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

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

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

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

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

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

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

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

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

Коленчатый вал

Устройство коленчатого вала

Коленчатый вал внешне полностью соответствует названию, так как состоит из нескольких колен, расположенных на одной оси. Колена это крупные выступы сложной формы, отлитые единым целым с валом. Колена предназначены для крепления шатунов, на которых, в свою очередь, закреплены поршни. Кроме колен у вала есть и другие элементы. Прежде всего, это шейки, то есть цилиндрические опорные «проставки» между коленами, позволяющие крепить вал в теле блока цилиндров.

Коленчатый вал в процессе эксплуатации автомобиля прирабатывается к тому двигателю, в котором он установлен. Поэтому переставлять бывший в употреблении коленвал в другой блок не рекомендуется

Плохо закрепленный вал не смог бы вращаться долго, поэтому шейки расположены по всей его длине, создавая несколько точек опоры. Опорные шейки вала позволяют ему вращаться в блоке цилиндров. Для этого шейки опираются на особые подшипники, у которых нет роликов. Эти подшипники называют коренными вкладышами. Роль шариков или роликов выполняет смазка, которая непрерывным потоком льется в пространство между ними и опорными шейками.

Коленвал

Для обеспечения проворачивания шатунов в конструкции коленвала присутствуют другие опорные шейки, которые называются шатунными. В отличие от коренных, они расположены не на одной оси с коренными шейками, а с в стороне. Коренные шейки соосны с отверстиями в нижних концах шатунов.

Каждое колено вала состоит из двух щек и одной шейки, на которой «надет» нижний конец шатуна.  Шатуны, двигаясь вверх и вниз, давят на шатунные шейки и заставляют вал вращаться. Так и осуществляется трансформация возвратно-поступательного движения во вращение.

Помимо колен с шатунными шейками коленчатый вал имеет еще и противовесы для уравновешивания остаточных масс вала. Насколько важны эти элементы, можно представить, вспомнив, что средняя скорость вращения коленчатого вала при работе двигателя примерно 3000 оборотов в минуту. Коленчатый вал – деталь сложной формы. Чтобы тяжелые колена при вращении не создавали разрушительной вибрации, каждое из них и уравновешено своим противовесом.

Хотя при производстве коленчатого вала выполняются условия высочайшей точности, минимальное биение при вращении неизбежно. Именно поэтому текущие сальники коленвала одинаковы у Запорожца и Мерседеса

Внутри тела коленчатого вала имеются специальные каналы для подачи масла к коренным и шатунным вкладышам  и специальные пустоты, закрытые пробками, для улавливания грязи и частиц износа присутствующих в масле. При помощи этой системы вал при вращении мягко скользит в точках крепления, обильно смазанных чистым моторным маслом. При ремонте коленчатого вала пробки вскрываются и выполнятся прочистка пустот и каналов подачи масла с последующей продувкой воздухом под давлением.

На переднем конце (носке) коленчатого вала при помощи фрезеровального станка вырезают шпоночный  паз для крепления звездочки привода ГРМ и шкива привода вспомогательных механизмов.

На заднем конце вала на токарном станке вытачивают фланец, в котором имеется центральное отверстие под подшипник, служащий опорой первичного вала КПП. Фланец также имеет отверстия с резьбой для крепления маховика.  

Впереди и сзади коленчатый вал уплотнен сальниками, препятствующими утечке масла в тех местах, где концы маховика выходят наружу из блока цилиндров.

Помимо двигателей внутреннего сгорания, и даже до их появления, коленчатый вал нашел применение в поршневых двигателях, компрессорах, насосах, в прессовых установках и других механизмах, где используется кривошипно-шатунный механизма.



Коленчатый вал – деталь для каждого двигателя уникальная, и переставить ее из одного двигателя в другой можно, но не рекомендовано. На каждом двигателе колена вала расположены по своему, и расположение их зависит от расположения и количества цилиндров, рабочего цикла, длины хода поршня и еще массы параметров.

Материал и изготовление коленчатого вала

Для изготовления коленчатых валов используется легированная и углеродистая сталь или высокопрочный чугун.  Для изготовления кованых коленчатых валов используют  углеродистую или легированную сталь, а для литых – высокопрочный глобулярный чугун, ковкий перлитный чугун или легированная сталь. Заготовки для валов получают либо литьем, либо горячей штамповкой.

Коленчатый вал — большая деталь с точностью производства швецарских часов

Обработка готовых заготовок механическим способом на станках состоит из ряда операций: черновая, получистовая, чистовая и доводочная. При этом точность механической обработки увеличивается благодаря применению холодной правки вала в процессе его механической обработки.

В связи со сложной конфигурацией коленчатого вала ряд операций выполняется на отдельных автоматических участках, на специальных станках. Это выполнение центровки и подрезки торцов, сверление отверстий, обработка коренных и шатунных шеек, шлифование, динамическая балансировка.

Коленчатые валы — Моряк

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.

Коленчатый вал и маховик

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

—

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 4. Коленчатый вал автотракторного двигателя

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

—

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Коленвал: разновидности, диагностика и ремонт неисправностей

Коленчатый вал — ключевой узел кривошипно-шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания. Благодаря коленвалу возвратно-поступательные движения поршней преобразуются в механическое вращение. Суть коленвала — это кривошип, который совершает вращательные движения вокруг одной неподвижной оси. Удвоенный радиус кривошипа равен длине хода поршня. Шатунные шейки расположены под такими углами, что цилиндры работают попарно, но немного опережают друг друга. По такому принципу устроен коленчатый вал.

Кривошипно-шатунный механизм

Изготавливают коленвалы из высокопрочных сталей или чугуна методом литья, ковки, механической обработки. По причине высокой степени сжатия к коленвалу дизельного двигателя предъявляют более высокие требования по прочности. В остальном коленвал дизеля по строению не отличается от вала бензинового двигателя. Коленчатый вал из стали, особенно выточенный на станке, имеет высокую стоимость, поэтому чугунные коленвалы получили более широкое распространение.

Изготовление коленвала из стали на токарно-фрейзерном станке

Устройство коленвала

Коленчатый вал состоит из плоских проточенных пластин с противовесами (так называемых «щек»), которые соединены между собой «шейками». Противовесы необходимы, чтобы гасить возвратно-поступательные движения поршней и стабилизировать вращение вала.

На некоторых современных двигателях для дополнительной стабилизации применяются балансирные валы со смещенным центром тяжести и приводом от коленчатого вала. Они вращаются в разные стороны, помогая уравновешивать движения поршней.

Кривошипно-шатунный механизм с дополнительным блоком балансиров

В V-образных и W-образных двигателях шатуны из противоположных цилиндров давят на соединенные между собой шейки. Это позволяет обеспечить более равномерную работу двигателя, уменьшить его габариты. В рядных двигателях каждый шатун закреплен на отдельной шейке с балансирами.

Кривошипно-шатунный механизм рядного четырехцилиндрового двигателя со стандартными шейками и балансирами

Коленчатый вал двигателя V6 c раздвоенной смежной шатунной шейкой

Шейки коленвала имеют цилиндрическую форму с шлифованной поверхностью. По оси вала располагаются коренные шейки, по оси шатунов — «шатунные шейки». Трущиеся пары коленвала, как правило, устанавливаются на подшипниках скольжения. Для предотвращения продольных смещений вала предусмотрены опорные подшипники, их также называют полукольца коленвала.

Коленчатый вал расположен в блоке цилиндров в ответных посадочных местах «постели коленвала». На коленчатом валу расположен хвостовик для крепежа звездочки привода ГРМ, шкива генератора и водяной помпы. На обратной части вала закреплен фланец для крепежа маховика. Во фланце устанавливается подшипник качения, в него заходит первичный вал КПП. Внутри коленчатых валов расположены каналы для принудительной смазки вкладышей шеек, шатунов и цилиндропоршневой группы. Конструктивное исполнение коленчатых валов зависит от компоновки цилиндров, их количества. На коленвал могут устанавливаться ведущие шестерни для различного оборудования, например, маслонасоса.

Устройство коленвала

Неисправности коленчатых валов

Рассмотрим типичные неисправности коленчатых валов:

• течи сальников коленчатого вала;
• «масляное голодание» рабочих поверхностей;
• механические повреждения коленчатых валов;
• естественный физический износ;
• ненормальный повышенный физический износ.

Как правило, первое, с чем сталкиваются автомобилисты, — это течь масла из-под резиновых уплотнений (сальников коленвала). Это широко распространенная проблема на двигателях с пробегом. Подтекающий сальник требует замены. В некоторых случаях замена масла на более вязкое поможет остановить течь на какое-то время.

Сальник коленвала требующий замены

Для коленчатых валов, как и для других деталей двигателя, наиболее опасно «масляное голодание». Причиной может быть поломка маслонасоса, забитый канал подачи масла, низкий уровень масла в двигателе. Это приводит к повышенному трению подшипников, нагреванию элементов. Дальнейшая эксплуатация двигателя в таком режиме приведет к его перегреву, полному заклиниванию и к капитальному ремонту. «Клин» на ходу может привести к критическим повреждениям вала или других узлов двигателя.

Вода и топливо попадая в масло меняют его хим. состав и степень вязкости. Причиной может быть значительный износ цилиндропоршневой группы, нарушенная структура прокладок, микротрещины в блоке двигателя или ГБЦ.

Повреждения шейки шатуна по причине отсутствия смазки

Со временем шейки и подшипники подвергаются износу, увеличивается допустимый зазор, появляется люфт коленвала, это приводит к возрастанию вибраций, двигатель начинает «стучать». Характерный стук двигателя — критичный сигнал. При его появлении необходимо прекратить движение и срочно обратиться в автосервис. Если коленчатый вал разбалансирован или смонтирован неправильно, может возникнуть повышенный ненормальный износ контактных поверхностей.

Ремонт коленвала

Ремонт или замена коленчатого вала — процесс трудоемкий. Как правило, он требует практически полной разборки двигателя, осмотра и дефектовки всех его узлов и механизмов. Коленчатый вал снимают и измеряют осевые биения. В случае допустимой выработки поверхности шеек и шатунов коленчатого вала пришлифовывают под ремонтные размеры подшипников. Постель с выработкой тоже подлежит механической обработке с «одной установкой» на специальном станке. Расточка коленвала позволяет установить вкладыш следующего ремонтного размера.

Проточка постели коленчатого вала

Шлифовка коленчатого вала

Размеры шеек имеют ремонтные допуски. Простая шлифовка коленвала не поможет в случае, если износ или повреждения слишком сильные. Коленчатый вал — деталь недешевая, а если речь идет, например, о крупногабаритной сельхозтехнике, сумма будет внушительной. Даже сильно изношенные поверхности трения можно восстановить. Толщина выработки компенсируется с помощью наплавки электросваркой под флюсом, плазменного напыления твердых сплавов, газотермичекого напыления и др. Затем коленвал шлифуется, «доводится» до необходимых ремонтных размеров. Это технологически сложный процесс, его лучше доверить специалистам.

Автоматизированное газо-термическое напыление шеек и балансиров коленчатого вала

Качественно выполненное восстановление и шлифовка коленвала может обеспечить 100% ресурса его работы. Следует учитывать, что с увеличением ремонтного размера коленчатый вал может сместиться со своего заводского посадочного места. Потребуется точная установка коленвала с подборкой вкладышей. Коленвал с критическими повреждениями или осевым искривлением придется поменять.

Как проверить коленвал? Опытные автомобилисты могут определить характерный стук коленчатого вала на слух, используя медицинский стетоскоп. При плановых ТО можно снять поддон, визуально осмотреть коленчатый вал на предмет трещин и сколов и с помощью щупа выполнить контроль зазоров между полукольцами.

Замер осевых смещений коленвала с помощью щупа

Комплект измерительных стальных пластин щупов

Повышенное содержание металлической стружки в фильтре и поддоне указывает на износ пар трения. В таких случаях нужно срочно найти причину образования такой стружки.

Диаметр шеек коленвала можно измерить обычным микрометром. Параметры разбалансировки, биений и осевых люфтов коленчатых валов определяют с помощью специальных индикаторов. Для этого нужно либо разместить вал на специальный стенд или станок, либо установить индикатор с магнитным штативом на блок двигателя. Замер выполняется при вращении.

Стенд с установленным индикатором часового типа для замера биений коленчатого вала

Индикатор часового типа, установленный на блок двигателя

Для определения зазора между шейками коленчатого вала и подшипниками применяют калиброванную пластиковую проволоку и бумажный шаблон со специальной шкалой. Способ довольно прост и доступен. Кусочек проволоки устанавливают на обезжиренную поверхность шейки коленчатого вала. Для ее фиксации можно применить небольшое количество густой смазки. Затем шейка накрывается подшипником и крышкой. Крышки обтягиваются, проволока внутри раздавливается на плоскости шейки (резьбовые соединения нужно затягивать динамометрическим ключом). Болты раскручивают и снимают крышку. Далее остается измерить ширину расплющенной полоски шаблоном. Значение будет соответствовать достаточно точному значению зазора.

Измерение зазоров между шейкой и подшипником с помощью калиброванной проволоки и шаблона

Замена коленвала

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

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

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

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

Последовательность работ по замене коленчатого вала

1. На «венец» маховика установить фиксатор коленвала MP 1-223 (он будет препятствовать вращению коленвала). Положение А для затяжки, В — для ослабления.

2. Открутить болты крепления маховика 15, демонтировать маховик.

3. Открутить болты 13 и, вытащив установочный штифт, демонтировать колесо датчика коленвала.

4. Открутив по периметру болты 1 и 17, демонтировать прижимной передний фланец 3, передний сальник 2, промежуточную пластину 16, уплотнительную прокладку 18.

5. Раскрутить болты 10, демонтировать крышки коренных шеек, верхние половинки подшипников 7 и полукольца 8.

6. Выполнить выемку вала 6 из блока двигателя, убрать нижние части подшипников 4 и полуколец.

7. Произвести дефектовку, шлифовку, балансировку коленчатого вала. Выполнить очистку постелей коленвала и блока двигателя.

8. Установку коленчатого вала выполнить в последовательности, обратной разборке. При монтаже колеса положения коленвала выполнить контроль размера превышения установочного штифта 11 согласно со схемой проверки.

Схема проверки установочного штифта 1-колесо положения коленвала, 2-болты крепежа,3- установочный штифт а = 2,5…3,0 мм

9. После монтажа коленчатого вала в блок двигателя произвести контроль биений.

Существует целый ряд концепций двигателей внутреннего сгорания, в которых коленчатый вал и шатуны заменены на другие узлы. На сегодняшний день коленчатый вал со стандартной компоновкой оптимально подходит для крупносерийного производства, а «безшатунные» двигатели — единичные экспериментальные экземпляры.

Если у вас возникли вопросы — оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

Коленчатый вал

 

Коленчатый вал может быть использован в области машиностроения, в частности в тяжелонагруженных машинах прокатного производства. Коленчатый вал содержит коренные и шатунные шейки, расположенные с эксцентриситетом и перекрытием и соединенные щеками. Щеки выполнены двояковыпуклой формы, при этом одна ее поверхность концентрична поверхности коренной шейки, другая — поверхности шатунной шейки, а толщина не превышает величины радиального перекрытия упомянутых шеек. Коленчатый вал обеспечивает возможность установки на шатунную шейку подшипника оптимального диаметра. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, более конкретно к конструкции коленчатых валов и может быть использовано в тяжелонагруженых машинах прокатного производства.

Известен коленчатый вал, содержащий коренные и шатунные шейки, размещенные с эксцентриситетом относительно друг друга и соединенные между собой щеками [1]. Эта конструкция обладает недостаточной прочностью для тяжелонагруженных машин. Известен коленчатый вал, конструкция которого принята за прототип, содержащий коренные и шатунные шейки, размещенные с эксцентриситетом и радиальным перекрытием относительно друг друга, связанные между собой щеками [2]. Недостатком этой конструкции является то, что на шатунных шейках необходимо монтировать подшипники скольжения под элементы исполнительных механизмов, которые не имеют достаточной нагрузочной способности. Возможна только установка подшипника качения большого диаметра при значительном увеличении диаметра шатунной шейки, что не всегда оправдано. Задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в обеспечении возможности установки на шатунную шейку подшипника качения оптимального диаметра. Эта задача решается следующим образом. В известном коленчатом валу, содержащем коренные и шатунную шейки, расположенные с эксцентриситетом и радиальным перекрытием относительно друг друга, соединенные щеками, согласно изобретению щека выполнена двояковыпуклой формы, при этом одна ее поверхность концентрична поверхности коренной шейки, другая — поверхности шатунной шейки, а толщина не превышает величины радиального перекрытия упомянутых шеек. На фиг. 1 изображен общий вид коленчатого вала; на фиг. 2 — поперечный разрез щеки. Коленчатый вал состоит из коренных шеек 1, шатунной шейки 2, соединяющих их щек 3 и приводного конца 4. Коренные шейки 1 расположены относительно шатунной шейки 2 с эксцентриситетом «e» и радиальным перекрытием «a». Коренная шейка выполнена с диаметром D₁, шатунная шейка выполнена с диаметром D₂, где D₁ D₂. Щека 3 выполнена двояковыпуклой формы. Одна ее цилиндрическая поверхность имеет радиус R₁ = D₁/2, а другая R₂ = D₂/2. Толщина T щеки 3 равна величине «a» перекрытия шеек. Длина щеки выбирается в соответствии с размерами подшипника качения, устанавливаемого на шатунную шейку и составляет L = B+ , где B — ширина подшипника, — необходимый монтажный зазор. Подобное исполнение коленвала при заданных основных параметрах позволяет выполнить его максимально возможной прочности. Установка подшипника качения на шатунную шейку 2 производится следующим образом. Подшипник качения надевается на коренную шейку 1, сдвигается в осевом направлении на щеку 3, затем сдвигается в радиальном направлении до контакта с верхней поверхностью щеки 3, после чего вновь перемещается в осевом направлении на шатунную шейку 2. Источники информации 1. Серенсен С. В., Кагаев В.П., Шнейдерович Р.М. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность. -М.: Машиностроение, 1975, с.317, фиг. 4а. 2. То же, стр. 317, фиг. 4д (прототип).

Формула изобретения

Коленчатый вал, содержащий коренные и шатунные шейки, расположенные с эксцентриситетом и перекрытием одна относительно другой и соединенные щеками, отличающийся тем, что щеки выполнены двояковыпуклой формы, при этом одна ее поверхность концентрична поверхности коренной шейки, другая — поверхности шатунной шейки, а толщина не превышает величины радиального перекрытия упомянутых шеек.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

Коленчатый вал и маховик

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

Коленчатый вал (рис.7, а) имеет следующие части: 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. Шатунные шейки служат для соединения коленчатого вала с шатунами. Коренные шейки вала входят в подшипники, установленные в блоке цилиндров. Щеки соединяют коренные и шатунные шейки вала, образуя колена или кривошипы. Противовесы, расположенные на коленчатом валу, разгружают коренные подшипники от сил инерции и создаваемых ими моментов.

Форма коленчатого вала зависит от числа и расположения цилиндров, порядка работы и тактности двигателя. Коленчатый вал изготовляют горячей штамповкой из легированной стали (двигатели автомобилей ЗИЛ-130, МАЗ-5335, КамАЗ-5320 и др.)или отливают из высокопрочного чугуна (двигатели автомобилей

Рис.7. Коленчатые валы:

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

ГАЗ-24″Волга», ГАЗ-53А, «Жигули» и др.)вместе с противовесами или без них. Шатунные шейки коленчатого вала располагают так, чтобы одноименные такты (например, такты расширения) в разных цилиндрах двигателя происходили через равные промежутки (по углу поворота), а силы инерции, возникающие в цилиндрах, взаимно уравновешивались. Если расположение колен коленчатого вала не обеспечивает взаимного уравновешивания сил инерции и создаваемых ими моментов, то на таких коленчатых валах устанавливают противовесы или оборудуют двигатели специальными уравновешивающими механизмами.

Для повышения износостойкости и долговечности шатунных и коренных шеек их закаливают токами высокой частоты (т. в. ч), после чего шлифуют и полируют. Переход от шеек к щекам, называемый галтелью, делают плавным, чтобы избежать концентрации напряжений и возможных поломок коленчатого вала. Для повышения жесткости и надежности коленчатых валов применяют перекрытие шеек, характеризуемое величиной А (рис.7, б). Размеры шеек коленчатых валов следующие: у двигателя автомобиля ГАЗ-53А диаметр шатунной шейки равен 60 мм, а коренной 70 мм; у двигателя автомобиля КамАЗ-5320 диаметр шатунной шейки равен 80 мм, а коренной 95 мм.

Коленчатый вал дизеля ЯМЗ-236 (рис.7, б) имеет три шатунные шейки 3, расположенные под углом 120°, и четыре коренные шейки 7. На коленчатом валу установлено семь противовесов, а восьмой отлит в виде прилива вместе с маховиком. Установка на коленчатом валу, кроме основных противовесов, двух выносных улучшает уравновешивание моментов сил инерции, возникающих при работе двигателя, так как чередование одноименных тактов при порядке работы 1-4-2-5-3-6 происходит неравномерно. Коленчатые валы дизелей ЯМЗ-236 и дизелей автомобилей КамАЗ не имеют фланцев для крепления маховиков. Коленчатые валы большинства двигателей имеют грязеуловительные полости 2 в шатунных шейках для дополнительной центробежной очистки масла.

В качестве коренных подшипников для коленчатого вала применяют тонкостенные вкладыши, изготовленные изсталеалюминевой ленты. У коренных вкладышей толщина стенки весьма мала (1,9-2,8 мм для карбюраторных двигателей и 3-6 мм для дизелей), поэтому после их установки на место форма внутреннего отверстия подшипника зависит только от точности расточки гнезда. На карбюраторных двигателях (автомобилей ГАЗ-24 «Волга», ГАЗ-53А и ЗИЛ-130) не применяют коренные трехслойные вкладыши (стальная лента, медно-никелевый подслой и слой антифрикционного сплава) из-за низкого предела выносливости применявшегося антифрикционного слоя. Здесь используют только двухслойные вкладыши, хорошо/ работающие в двигателях с большой угловой скоростью коленчатого вала и значительными нагрузками.

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

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

Коленчатый вал 6 (рис.8, а) удерживается от осевого смещения двумя стальными неподвижными шайбами 11 и 10, установленными с обеих сторонпервого коренного подшипника.Переднюю шайбу 11 удерживают от вращения штифты 8 и 15, один из которых запрессован в блок 9 цилиндров, а другой в крышку 14 коренного подшипника. Задняя шайба 10 имеет прямоугольный выступ, входящий в паз крышки. Плоскостью, залитой баббитом, шайба 10 обращена к шлифованному пояску щеки коленчатого вала, а шайба — к упорной стальной шайбе 16, установленной на шпонке 12 между торцом передней коренной шейки коленчатого вала и распределительной шестерней 17.

Рис.8. Уплотнение коленчатого вала:

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

На переднем конце коленчатого вала кроме шестерни 17 расположены маслоотражатель 18, ступица 4 шкива 3 привода водяного насоса, вентилятора и генератора. В торец коленчатого вала ввернут храповик 5, служащий для пуска двигателя при помощи пусковой рукоятки и удерживающий от смещения детали, установленные на конце вала. Передний конец коленчатого вала уплотнен самоподжимным резиновым сальником 1, расположенным в крышке 7 распределительных шестерен, и маслоотражателем 18. Масло не может попасть на сальник, так как он защищен специальным корпусом с отогнутыми краями. На ступицу шкива напрессован пылеотражатель 2, защищающий сальник от пыли и песка.

Уплотнение заднего конца коленчатого вала 6 (рис.8, б) состоит из сальника 24маслосгонной накатки 21 и маслоотражательного гребня 19.

Сальник 24 представляет собой асбестовый шнур, пропитанный антифрикционным составом и покрытый графитом. Сальник состоит из двух половин» помещенных в канавки блока 9 цилиндров и в держатель 25 сальника, привернутый к блоку. В задний торец коленчатого вала запрессован шарикоподшипник 22 вала сцепления. Фланец 23, отштампованный как одно целое с коленчатым валом, служит для крепления маховика 26 болтами 20 — изготовленными из высококачественной стали. Передние и задние концы коленчатых валов дизелей и двигателей автомобилей «Жигули», «Москвич» тщательно уплотняют самоподжимными сальниками и маслоотражателями.

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

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

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

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

У дизеля ЯМЗ-236 и дизеля автомобиля КамАЗ-5320 маховик крепят болтами, которые ввертывают непосредственно в коленчатый вал. В этом случае маховик точно фиксируют относительно шеек коленчатого вала двумя шрифтами 16 (см. рис.30).

Коленчатый вал — x-engineer.org

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

Изображение: Кривошипный механизм двигателя (источник: Rheinmetall)

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

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

Вторичная функция коленчатого вала — передача мощности другим системам двигателя:

• фаз газораспределения
• масляный насос
• охлаждающий (водяной) насос
• компрессор кондиционера
• генератор переменного тока и т. Д.

Изображение: ICE Коленчатый вал с коваными противовесами

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

Изображение: Описание коленчатого вала двигателя (источник: Rheinmetall)

1. Сторона управления или сторона привода
2. Противовесы
3. Коренная шейка подшипника
4. Шатунная шейка
5. Сторона маховика / передача усилия
6. Масляный канал

Количество основных шейки и шатунные шейки зависят от количества цилиндров и типа двигателя (V-образный, прямой и т. д.)). Как на главной шейке, так и на шатунных шейках коленчатый вал имеет отверстия для смазки (масляное отверстие), через которые масло течет при работе двигателя.

Изображение: Коленчатый вал ДВС с привинченными болтами противовесами

Крутящий момент двигателя не является постоянным, поскольку он создается только тогда, когда каждый поршень находится в цикле расширения. За счет этого на коленчатый вал устанавливается маховик для сглаживания крутящего момента двигателя и уменьшения вибраций.

На V-образном двигателе на одинаковых шатунных шейках установлены два шатуна.Благодаря такому расположению V-образный двигатель с таким же количеством цилиндров более компактен, чем прямой двигатель. Длина двигателя V6 короче, чем длина прямого 6-цилиндрового двигателя (L6).

Изображение: Анимация кривошипного механизма ДВС (щелкните по нему)

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

Коленчатый вал выпускается двух типов: литой и кованый . Противовесы можно также наделать непосредственно на коленчатый вал или прикрутить (закрепить болтами с резьбой).

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

Для любых вопросов или замечаний относительно этого руководства, пожалуйста, используйте форму комментариев ниже.

Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!

Как это работает: Коленвал

ВВЕРХУ: это ваш стандартный четырехцилиндровый кривошип, в котором два внешних поршня поднимаются и опускаются вместе, а центральная пара уравновешивает их

По сути, коленчатый вал выполняет простую задачу: преобразовывать поступательное движение поршней во вращение. Он выполняет ту же работу, что и шатун велосипеда, превращая более или менее движение ваших ног вверх и вниз во вращение.

Хотя принцип прост, когда дело доходит до двигателей мотоциклов с высокими рабочими характеристиками, возникает множество сложностей. Но прежде чем мы перейдем к ним, нам понадобится несколько определений. Коленчатый вал (или кривошип) соединен с поршнями шатунами (шатунами), которые имеют подшипники на каждом конце. Конец, соединенный с кривошипом, больше, потому что подшипник, который он держит, должен подходить к кривошипу, который должен быть массивным, чтобы противостоять множеству сил. Так что это называется большим концом. Биты кривошипа, которые удерживают подшипники, называются шейками — и бывают двух типов.Основные шейки — это то место, где кривошип удерживается на месте, так что они расположены вдоль центральной линии кривошипа. Шатунные шейки, как вы уже догадались, представляют собой биты, к которым прикрепляются шатуны (они также известны как штифты кривошипа). Тогда есть паутины. Это неровные биты, которые выглядят относительно необработанными по сравнению с остальной частью коленчатого вала. Их задача — попытаться уравновесить силы, создаваемые движущимися вверх и вниз поршнями и вращением самого кривошипа.

ВВЕРХУ: это кривошип с поперечной плоскостью от R1, и вы можете видеть, что поршни не спарены — шатун кривошипа для каждого шатуна смещен относительно предыдущего.

Кривошип должен выдерживать огромные силы. Как и следовало ожидать, одна из основных сил создается давлением в камере сгорания, которое толкает поршень и шатун вниз, поворачивая кривошип, преодолевая сопротивление липкой шины — скручивающие и изгибающие силы, связанные с этим, огромны.

Тогда есть силы, создаваемые ускорением поршня. Например, когда поршень приближается к вершине своего хода, кривошип заставляет его замедляться — если бы он не был прикреплен к кривошипу, он полетел бы вверх, врезаясь в клапаны.Хотя современные поршни (и связанные с ними втулки пальца кисти, малый концевой подшипник и т. Д.) Легкие, скорость, которую они достигают, настолько высока, что это замедление и связанные с ним силы на кривошипе велики.

Помимо того, что кривошип достаточно силен для преобразования взрывных линейных сил во вращение, он также определяет, когда поршни многоцилиндрового двигателя поднимаются и опускаются, что, в свою очередь, определяет уровень вибрации, тип шума, который он производит, и то, как велосипед захватывает . Возьмем, к примеру, старого британского близнеца, например Triumph Bonneville 1960-х.У них есть кривошип, который точно выравнивает два больших конца, поэтому оба поршня поднимаются и опускаются в унисон — это похоже на один цилиндр с двумя поршнями, хотя они вращаются поочередно, поэтому это немного плавнее. Результат? Множество вибраций и великолепный шум кробба-кроббы.

Напротив, большинство рядных четырехцилиндровых двигателей имеют кривошип, который направляет два центральных поршня вверх и вниз вместе, а два внешних поршня вверх и вниз вместе в противоположные моменты времени по отношению к центральной паре. Это означает, что основные (первичные) силы движущихся вверх и вниз поршней уравновешиваются, и за счет срабатывания цилиндров через равные промежутки времени достигается плавный поток мощности (что также означает, что перемычки могут быть легче, потому что им не нужно удерживать кривошип вращается в ожидании следующего импульса мощности).

ВВЕРХУ: Если это выглядит длиннее, чем другие кривошипы, то это — шестицилиндровый двигатель BMW K1600.

Однако у этой схемы есть недостатки. Коленчатый вал должен быть длинным, из-за чего велосипед может казаться толстым по сравнению с парным, а поскольку некоторые из меньших сил не сбалансированы, вы можете получить много жужжащих вибраций, если конструкторы не сообразительны с опорами двигателя.

Конечно, существует множество других конструкций кривошипов — некоторые параллельные близнецы (например, новый BMW F850GS) имеют кривошипы со смещенными пальцами кривошипа, так что они имитируют ощущение и звук V-образного двойника.А Yamaha представила кривошипно-перекрестный шатун для четырехцилиндровых двигателей — в нем используются те же смещенные шатуны, что и в этих близнецах, что выравнивает импульсы того, что Yamaha называет инерционным крутящим моментом (который создается вращением кривошипа). Конечный результат — крутой гудящий звук двигателя и, предположительно, лучшее сцепление с дорогой при разгоне.

Еще есть новый двигатель Ducati V4, который звучит и выглядит смехотворно похожим на одного из их близнецов, потому что его кривошип заставляет четыре поршня двигаться попарно. Два шатуна (к каждому из них прикреплены по два шатуна в V4) смещены на 70 градусов, так что одна пара цилиндров может стрелять близко друг к другу, затем наступает пауза, затем другая пара стреляет близко друг к другу.Это приводит к совершенно другому звучанию и ощущениям от шелковисто-гладких двигателей V4 от Honda, в которых шатуны коленчатого вала разделены на 180 градусов.

6 Признаков неисправного датчика положения коленчатого вала и стоимость замены в 2021 г.

Последнее обновление 7 сентября 2021 г.

В этой статье мы рассмотрим один из важных датчиков в двигателе, обычно называемый « Датчик положения коленчатого вала». После этого вы поймете его основную функцию, принцип работы, признаки неисправности и стоимость замены этого датчика.

Ищете хорошее онлайн-руководство по ремонту? Щелкните здесь, чтобы увидеть 5 лучших вариантов.

Как работает датчик положения коленчатого вала

Энергия вращения двигателя внутреннего сгорания зависит от коленчатого вала. Основная функция коленчатого вала — преобразование возвратно-поступательной энергии (также известной как линейная энергия) в энергию вращения.

Последний затем передает мощность на колеса трансмиссии под автомобилем. Таким образом колеса могут вращаться вперед и позволять автомобилю двигаться в этом направлении.

Что касается датчика положения коленчатого вала, он просто определяет, насколько быстро коленчатый вал вращается. Как только он определяет скорость вращения, он отправляет эту информацию в блок управления двигателем транспортного средства.

Эта информация будет определять, как блок управления двигателем регулирует синхронизацию системы впрыска топлива и системы зажигания. Вам нужно, чтобы двигатель вырабатывал нужную мощность в самый подходящий момент.

Положение коленчатого вала сообщает блоку управления двигателем все, что ему нужно знать.Видите ли, коленчатый вал использует цепь привода ГРМ, шестерни и зубчатый ремень для привода распределительного вала. Двигатель зависит от распределительного вала, чтобы управлять выпускными клапанами в нужное время.

Если они не открываются и не закрываются правильно, это создает проблемы с выхлопной системой. Все это связано с функциональностью коленчатого вала.

Следовательно, блок управления двигателем будет знать положение коленчатого вала через датчик положения коленчатого вала. Судя по скорости коленчатого вала в сочетании с его положением, он также будет знать состояние функциональности распределительного вала.

Top 6 Признаки неисправности датчика положения коленчатого вала

Двигатель внутреннего сгорания должен иметь исправный датчик положения коленчатого вала. В противном случае блок управления двигателем не получит точной информации о положении и частоте вращения коленчатого вала.

Это вызовет всевозможные проблемы с функциональностью двигателя и ходовыми качествами автомобиля. Вы обязательно узнаете эти симптомы по мере их появления.

Ниже приведены 6 основных симптомов неисправности датчика положения коленчатого вала.

# 1 — Вибрация двигателя

От вашего двигателя исходят ли вибрации? Если у вас неисправный датчик положения коленчатого вала, это означает, что блок управления двигателем не может правильно управлять коленчатым валом.

В результате ваш двигатель будет довольно сильно вибрировать. Вы даже можете почувствовать, как эти вибрации проникают в рулевое колесо, когда держите его руками.

# 2 — Check Engine Light

Блок управления двигателем поддерживает постоянную связь с датчиком положения коленчатого вала.Если с датчиком что-то не так, то компьютер получит неверную информацию о частоте вращения коленчатого вала и его положении.

Это вызовет проблемы с функциональностью двигателя, в результате чего на приборной панели загорится сигнальная лампа Check Engine. По сути, это должно быть одним из первых симптомов неисправного датчика положения коленчатого вала. P0335 — это общий код, который может отображаться.

Связанные: P0016, P0017, P1345 (Корреляция датчика положения коленчатого вала / распределительного вала)

# 3 — Слабая работа двигателя

При неисправном датчике положения коленчатого вала блок управления двигателем не будет знать правильного положения коленчатый вал или цилиндры.Это приведет к задержке способности блока управления поддерживать работу и производительность двигателя.

Во время этой задержки будут моменты колебания каждый раз, когда вы немного сильнее нажимаете на педаль газа. Иногда он вообще не отвечает. Это может быть очень опасно на дороге, требующей, чтобы вы без колебаний ехали быстрее.

# 4 — Неисправность запуска автомобиля

Блок управления двигателем будет уведомлен, когда датчик положения коленчатого вала имеет проблемы.Датчик получает специальный код неисправности, который указывает на некоторую проблему с его функциональностью.

Когда вы попытаетесь завести автомобиль из-за этой неисправности, будет труднее запустить двигатель. Если проблема не исчезнет и не будет решена, возможно, вы вообще не сможете запустить двигатель.

# 5 — Двигатель глохнет

Вы можете ехать один день и ваш двигатель внезапно остановится. Это заглохание двигателя, и это может происходить довольно часто, если у вас неисправный датчик положения коленчатого вала.

Если вы не замените этот датчик в ближайшее время, ваш двигатель в конечном итоге вообще перестанет работать. Тогда вам не останется ничего другого, как отбуксировать автомобиль к механику, чтобы датчик можно было заменить.

# 6 — Пропуски зажигания в цилиндре

Неисправный датчик положения коленчатого вала не сможет точно передать данные о положении поршня в блок управления двигателем. Это часто приводит к пропуску зажигания внутри одного или нескольких цилиндров камеры.

Иногда плохая свеча зажигания тоже может сделать это, но если вы испытываете какие-либо из этих других симптомов, не исключайте возможность неисправного датчика положения коленчатого вала.

Читайте также: Датчик кислорода: основная функция, симптомы неисправности и стоимость замены

Стоимость замены датчика положения коленчатого вала

Если вы испытываете как минимум два или более из вышеперечисленных симптомов, то, вероятно, у вас неисправный датчик положения коленчатого вала. Единственный способ узнать наверняка — это показать свой автомобиль лицензированному механику и попросить его диагностировать проблему за вас.

После того, как они убедятся, что проблема связана с датчиком положения коленчатого вала, вы можете приступить к замене датчика.

Стоимость замены датчика положения коленчатого вала составляет от 120 до 300 долларов. Стоимость самой детали составит от 75 до 120 долларов. Стоимость рабочей силы составит от 45 до 180 долларов.

Вам необходимо учесть предполагаемые налоги и другие сборы, которые также будут добавлены к общей сумме. В конце концов, это будет не очень дорогая работа по замене. Это стоит вложенных средств, потому что вы защищаете функциональность своего двигателя.

Признаки неисправности или неисправности датчика положения коленчатого вала

Датчик положения коленчатого вала — это компонент системы управления двигателем, который имеется практически во всех современных автомобилях с двигателями внутреннего сгорания.Он контролирует положение и скорость вращения коленчатого вала и отправляет информацию в блок управления двигателем, чтобы он мог внести соответствующие корректировки в зависимости от условий эксплуатации. Частота вращения и положение коленчатого вала являются одними из наиболее важных параметров, используемых в расчетах системы управления двигателем, и многие двигатели не могут работать, если датчик положения коленчатого вала не выдает точный сигнал. Обычно неисправный датчик положения коленчатого вала вызывает несколько симптомов, которые предупреждают водителя о потенциальной проблеме, которую необходимо устранить.

1. Проблемы с запуском автомобиля

Наиболее частым признаком неисправного или неисправного датчика положения коленчатого вала является затруднение запуска двигателя. Датчик положения коленчатого вала контролирует положение и частоту вращения коленчатого вала, а также другие параметры, которые играют важную роль при запуске двигателя. Если датчик положения коленчатого вала неисправен, возможно, у автомобиля периодически возникают проблемы с запуском или он может вообще не заводиться.

2. Прерывистая остановка

Другой симптом, обычно связанный с неисправным датчиком положения коленчатого вала, — это периодическая остановка двигателя.Если датчик положения коленчатого вала или его проводка имеют какие-либо проблемы, это может привести к отключению сигнала коленчатого вала при работающем двигателе, что может привести к остановке двигателя. Обычно это симптом проблемы с проводкой, однако неисправный датчик положения коленчатого вала также может вызывать этот симптом.

3. Проверьте двигатель Свет загорается

Еще одна проблема потенциальной проблемы с датчиком положения коленчатого вала — это горящая лампа проверки двигателя. Если компьютер обнаруживает проблему с сигналом датчика положения коленчатого вала, он активирует световой индикатор Check Engine, чтобы предупредить водителя о проблеме.Индикатор Check Engine также может быть вызван множеством других проблем, поэтому настоятельно рекомендуется сканировать компьютер на наличие кодов неисправностей.

Датчик положения коленчатого вала имеет решающее значение для правильной работы и производительности двигателя из-за важного сигнала, который он обеспечивает для расчетов двигателя. Когда возникают проблемы, они могут быстро привести к проблемам, влияющим на управляемость автомобиля. По этой причине, если вы подозреваете, что датчик положения коленчатого вала неисправен, обратитесь к профессиональному специалисту YourMechanic для осмотра автомобиля.Они смогут диагностировать ваш автомобиль и при необходимости заменить датчик положения коленчатого вала.

Типы и функции коленчатого вала — Engineering Learn

Типы и функции коленчатого вала

Что такое коленчатый вал?

Типы коленчатого вала, функции и принцип работы: — Коленчатый вал — это вращающийся вал, который используется для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение. Эти валы обычно используются в двигателях внутреннего сгорания для выполнения таких операций.

Обнаружено, что коленчатые валы состоят из ряда кривошипов с шатунными шейками, к которым прикреплены шатуны. Коленчатый вал включает в себя по меньшей мере один вал, который вращается внутри блока цилиндров. Он вращается с помощью коренного подшипника. Шатунные шейки вращаются между шатунами с помощью шатунных подшипников.

Конструкция коленчатого вала

Коленчатые валы изготовлены из таких металлов, как чугун. Металл берут в расплавленном виде и затем заливают в форму в процессе литья, тогда как современные коленчатые валы изготавливаются из кованой стали, которая в основном используется в двигателях с некоторыми характеристиками.

Процесс изготовления коленчатого вала включает нагрев стального блока до докрасна. Когда он нагревается, его форма формируется с помощью очень высокого давления. Термическая обработка представляет собой легированную сталь или материалы из нитридной стали. Коленчатые валы также имеют поверхностную закалку.

Функция коленчатого вала

• Существует множество функций, обеспечивающих более плавный привод двигателей с несколькими цилиндрами.
• Преобразование поступательного движения поршня во вращательное также является одной из его функций.
• Энергия вырабатывается за счет сгорания топливовоздушной смеси.
• На валу коленчатого вала просверлены отверстия, через которые в двигатель подается необходимое количество масла. Это масло в основном используется для сглаживания движений.
• Коленчатые валы также работают как несущие, так как нагрузка распределяется во время этого процесса.
• Одной из нагрузок является сильный изгиб и скручивающее напряжение, при котором поршни соединяются с коленчатым валом через шатун.
• Следует отметить, что вращательное движение коленчатого вала постоянно ускоряется и замедляется там, где добавляются дополнительные нагрузки крутильных колебаний.

• Коленчатый вал установлен внутри блока цилиндров со следующими другими деталями:

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

• Вторичная функция коленчатого вала для передачи мощности другим системам двигателя:

1. фаз газораспределения
2. масляный насос
3. охлаждающий (водяной) насос
4. компрессор кондиционера
5. генератор переменного тока

штуцер коленчатого вала

Коленчатый вал устанавливается в блок цилиндров через главную шейку.Шатуны закреплены на шейках коленчатого вала. В то время как на противоположной стороне шейки шатуна коленчатый вал имеет противовесы, которые используются для компенсации внешних моментов, чтобы минимизировать внутренние моменты и, таким образом, уменьшить амплитуды вибрации и напряжения в подшипниках.

Один конец коленчатого вала соединен с маховиком, а другой конец — с зубчатой ​​передачей газораспределения. Количество коренных шейек и шатунных шейек зависит от количества цилиндров и типа двигателя, например, V-образного, прямого и т. Д.

Как основная шейка, так и шейка шатуна имеют смазку отверстий коленчатого вала или масляного канала, через который масло течет при работе двигателя. Точное место установки коленчатого вала — на коренные шейки, между коленчатым валом и блоком цилиндров. Их основная роль заключается в уменьшении воздействия трения через слой антифрикционного материала, который непосредственно контактирует с опорами блока двигателя.

Принцип работы коленчатого вала

Что касается многоцилиндрового двигателя, это более сложные двигатели, поскольку используется коленчатый вал, тогда как в небольшом двигателе простой конструкции вполне достаточно.Шатун кривошипа, к которому прикреплен шатун, завершает момент за два движения. Это дополнительная опорная поверхность, ось которой смещена относительно оси кривошипа. Маховик или шкив коленчатого вала устанавливается на кривошип, чтобы накапливать генерируемую энергию, которую можно использовать для дальнейшей работы. Также обнаружено, что маховик снижает характеристику пульсации четырехтактного двигателя.

Коленчатый вал установлен внутри коренного подшипника, чтобы обеспечить плавную работу двигателя без вибраций.Количество подшипников в двигателе зависит от различных факторов, таких как конструкция двигателя, количество цилиндров, конструкция коленчатого вала и т. Д. Но поскольку всегда есть как минимум два подшипника, один размещается на приводном конце, а другой на неприводной стороне. В случае, если все идет нормально, возникает редкая необходимость в замене подшипника двигателя.

Противовес используется для уменьшения изгибающей нагрузки на коленчатый вал, что также помогает двигателю не трястись при вращении механизма кривошипа.Балансировка коленчатого вала во многом зависит от противовесов. Кривошипная перемычка двигателя — это часть кривошипа между шатунной шейкой или соседними шатунными шейками и валом, которая также известна как шатун.

Типы коленчатого вала

Коленчатый вал изготавливается двух типов: литой и кованый. Противовесы также можно вковать непосредственно в коленчатый вал или прикрутить болтами с резьбой. Все поршни двигателя внутреннего сгорания передают свою нагрузку на коленчатый вал.Коленчатый вал должен подвергаться высоким скручивающим и изгибающим усилиям, давлениям и вибрациям. Давайте подробнее рассмотрим типы коленчатого вала:

1. Литой коленчатый вал: (типы и функции коленчатого вала)

Это типы коленчатого вала, которые обычно используются в течение длительного времени и в основном используются в дизельных и бензиновых двигателях. Название ясно предполагает, что они сделаны из ковкого чугуна в процессе литья. Они довольно экономичны в работе, поэтому их обычно выбирают производители.

Плоский кривошип — это кривошип, в котором шейки расположены на 180 градусов относительно всех четырех рядных двигателей. В то время как, когда дело доходит до кривошипа с поперечной плоскостью, им нужна форма из нескольких частей, потому что шейки и противовесы не такие симметричные. Литые кривошипы закаливают в пламени, чтобы улучшить износостойкость на определенных участках.

2. Кованый коленчатый вал: (типы и функции коленчатого вала)

Это сравнительно более прочный коленчатый вал, который чаще встречается в двигателях с более высокими нагрузками, которые входят в стандартную комплектацию некоторых двигателей 16v.Создание кованого кривошипа — это совсем другое дело. Существуют различные наборы штампов, которые обрабатываются вместе примерно до формы кривошипа.

Эти матрицы устанавливаются в очень большом гидравлическом прессе с усилием зажима в несколько тонн. Горячий стержень из высококачественной легированной стали помещается в нижнюю матрицу, а затем матрицы закрываются. После закрытия штампов металл очень сильно сжимается, после чего материал уплотняется и выравнивается для лучшего процесса литья. Кривошипы этого типа также закаляются подобно литым трещинам, но с использованием индукционной закалки.

3. Заготовка коленчатого вала: (типы и функции коленчатого вала)

Заготовки коленчатого вала — один из лучших типов кривошипа, который когда-то может быть в двигателе, который обычно используется для производства этого типа кривошипа. Обычно он содержит такие материалы, как никель, хром, алюминий и молибден среди других элементов. Эти кривошипы наиболее распространены из-за минимального времени обработки коленчатого вала. Также они требуют минимальной балансировки из-за однородного состава материала.

Лучший материал коленчатого вала

Коленчатый вал чаще всего изготавливается из таких материалов, как углеродистая сталь, никель-хром или другая легированная сталь. Легирующие элементы в углеродистой стали — марганец, хром, молибден, кремний, кобальт и ванадий. Иногда также используются алюминий и титан. Бытует мнение, что если вы выберете эти материалы для коленчатого вала, то вам вряд ли потребуется ремонт коленчатого вала или замена коленчатого вала.

Компоненты и конструкция коленчатого вала

Основные компоненты коленчатого вала: (Типы и функции коленчатого вала)

• Главные шейки: Главные шейки несут основной подшипник, а также определяют ось вращения вала.
• Шатунные штифты: Шатунные штифты — это те, которые позволяют прикрепить к нему шатун.
• Шатуны кривошипа: Шатуны шатуна соединяют шейки кривошипа с главными шейками.
• Противовесы: Противовесы обеспечивают балансировку, которые устанавливаются на перемычки.

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

Смазка коленчатого вала

Смазка играет очень важную роль в эффективности двигателя, а также улучшает его рабочий механизм, который включает трение двух металлических частей. Основная цель — избежать ненужного износа коленчатого вала, коренных и шатунных шейек, которые скользят по масляной пленке. Эта масляная пленка отвечает за прилегание к поверхности подшипника. Масло подается к коренному подшипнику через масляные каналы в блоке двигателя, которые ведут к каждому седлу коленчатого вала и совпадают с отверстием в корпусе подшипника, по которому масло собирается на шейку.

Как работает коленчатый вал?

Коленчатый вал работает легко, совсем несложно. Расстояние между центральной точкой главной шейки и штифтом коленчатого вала приличное. Это расстояние называется радиусом кривошипа или ходом кривошипа. Его измерение говорит нам о диапазоне перемещения поршня при вращении коленчатого вала.

Пройденное расстояние от верха до низа называется ходом поршня, а ход поршня в два раза больше радиуса кривошипа.Задний конец коленчатого вала выходит за пределы картера, который поддерживается фланцами маховиков. Этот фланец представляет собой прецизионно обработанную деталь, которая прикручивается к маховику. Коленчатый вал обычно прикручивается к зубчатому венцу, особенно в автоматическом приводе.

Общие неисправности коленчатого вала

Очень редко возникают проблемы с коленчатым валом, только в том случае, если двигатель находится в одном из следующих экстремальных условий. Компоненты двигателей довольно надежны и крепки, но некоторые общие неисправности, упомянутые ниже, могут привести к отказу:

1.Изношенные журналы

Изношенные шейки вызваны недостаточным давлением масла. Шейки коленчатого вала непосредственно контактируют с опорными поверхностями, что постепенно увеличивает зазор и снижает давление масла. Изношенные шейки могут вызвать очень серьезные проблемы с двигателем, если их не принять во внимание. Это также может привести к разрушению подшипника и серьезному повреждению двигателя.

2. Усталость

Под усталостью понимаются постоянные силы на коленчатом валу, которые приводят к переломам.Эта проблема обычно возникает на скруглениях, где журналы и полотно соединяются вместе. Образовавшиеся трещины на коленчатом валу можно проверить с помощью магнитного наплавления. Большинство поломок стального коленчатого вала происходит из-за усталостного разрушения, которое может возникнуть при изменении поперечного сечения.

3. Отказ из-за вибрации

Всякий раз, когда двигатель работает с сильной вибрацией при крутильных колебаниях, это может привести к трещине в шейке кривошипа и шейке.

4.При достаточном количестве смазки

Недостаточная смазка подшипника коленчатого вала может привести к полному вытиранию подшипника и выходу коленчатого вала из строя.

5. Цилиндр избыточного давления

Возможно, что внутри гильзы имеется гидравлический затор, вызванный чрезмерным давлением на коленчатом валу или даже его изгибом.

Причины несоосности коленчатого вала

• Повреждение или вытирание коренного подшипника
• Ослабленный болт основания двигателя, приводящий к вибрации
• Деформация корпуса судна
• Трещина в опоре подшипника
• Ослабленный болт коренного подшипника, приводящий к повреждению коренного подшипника
• Большой изгиб момент прикладывается к коленчатому валу из-за чрезмерного усилия от узла поршня.
• Заземление судна
• Взрыв или пожар картера
• Неисправность или изношенность подшипников кормовой трубы или промежуточного вала
• Ослабленные или сломанные штуцеры в основании
• Трещины в гнездах подшипников
• Деформирована опорная плита — повреждена поперечная балка
• Галстук болты провисают или сломаны
• Ослабление конструкции из-за коррозии

Что такое коленчатый вал? (с иллюстрациями)

Коленчатый вал расположен в двигателе транспортного средства и преобразует силу, создаваемую поршнями двигателя, движущимися вверх и вниз, в силу, которая перемещает колеса по кругу, чтобы автомобиль мог двигаться вперед.Расположенный внутри двигателя автомобиля, он соединен со всеми поршнями двигателя и маховиком. Чтобы понять этот вал, важно понимать, как работают поршни и маховик.

Двигатель автомобиля производит движение, создавая внутри себя взрывы.Поршни, которые прикреплены к коленчатому валу в двигателе, смещаются вниз из-за взрывов внутри цилиндров. Когда поршни опускаются, коленчатый вал вращается. Поршни соединены с коленчатым валом, чтобы гарантировать, что он движется вместе с ними, и их движения регулируются.

Чтобы помочь сгладить резкие движения, создаваемые движущимися поршнями, маховик прикреплен к концу коленчатого вала.При движении вал вращает маховик круговыми движениями. Насечки на маховике помогают сгладить его движения и соединить его с другими деталями автомобиля, которые поворачивают колеса. Это превращает движение вверх и вниз, создаваемое двигателем, в круговое движение, необходимое для перемещения колес автомобиля.

Для правильной работы поршней часть двигателя, называемая распределительным валом, должна вращаться и открывать впускные и выпускные клапаны.Эти клапаны открываются и закрываются, пропуская в цилиндр поток воздуха, необходимый для создания взрыва. Коленчатый вал соединен с распределительным валом и заставляет распределительный вал вращаться вместе с ним. Это гарантирует, что две части двигателя работают вместе и никогда не рассинхронизируются.

Проблемы возникают, когда коленчатый вал слишком длинный, потому что ему нужна дополнительная поддержка, чтобы справиться с давлением в цилиндрах двигателя.Чтобы решить эту проблему, двигатели часто делают V-образной формы с короткими валами вместо того, чтобы использовать прямую форму с длинными. V-образный двигатель имеет два набора цилиндров, по одному с каждой стороны, в то время как прямой двигатель имеет только один набор цилиндров, расположенных в ряд. У двигателя V8, например, будет по четыре цилиндра с каждой стороны вместо того, чтобы пытаться расположить восемь цилиндров по прямой.

Коленчатый вал | История Wiki | Fandom

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

Файл: Cshaft.gif

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

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

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

История []

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

Устройство, показанное в манускрипте Каролингов в начале 9 века. Утрехтский Псалтырь представляет собой кривошипную рукоятку, используемую с вращающимся точильным камнем. ^[6] Ученые указывают на использование кривошипных рукояток в трепанационных сверлах в работе 10 века испанского хирурга-мусульманина Абу аль-Касима аль-Захрави (936–1013). ^[6]

Коленчатый вал []

В 1206 году арабский изобретатель Аль-Джазари описал самый ранний известный коленчатый вал, который он соединил с кривошипно-шатунным механизмом в своем двухцилиндровом насосе.Механизм Аль-Джазари состоял из колеса, приводившего в движение несколько шатунов. ^[7] В его водяном насосе также использовался первый известный кривошипно-скользящий механизм. ^[8]

Коленчатые валы были позже описаны Конрадом Кизером (ум. 1405), Франческо ди Джорджо (1439–1502), Леонардо да Винчи (1452–1519) и Таки ад-Дином, который включил их в шестицилиндровый двигатель. Цилиндровый насос в 1551 году. Голландский «фермер» Корнелис Корнелизоон ван Юитгест также описал коленчатый вал в 1592 году. Его ветряная лесопилка использовала коленчатый вал для преобразования кругового движения ветряной мельницы в возвратно-поступательное движение пилы.В 1597 году Corneliszoon получил патент на коленчатый вал.

Дизайн []

Файл: Диаграмма четырехтактного двигателя .jpg

Компоненты типичного четырехтактного поршневого двигателя DOHC. (E) Выпускной распредвал, (I) Впускной распределительный вал, (S) Свеча зажигания, (V) Клапаны, (P) Поршень, (R) Шатун, (C) Коленчатый вал, (W) Водяная рубашка для потока охлаждающей жидкости.

Большие двигатели, как правило, являются многоцилиндровыми, чтобы уменьшить пульсации от отдельных тактов зажигания, с более чем одним поршнем, прикрепленным к сложному коленчатому валу.Многие небольшие двигатели, такие как двигатели мопедов или садовой техники, являются одноцилиндровыми и используют только один поршень, что упрощает конструкцию коленчатого вала. Этот двигатель также может быть построен без заклепочного шва.

Подшипники []

Коленчатый вал имеет линейную ось, вокруг которой он вращается, обычно с несколькими шейками подшипников, установленными на сменных подшипниках (основных подшипниках), удерживаемых в блоке двигателя. Поскольку коленчатый вал подвергается значительной боковой нагрузке от каждого цилиндра в многоцилиндровом двигателе, он должен поддерживаться несколькими такими подшипниками, а не только по одному на каждом конце.Это было одним из факторов, способствовавших развитию двигателей V8 с их более короткими коленчатыми валами, по сравнению с двигателями с восьмеркой. Длинные коленчатые валы последних страдали от недопустимой степени прогиба, когда конструкторы двигателей начали использовать более высокие степени сжатия и более высокие скорости вращения. По этой причине двигатели с высокими рабочими характеристиками часто имеют больше коренных подшипников, чем их собратья с более низкими характеристиками.

Ход поршня []

Расстояние, на которое ось кривошипа отклоняется от оси коленчатого вала, определяет измерение хода поршня и, следовательно, рабочий объем двигателя.Распространенный способ увеличения крутящего момента двигателя на низких оборотах — увеличение хода. Однако это также увеличивает возвратно-поступательную вибрацию, ограничивая возможности двигателя на высоких скоростях. В качестве компенсации он улучшает работу двигателя на низких оборотах, поскольку более длинный такт впуска за счет меньшего (ых) клапана (ов) приводит к большей турбулентности и перемешиванию всасываемого заряда. По этой причине даже такие высокоскоростные серийные двигатели, как современные двигатели Honda, классифицируются как «малоугольные» или длинноходные, так как их ход больше диаметра отверстия цилиндра.

Конфигурация двигателя []

Конфигурация и количество поршней относительно друг друга и кривошипа позволяет использовать прямые, V-образные или плоские двигатели. Однако один и тот же базовый блок двигателя можно использовать с разными коленчатыми валами, чтобы изменить порядок зажигания; например, конфигурация двигателя V6 под углом 90 градусов, которая в прежние времена иногда производилась с использованием шести цилиндров двигателя V8 с укороченной версией коленчатого вала V8, производит двигатель с присущей ему пульсацией потока мощности из-за » отсутствуют «два цилиндра».Однако тот же двигатель можно сделать так, чтобы он обеспечивал равномерно распределенные импульсы мощности, используя коленчатый вал с индивидуальным ходом кривошипа для каждого цилиндра, разнесенный таким образом, чтобы поршни фактически смещены по фазе на 120 градусов, как в двигателе GM 3800. В то время как серийные двигатели V8 используют четыре хода кривошипа, разнесенные на 90 градусов, в высокопроизводительных двигателях V8 часто используется «плоский» коленчатый вал с разнесенными на 180 градусов ходами. Разницу можно услышать, поскольку плоские коленчатые валы приводят к тому, что двигатель имеет более плавный и более высокий звук, чем при поперечной плоскости (например, серия IRL IndyCar по сравнению с NASCAR Nextel Cup или Ferrari 355 по сравнению с Chevrolet Corvette) .См. Основную статью о коленчатых валах с крестообразным шлицем.

Баланс двигателя []

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

Роторные двигатели []

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

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

Строительство []

Файл: Marine Crankshafts 8b03602r.jpg

Engine Crankshafts, 1942 год

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

Ковка и литье []

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

Обработка []

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

Усталостная прочность []

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

Закалка []

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

Противовесы []

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

Напряжение на коленчатых валах []

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

Список литературы []

1. ↑ Н.Сивин (август 1968 г.), «Обзор: Наука и цивилизация в Китае, , Джозеф Нидхэм», , Журнал азиатских исследований, (Ассоциация азиатских исследований), 27 (4): 859-864 [862], http: / /www.jstor.org/stable/2051584
2. ↑ ^{2,0 2,1} Ритти, Туллия; Греве, Клаус; Кессенер, Пол (2007), «Рельеф водяной каменной пилы на саркофаге в Иераполе и его последствия», Журнал римской археологии 20 : 138–163 (161)
3. ↑ Джозеф Нидхэм (1975), «История и человеческие ценности: китайский взгляд на мировую науку и технологии», Философия и социальные действия II (1-2): 1-33 [4], http: / / citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.122.293&rep=rep1&type=pdf#page=12, получено 13 марта 2010 г.
4. ↑ А. Ф. Л. Бистон, М. Дж. Л. Янг, Дж. Д. Лэтэм, Роберт Бертрам Сержант (1990), Кембриджская история арабской литературы , Cambridge University Press, стр. 266, ISBN 0521327636
5. ↑ Banu Musa, Donald Routledge Hill (1979), Книга изобретательных устройств (Kitāb al-iyal) , Springer, стр. 23-4, ISBN
6. 08339
7. ↑ ^{6.0 6,1} Needham 1986, p. 112.
8. ↑ Салли Ганчи, Сара Ганчер (2009), Ислам и наука, медицина и технологии , The Rosen Publishing Group, стр. 41, ISBN 1435850661
9. ↑ Лотфи Ромдхан и Саид Зеглул (2010), «Аль-Джазари (1136–1206)», История механизмов и машиноведения (Springer) 7 : 1-21, DOI: 10.1007 / 978-90- 481-2346-9, ISBN 978-90-481-2346-9, ISSN 1875-3442

См. Также []

• Картер, кожух коленвала
• Шатуны велосипедные
• Кривошип (механизм)
• Скоба (инструмент)
• Двигатель внутреннего сгорания
• Уравнения движения поршня
• Hudson Motor Car Company, уравновешенный коленчатый вал в 1916 году позволил увеличить число оборотов и мощность
• Распредвал
• Кулачок

Внешние ссылки []

Шаблон: внешние ссылки

Тепловые двигатели Двигатель Карно Флюидайн Газовая турбина Горячий воздух Джет Двигатель Фото-Карно Поршень Беспоршневой (роторный) Трубка Рийке Ракета Одноместный Пар (возвратно-поступательный) Турбина паровая Стирлинг Термоакустический Бил номер Западный номер Хронология развития технологий тепловых двигателей Термодинамический цикл

Компоненты, системы и терминология авиационных поршневых двигателей Поршневые двигатели Механические компоненты Распредвал Шатун Шатун Коленчатый вал Цилиндр Головка блока цилиндров Палец поршневой Толкатель гидравлический Коренной подшипник Кольцо обтуратора Масляный насос Поршень Кольцо поршневое Тарельчатый клапан Толкатель Коромысло Клапан рукавный Толкатель Электрические компоненты Генератор Конденсатор разряда зажигания Двойное зажигание Генератор Электронный впрыск топлива Система зажигания Магнето Свеча зажигания Стартер Терминология С воздушным охлаждением Пуск авиационного двигателя Диаметр отверстия Степень сжатия Мертвая точка Объем двигателя Двигатель четырехтактный Мощность Опережение зажигания Давление в коллекторе Среднее эффективное давление Безнаддувный Монопупа Распредвал верхний Верхний клапан Роторный двигатель Амортизатор Ход Межремонтный период Двигатель двухтактный ГРМ Объемный КПД Пропеллеры Компоненты Редуктор частоты вращения воздушного винта Пропеллерный регулятор Вертушка Терминология Автооперье Шаг лезвия Противовращение Постоянная скорость Противовращение Винт для ятагана Винт однолопастный Переменный шаг Инструменты двигателя Тахометр Измеритель Хоббса Панель сигнализатора EFIS EICAS Регистратор полетных данных Стеклянная кабина Органы управления двигателем Нагрев карбюратора Дроссельная заслонка Топливно-впускная система Avgas Карбюратор Впрыск топлива Газоколатор Коллектор впускной Интеркулер Карбюратор давления Нагнетатель Турбокомпрессор Прочие системы Вспомогательная силовая установка Стартер Coffman Гидравлическая система Система защиты от льда Старт отдачи

.