными поверхностями для этой и всех дальнейших проверок являются точно обработанные (не ниже 7 класса) грани щёк.
Проверенные секции собираются попарно с помощью второй и четвёртой коренных шеек по такой же технологии. Полученные таким образом две секции опять обязательно проверяются на плите и подгоняются с применением шлифовальных брусков одинакового размера.
4. Последний, самый ответственный момент — соединение двух последних секций между собой средней коренной шейкой.
Если после сборки вала при окончательной проверке на плите его кривизна по всех плоскостях оказалась не более 0,02-0,03 мм, считайте, что вам повезло и такой вал можно ставить в двигатель.
Вот эта фраза, про «считайте, что вам повезло», меня всегда впечатляла, особенно, когда я её впервые услышал от самого Эдварда Георгиевича (отмечу, что я никогда не был даже кандидатом в Сборную. В те времена я был студентом ЛТА, где Э.Г. Сингуринди был зав.кафедрой физвоспитания).
Для установки собранного вала в двигатель посадочные места коренных подшипников БЦ растачиваются под размер 80-0,02 мм, а нижнее отверстие шатуна — под размер 72-0,02 мм.
Расточку блока лучше производить за одну установку на станке, чтобы сохранить строгую соосность постелей под коренные подшипники.
При этом возникает необходимость в снятии части металла со шпилек крепления крышек коренных подшипников и болтов крепления крышки шатуна. Однако, нареканий на крепления не было.
Правильно собранный и закрепленный в блоке КВ вращается с лёгкостью, близкой к вращению велосипедного колеса.
Если хотите быть в курсе самых свежих новостей, узнавать о решении проблем при ремонте или «тайнах вождения» – подписывайтесь, не пожалеете!
Зачем нужны противовесы на коленчатом валу?
Противовес разработан компенсировать вес шатуна и поршня, чтобы сбалансировать силы инерции между тяжёлым поршнем и шатуном в двух противоположных направлениях – возвратно-поступательном и вращательном. Вес поршня и шатуна напрямую влияет на размер и положение противовеса.May 7, 2018
Для чего нужны противовесы на коленчатом валу?
Противовесы — обеспечивают разгрузку коренных подшипников от центробежных сил инерции первого порядка неуравновешенных масс кривошипа и нижней части шатуна.
Для чего к Шейкам коленчатого вала прикрепляются противовесы?
Продолжением щеки в противоположном от шатунной шейки направлении является противовес. Противовесы уравновешивают вес шатунов и поршней, тем самым обеспечивают плавную работу двигателя.
Что будет если облегчить коленвал?
Опыт доказывает, что при облегчении коленвала действительно ощутимо улучшается динамика авто в целом, мотор гораздо быстрее выходит на верхний предел оборотов, имеет меньшую инерционность и т.
Кто первым придумал коленчатый вал?
Что будет если поставить облегченный маховик?
Если простыми словами, то это положительно скажется на динамических характеристиках автомобиля. Мотор будет быстрее достигать максимальных оборотов, прибавка мощности составит примерно 3-4 процента. Не следует полагать, что если поставим облегченный маховик, то машина быстрее поедет и время разгона сократиться.
Зачем нужны противовесы на коленчатом валу? Ответы пользователей
. энеционных сил они нейтрализуют друг друга, так зачем же они нужны тогда? . валу рядного четырехцилиндрового движка стоят противовесы?
Противовес — коленчатый вал · Противовесы коленчатого вала сортируют на группы через 5 г. · Противовесы коленчатых валов тракторов — ковка. · Масса противовесов .
Отсутствие противовесов грозит возникновением значительных вибраций, что в высокооборотных двигателях может привести к разрушению двигателя. Наибольшие нагрузки .