День: 07.02.1998

7Фев

Устройство коленвала двигателя: то, что делает двигатель двигателем

7 Фев 1998 alexxlab Комментировать

Коленвал – это что? Устройство, назначение, принцип работы

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

Устройство и назначение

Коленчатый вал воспринимает усилия от поршня и преобразует их в механическую энергию. На этот механизм воздействуют силы вращения. Работает он постоянно под высокой нагрузкой. Поэтому, чтобы деталь не вышла преждевременно из строя, коленчатые валы изготавливают из качественных, высокопрочных чугунных сплавов. Затем все детали закаляются током высокой частоты. Различают валы с двойным противовесом или вовсе без противовеса. Располагается колневал двигателя непосредственно в корпусе мотора. Что касается конструкции, то она в целом зависит от двигателя. Несмотря на некоторые различия, в конструкциях есть очень много общего. Коленвал — это комплекс из нескольких деталей. В качестве опоры для этой конструкции используются коренные шейки – чаще встречаются модели с четырьмя шейками, но также есть и трехопорные. В шестицилиндровых моторах установлены валы, где таких опор 7. Для того чтобы коленчатый вал был уравновешен, применяют противовесы. Если цилиндры имеют небольшой диаметр, тогда используют одинарные противовесы. За счет этих деталей обеспечивается максимально плавная работа силового агрегата.

Вспомогательные механизмы

Итак, зная, для чего предназначен коленвал двигателя и какие силы воздействуют на него во время работы, можно понять, почему сопряжения между щеками и шатунными шейками немного закруглены. Это позволяет предотвратить преждевременные разрушения. Между щек расположена шатунная рейка. Механики, которые обслуживают двигатели, называют ее «коленом». Она предназначена для того, чтобы обеспечивалось равномерное воспламенение, чтобы работа двигателя была максимально уравновешенной, чтобы на вал действовали минимальные крутильные и изгибающие силы. Коленвал это – деталь, работающая при высоких оборотах. Вращение шатунов и самого вала на опорах обеспечивается за счет подшипников скольжения. Установлены упорные элементы на крайней или средней коренной шейке. В задачи этого подшипника входит предотвращение осевых смещений и перемещение механизма. Если учесть, сколько деталей должны слаженно и четко работать в одном механизме, нетрудно сказать, что в процессе производства коленчатый вал тщательно балансируется. Но иногда удается обнаружить и разбалансируемые детали. В продажу такие изделия не поступают.

Работа коленчатого вала изнутри

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

Система смазки

Важную роль играет смазка. Коленвал – это деталь вращения, а значит, он будет испытывать трение. От общей смазочной магистрали к опорам шеек обеспечен подвод смазки. Затем по каналам в щеках масло попадется и к шейкам шатунов. Смазка значительно повышает износостойкость всех деталей вала.

Неисправности

В силу высоких нагрузок данный механизм выходит из строя. Среди типовых неисправностей можно выделить ускоренный износ шеек. Он связан с проблемами в блоке цилиндров. Также нередко случаются задиры на поверхностях шеек. Это случается из-за неудовлетворительной циркуляции или отсутствия смазки, либо в связи с нарушением температурных режимов. Царапины на поверхностях шеек можно видеть особенно часто. Необходимо различать просто царапины и трещины, которые образуются вследствие усталости металла. Нередко случаются биения и прогиб детали. Это особенно актуально для двигателей высокооборотистых автомобилей. Еще одна типовая неисправность – отклонение шеек от их заводского размера. Но это более естественный процесс, чем все остальные. Нужно учитывать, что размеры коленвала имеют допуск не более 0,02 миллиметров. Любое несоответствие устраняется проточкой на специализированном оборудовании.

Как выполнить замену?

Конечно, при некоторых видах неисправностей можно обойтись ремонтом – шлифовкой либо проточкой. Но иногда восстановить вал не получается. В таком случае можно заменить старый механизм на новый. Кстати, в двигателе это наиболее дорогая составляющая. Особенно в дизельных силовых агрегатах.Прежде чем будет выполнена замена коленвала, проверяются осевые люфты. Это упростит подбор осевых вкладышей. Необходимо найти метки на вкладыше и блоке цилиндров. Они указывают направление установки крышек коренных подшипников. Все детали, которые мешают демонтировать вал, необходимо также снять. В руководствах по ремонту процесс демонтажа описывается по-разному, так как есть 8-ми и 16-клапанные двигатели, с рядной или V-образной системой расположения цилиндров. Затем необходимо установить новый коленчатый вал на место старого – нужно строго соблюдать инструкции производителя автомобиля и не перепутать положение коленвала. Ввиду высокой ответственности все работы нужно производить в специализированном сервисе.

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

Коленвал: устройство, назначение, принцип работы

Важнейшей деталью каждого транспортного средства, оснащенного двигателем внутреннего сгорания, является коленвал. Главная его задача состоит в передаче крутящего момента вначале на маховик, затем на трансмиссию, а уже потом – на полуоси колес. Примечательно то, что деталь изготавливается под конкретную марку силовой установки, а не под модель авто, как это бывает с другими комплектующими.

Оглавление

  1. Коленчатый вал: что это, каковы его задачи
  2. Материалы изготовления коленвала. Технология производства
    • Технология изготовления
    • Стальные валы
    • Чугунные валы
  3. Из чего состоит коленвал
  4. Механизм работы
  5. Датчик коленвала
  6. Неисправности и их устранение
  7. Итог

В ходе эксплуатации коленвал двигателя притирается к нему, к его особенностям, поэтому, когда возникает необходимость в ремонте или замене, мастера максимум внимания уделяют износу подвижных элементов и стараются ответить на вопрос о том, что стало его причиной.

Коленчатый вал: что это, каковы его задачи

Коленчатый вал направляет крутящий момент на маховик, откуда тот поступает на шестеренки трансмиссии, затем – на колеса (ведущие). Сам вал начинает вращаться под влиянием поршневой группы. 

Большинство классических ДВС работают по одинаковой схеме. Внутри таких установок возвратно-поступательные движения преобразовываются во вращательные. Блок цилиндров включает поршни с шатунами, и в момент, когда воздушно-топливная смесь направляется в цилиндр, где она возгорается от искры, освобождается большое количество энергии. Газы, которые под воздействием тепла расширяются, оказывают давление на поршень, и он начинает перемещаться вниз. 

Цилиндры устанавливаются на шатунах, закрепленных на шатунных шейках коленвала. Так как каждый цилиндр срабатывает в конкретный момент времени, воздействие, оказываемое на кривошипно-шатунный механизм, получается равномерным, поэтому коленчатый вал двигается постоянно. Движение переходит на маховик, а уже от него посредством сцепления переходит на КП и на колеса.  

Важно

Коленвал необходим для того, чтобы преобразовывать движения различного рода. Отсюда предельная точность, с которой она создается, ведь от симметричности, а также от того, как точно друг относительно друга выверен каждый угол, зависит частота вращения коленчатого вала. 

Внешне этот элемент представляет собой сочетание большого количества шатунных шеек, сочетающихся друг с дружкой коленной шейкой. Число таких колен-шеек зависит от числа цилиндров, а также полностью соответствует их форме и местонахождению. С поршнями шейки соединяются посредством шатунов, которые приводят коленвал в движение. 

Есть несколько разновидностей коленчатого вала двигателя. Когда шатунные шейки расположены симметрично от шейки коленной, это полноопорный коленвал. Когда шатунные шейки установлены лишь с одной стороны, говорят, что вал неполноопорный. 

Материалы изготовления коленвала. Технология производства

В процессе производства коленчатых валов применяют разные материалы. Для спорткаров или автомобилей люкс-класса валы выпускают из легированной либо углеродистой стали, характеризующейся повышенной прочностью и износостойкостью. 

Для серийных авто используется модифицированный чугун, который обрабатывается путем прессования либо литья. В качестве элементов, необходимых для легирования стали, используется хром и молибден, реже могут быть примеси других металлов, которые работают на увеличение прочности. 

Чаще всего устанавливается деталь внизу, над кратером, но если ДВС оппозитный, то данный конструктивный элемент находится выше, в центральной части двигателя, что упрощает процесс замены коленвала при необходимости.

Технология изготовления

Выпускаются заготовки валов путем штамповки и литья. Кованые модели более прочны, их делают, как уже говорилось выше, из легированной или углеродистой стали. Изделия массового производства, которыми комплектуются в основном серийные модели автомобилей, выпускают из высокопрочного чугуна, используется при этом метод литья.  

Выливают материал в оболочковые или земляные формы, причем, применение именно оболочковых форм является более прогрессивным методом, так как изделие получается более точным, припуски на механическую обработку оказываются минимальными, а порой они и вовсе отсутствуют. 

Если речь идет о методе горячей штамповки, это уже массовое производство, так как технология изготовления позволяет получить готовую деталь, которая практически не требует обработки.

Отсюда – более точные размеры коленвала, идеальная форма, а также доступная цена, продиктованная минимальными отходами металла. К тому же волокна в готовой детали размещены оптимальным образом, что заметно улучшает показатели прочности, как следствие – износостойкость детали.

Стальные валы

Коленчатые валы для спорткаров, автомобилей повышенной мощности и высокой проходимости изготавливают из стали путем ковки либо горячего штампования. Чаще всего для этого используют сталь 35, 50, 45Г и 50 Г. Производство деталей быстроходных механизмов осуществляется из упомянутых выше сталей, в которые добавляют хром и никель, хром и молибден. 

Легированные стали характеризуются повышенной пластичностью, твердостью, продолжительным сроком службы, поэтому из них выпускают коленчатые валы для мощных дизельных и бензиновых силовых установок. 

Чугунные валы

В серийных моделях не только автомобильного транспорта, но и других ТС, оснащенных двигателями внутреннего сгорания, устанавливают коленвалы из чугуна с графитом, изготовленные методом литья. Технология известна давно, но в последнее время она была усовершенствована, что позволило удешевить процесс производства и повысить качество деталей, минимизировать процесс образования брака. 

Примечательно то, что благодаря использованию новейшего оборудования удалось значительно уменьшить потери металла, и чем сложнее конструкция комплектующего, тем эта экономия заметнее. Наличие в составе графита повышает износостойкость и надежность вала, но ключевую роль играет качество литья, отсутствие так называемых литейных пороков.  

Прочность изделия зависит от свойств материала. Если вал выпущен из модифицированного либо высокопрочного чугуна, отпадает необходимость в его дальнейшей термической обработке. Литая деталь характеризуется одинаковой твердостью по всей площади, которая не уменьшается даже после шлифования. 

Из чего состоит коленвал

Ключевыми составными элементами коленвала можно считать следующее:

  •  Коренная шейка – опора, выполняющая функции оси вращения. Находится она в подшипнике.
  •  Щеки – некое связующее звено между коренными и шатунными шейками, к тому же препятствующее разрушению детали вследствие непрерывных нагрузок.
  •  Шатунные шейки – это опоры, которые соединены с шатунами поршней. 
  •  Носок – расположенный спереди конструктивный элемент, который передает мощность на вспомогательные механизмы.
  •  Хвостовик – элемент, расположенный сзади. Он соединяется с маховиком либо шестеренкой отбора мощности для передачи усилия на движение.
  •  Противовесы – отдельный элемент конструкции, распределяющий нагрузку и уравновешивающий вал.

Роль уплотнителя для хвостовика и носка играют сальники коленвала, которые предотвращают протекание масла на стыках там, где маховик выходит за границы цилиндров. За способность детали двигаться вращательно отвечают подшипники скольжения, изготовленные из стали. Для исключения риска смещения оси вращения устанавливается упорный подшипник.

Механизм работы

Работоспособность всех без исключения ДВС обеспечивается поршневым блоком, который приводит в действие коленвал. Работает механизм следующим образом:

  •  Топливная смесь в цилиндре сгорает, это ведет к расширению воздуха и образованию давления.
  •  Под воздействием давления происходит выталкивание поршня, начинается поступательное движение.
  •  Соединение с шатунными шейками обеспечивает изменение поступательного движения во вращательное.
  •  Полученная, таким образом, энергия вращения с коленвала направляется на ведущие колеса, и транспортное средство движется.

Датчик коленвала

Датчик коленчатого вала используется лишь в транспортных средствах, оснащенных системами электронного управления двигателя. От вращения вала зависит работа нескольких деталей и даже целых систем, благодаря своевременной подачи топливной смеси становится возможным улучшение ездовых характеристик. 

Для синхронизации рабочих процессов как раз и придумали специальный датчик, способствующий синхронизации зажигания. Он передает данные о положении коленчатого вала на блок управления и тем самым оптимизирует работу множества механизмов. Датчики коленвала бывают нескольких видов:

  •  магнитные;
  •  Холла;
  •  оптические.

У каждого из них – свои особенности и преимущества, но все они устанавливаются в корпусе силового агрегата на специальном кронштейне.

Неисправности и их устранение

К наиболее распространенным неисправностям коленвала относится:

  • Значительный износ шатунных и коренных шеек, к которому привела нехватка масла или его ненадлежащее качество, неправильное давление в системе, засоренность масляного фильтра, перегрев масла, приведший к его разжижению. Устраняется неисправность капитальным ремонтом мотора.
  • Износ торцов под упорными кольцами (а случается это, если автомобиль часто стоит на месте при выжатом сцеплении) В этом случае придется обработать упорные фланцы и использовать более толстые полукольца. Часты случаи, когда подобный эффект устраняется только путем замены вала, которому предшествует диагностика, а при необходимости – и ремонт привода сцепления.

Итог

Коленчатый вал машины – деталь, отвечающая за способность транспортного средства двигаться, поэтому роль ее в конструкции машины невозможно переоценить. Чтобы коленвал успешно справлялся с возложенными на него функциями и служил годами, необходимо регулярно проводить ТО и выполнять ремонт детали, как только возникнет такая необходимость. 

Как делают коленвал

Станок для шлифовки коленчатого вала с ЧПУ | Шлифовальные станки для коленчатых валов

Шлифовальные станки

Станки с ЧПУ, ручные станки, станки Robbi

Наши станки для шлифования коленчатых валов от Robbi используются для шлифования шеек и шатунных шеек, чтобы удалить материал и восстановить эту жизненно важную часть двигателя и дорогостоящий узел. Шлифовка коленчатого вала, обычно выполняемая при восстановлении двигателя, также улучшает характеристики двигателя.

В каждом высокофункциональном двигателе есть искусно изготовленный коленчатый вал. Через шатуны коленчатый вал передает мощность от движения поршня с поступательного на вращательное. Эта задействуемая мощность используется в большинстве обычных автомобилей, дизельных судовых двигателях, двигателях внутреннего сгорания локомотивов, больших компрессорах и другом тяжелом оборудовании.

Наши шлифовальные станки для коленчатых валов подходят как для единичных, так и для производственных партий.

Robbi Станки для шлифования коленчатых валов

Robbi предлагает линейку станков для шлифования коленчатых валов, в которую входит промышленная линия для тяжелых условий эксплуатации. Эти станки предназначены для высокоточных и эффективных операций с использованием рабочих головок с 4-сторонними поперечными салазками и усовершенствованной системой блокировки для быстрого центрирования коленчатого вала.

Обладая превосходной точностью и надежностью в течение всего срока службы, эти монолитные станки из чугуна также предлагают различные настраиваемые параметры, чтобы станок работал наилучшим образом в соответствии с вашими потребностями.

  • Шлифовальная головка: Шлифовальная головка покрыта антифрикционным материалом и снабжена регулируемыми подшипниками, обеспечивающими свободное перемещение и минимизирующим износ станка
  • Гидравлические элементы управления: Увеличьте скорость настройки и шлифования с помощью быстрой гидравлической шлифовальной головки и стола.
  • Рабочие головки: Всего с двумя ключами для всех операций смещения, центрирования и зажима индексированные патроны легко меняются с патронов на центры и вращаются на 360 градусов.

Стандартная серия станков для шлифовки коленчатых валов

Рекс 1200
Рекс 1500
Рекс 1800
Рекс 2200

Ecotech Machine Tool предлагает четыре стандартных станка для шлифования коленчатых валов.

Промышленная линия станков для шлифовки коленчатых валов

Рекс 2700
Рекс 3100
Рекс 4000

ЧПУ

Рекс 6000

Мы также предлагаем четыре станка промышленной линии с опцией ЧПУ в модели станка Rex 400.

Кино

Общая информация

О компании Robbi Group

Robbi — итальянский производитель промышленных машин с 1936 года. Robbi использует материалы и высококачественные компоненты для обеспечения максимальной точности. Большинство их механических компонентов создаются в их механическом цехе.

Миссия их компании заключается в разработке и производстве прецизионных станков, технологически продвинутых, надежных, безопасных, простых в использовании и «изготавливаемых на заказ» для каждого клиента.

Сравнительная техническая таблица модели машины

Модель Расстояние между центрами Высота центров над столом

Rex 1200

1230 мм

220mm

Rex 1500

1550mm

250mm

Rex 1800

1800mm

300mm

REX 1800 RM

1800 мм

350 мм

REX 2200 L

2300MM

0003

300mm

Rex 2200 RM

2300mm

350mm

Rex 3100

32000mm

400mm

REX 4000 CNC

4200 мм

650 мм

REX 6000

Rex 6000

. 0091

6000 мм

750 мм

Видео галерея — Шиллические машины в действии

Дополнительная машина

9003

.

  • Рекс-3100

    • Рекс 3100

    Увеличить

    Рабочая головка для шлифовки коленчатых валов Rex

    Увеличить

    Очень большие направляющие

    Увеличить

    Техническая документация по машине

    REX

    Гидравлические шлифовальные станки для коленчатых валов

    Скачать

    Ознакомьтесь с другими нашими машинами

    • Вальцешлифовальные станки Robbi

    • Круглошлифовальные станки Robbi — ЧПУ, ПЛК и.

      ..

    • Круглошлифовальные станки SMTW — ручные

    • Робби Шлифовальные станки для коленчатых валов

    • Плоскошлифовальные станки

    • Внутренние шлифовальные станки Robbi (ID) — ЧПУ и ПЛК

    • Вертикальные вращающиеся шлифовальные машины

    • Винтовые гидравлические поворотные приводы

    • Вертикальный обрабатывающий центр

    • Внутренние шлифовальные машины — ручные

    • Токарный центр

    • Круглошлифовальный станок с поперечно-шлифовальной головкой.

      ..

    • Шлифовальный станок с подвижной станиной

    © Ecotech Machine Tool
    Сайт Джейсона Скотта Монтойи.

    Ранее Ecotech Machinery

    Торсионные амортизаторы коленчатого вала производства EPI Inc.

    WHAT’S
    NEW
    HERE ?EPI
    Products
    and Services

    Technical Articles and Product Descriptions

    Mechanical Engineering FundamentalsPiston
    Engine
    TechnologyEPI
    Engine
    ProjectsAircraft
    Engine
    ConversionsDetailed
    Gearbox TechnologyEPI
    Gearbox
    ProjectsAircraft
    Propeller
    TechnologySpecial
    Purpose
    SystemsRotorWay
    Вертолет
    Проблемы

    Справочные материалы

    EPI
    Справочник
    Библиотека EPI Руководства
    и
    Публикации Некоторые
    Интересное
    Ссылки

    Дополнительные продукты

    Материалы
    Для продажи
    (иногда)

    3  

     

    Журнал Race Engine Technology

    ВВЕДЕНИЕ в Race Engine Technology ПОДПИСАТЬСЯ
    на Race Engine TechnologyДОСТУПНО
    НАЗАД
    ВЫПУСКИ

     

    Последнее обновление: 03 июля 2014 г.

    ПРИМЕЧАНИЕ. Все наши продукты, конструкции и услуги являются УСТОЙЧИВЫМИ, ОРГАНИЧЕСКИМИ, БЕЗГЛЮТЕНОВЫМИ, НЕ СОДЕРЖАТ ГМО и не будут расстраивать чьи-либо драгоценные ЧУВСТВА или деликатные ЧУВСТВА

    На предыдущей странице этого раздела рассматривалась проблема крутильного возбуждения, которое поршневой двигатель применяет к любому устройству, которое он приводит в движение. Однако существует отдельная проблема крутильных колебаний самого коленчатого вала внутри двигателя.

    Тема крутильных колебаний коленчатого вала и ее важности — это область, в которой ключевые игроки NASCAR Cup и F1 очень неохотно обсуждают подробности. Однако, основываясь на обсуждениях с несколькими мастерами проектирования коленчатых валов, оказалось, что существуют довольно большие расхождения во мнениях по вопросу о том, как лучше всего справляться с крутильными колебаниями коленчатого вала.

    Коленчатый вал, как и простой торсион, имеет массу и жесткость крутильных пружин (см. Вибрация при кручении). Это приводит к тому, что система коленчатого вала имеет собственную резонансную частоту кручения. Пики и спады крутящего момента, а также инерционные нагрузки от ускорения возвратно-поступательных компонентов заставляют сам коленчатый вал двигателя отклоняться (вращательно) вперед и назад во время его работы. Когда эти импульсы (возбуждения) близки к резонансной частоте коленчатого вала, они могут вызвать неконтролируемую вибрацию кривошипа и, в конечном итоге, его поломку.

    Следует понимать, что резонансная частота системы коленчатого вала отличается от резонансных частот, встречающихся в системе PSRU. Торсионная резонансная частота системы коленчатого вала зависит от:

    1. длины коленчатого вала;
    2. жесткость коленчатого вала на кручение;
    3. ход коленвала;
      4. масса
    4. бобов;
    5. моментов инерции вращающихся предметов, прикрепленных к двигателю или приводимых в движение двигателем.

    Хорошо известно, что возбуждение любого компонента на одной из его резонансных частот или вблизи нее, в отсутствие существенного демпфирования или встречных колебаний, приведет к неограниченному увеличению амплитуды колебаний до тех пор, пока компонент не выйдет из строя. Есть известные фильмы, показывающие обрушение мостов именно из-за этого явления.

    Вот несколько определений (более подробно обсуждаемых ЗДЕСЬ), которые будут полезны для обсуждения.

    1. A ЧАСТОТА — это именно то, о чем говорит это слово: вибрация с определенным числом циклов в секунду, например, 400 циклов в секунду («герц»), или как часто происходят колебания.
    2. ЗАКАЗ является определенным кратным базовой частоты. Например, восьмицилиндровый четырехтактный двигатель с равномерным вращением создает четыре импульса крутящего момента за один оборот (возбуждение четвертого порядка). Если коленчатый вал в таком двигателе работал при 6000 об/мин, то частота возбуждения четвертого порядка составляет 4 х 6000/60 = 400 герц, тогда как такое же возбуждение 4-го порядка при 7200 об/мин имеет частоту 480 герц.
    3. A ДЕМПФЕР представляет собой устройство, рассеивающее энергию, в основном в виде тепла.
    4. АБСОРБЕР представляет собой устройство, которое предназначено для того, чтобы колебаться в прямом противодействии вибрации либо с определенной частотой, либо с определенным порядком, в зависимости от конструкции.

    Коленчатый вал, изготовленный из куска высокопрочной стали, является почти идеальной пружиной и имеет очень мало внутреннего демпфирования, поэтому становится важным предусмотреть некоторые средства ослабления крутильных колебаний, возникающих вблизи резонансных частот, особенно на свободных частотах. конец коленчатого вала.

    Во многих двигателях, в том числе практически во всех двигателях V8, V6 и рядных 6-цилиндровых двигателях, на свободном конце коленчатого вала используется устройство для ослабления амплитуды того, что в противном случае могло бы стать разрушительным крутильным колебанием кривошипа. Без соответствующего амортизатора ожидаемый срок службы коленчатого вала в типичном американском двигателе V8 на полной мощности обычно измеряется минутами. (Двигатели Sprint Car V8 без маховика с водяным насосом, прикрепленным к носовой части коленчатого вала, действительно представляют собой особый случай из-за существенного изменения собственных частот из-за отсутствия маховика в сочетании с естественным демпфирующим эффектом воды. насос.).

    Многие автомобильные 4-цилиндровые двигатели не требуют такого амортизатора, прежде всего из-за их изначально более высокого отношения жесткости к массе. Тем не менее, несколько производителей автомобилей изначально отказались от торсионного амортизатора на ранних этапах запуска двигателя только для того, чтобы обнаружить, что срок службы коленчатого вала был неприемлемо коротким. Специалисты Nissan обнаружили это на ранних двигателях 240-Z, у которых не было амортизатора, и поэтому они работали всего около 100 часов в автомобильной (т.е. ОЧЕНЬ ЛЕГКОЙ) эксплуатации.

    Часто устройства для ослабления вибрации на свободном конце коленчатого вала двигателя ошибочно называют «ДЕМПФЕРАМИ». В большинстве случаев они ПОГЛОЩАТЕЛИ.

    Эластомерные устройства («металлическое кольцо на резиновой пружине»), используемые в автомобильной промышленности (а также компанией Teledyne Continental Motors на GTSIO-520), представляют собой АБСОРБЕРЫ, настроенные для противодействия вибрации на частоте где конкретный двигатель создает наихудшее крутильное возбуждение. В связанных эластомерах промышленных поглотителей существует определенный гистерезис, который добавляет системе небольшое демпфирование.

    Эластомеры уплотнительного кольца в регулируемом инерционном демпфере типа эластомерного кольца, используемом в классах Cup и других, имеют довольно малую площадь поперечного сечения и площадь контактной поверхности, поэтому коэффициент демпфирования довольно ограничен. Небольшая площадь контактной поверхности в сочетании с большим количеством энергии, которая должна рассеиваться в течение длительного периода времени в очень жаркой среде, требует частой перестройки этих поглотителей для поддержания их эффективности. Тот же самый способ деградации влияет на эластомерные поглотители OEM-типа, но в гораздо меньшей степени из-за редкого сочетания работы на резонансной частоте или около нее с настройками высокой мощности в очень жаркой окружающей среде.

    В соответствии с конструкцией этот тип поглотителя имеет единственную резонансную частоту, которая настраивается с помощью MMOI инерционного кольца и дюрометра (жесткости) эластомеров на конкретную частоту (количество оборотов коленчатого вала, умноженное на порядок возбуждения), при которой проводятся измерения. показали наихудшую амплитуду вибрации коленчатого вала.

    К сожалению, часто имеется более одного сильного порядка возбуждения. Современная наука показывает, что преобладающим возбуждением в двухплоскостном коленчатом валу V8 является 2,5-й порядок, за которым следует (более интуитивно понятный) 4-й порядок. Было высказано предположение, что в инерционном кольце используется демпфер из эластомера, используемый в Cup, который обеспечивает возможность настройки более чем на одну критическую частоту.

    В дополнение к амортизатору из эластомера существует тип амортизатора, который по своей конструкции ослабляет вибрацию определенного порядка. Этот тип известен как маятниковый амортизатор и был разработан в 1930-х годах для решения серьезных проблем с крутильными колебаниями в радиальных авиационных двигателях. И Continental, и Lycoming используют этот тип маятникового амортизатора во всех своих двигателях высокой мощности.

    Внутренний амортизатор этого типа состоит из маятниковых противовесов, прикрепленных к щекам коленчатого вала с помощью свободных штифтов в жестких втулках, как показано на рис. Рисунок 1 . Это настроенный амортизатор, собственная частота которого прямо пропорциональна частоте вращения коленчатого вала. Порядок настройки определяется отношением (r/L) расстояния от осевой линии основного подшипника до оси маятника, деленным на длину маятника. Типичная реализация заключается в прикреплении противовесов коленчатого вала к лопастям на щеках коленчатого вала с помощью закаленных штифтов в незакрепленных втулках. Порядок настройки (r/L) определяется зазором между закаленным штифтом и закаленной втулкой в ​​лопастях коленчатого вала. Математика этого типа поглотителя чертовски умна и подробно представлена ​​в ref-5:3:284-288.

    Рисунок 1
    Поглотители заказов маятникового типа

    Существует продукт послепродажного обслуживания ( The Rattler ™), который пытается реализовать этот метод поглощения заказов с помощью цилиндров из тяжелого металла, которые помещаются внутри продольных цилиндров соответствующего размера. отверстия в круглом устройстве, прикрепленном к носовой части коленчатого вала.

    Принимая во внимание, что противовесы маятникового типа, показанные выше, весят несколько фунтов, нельзя не задаться вопросом, насколько эффективным может быть устройство дребезжащего типа. Однако может показаться, что подход, более похожий на пример с самолетом, может оказаться весьма эффективным без существенного добавления MMOI кривошипа. Другой подход может состоять в том, чтобы встроить большие свободные цилиндры из тяжелого металла в продольные отверстия в существующих противовесах.

    Преимущество чистого демпфера в отличие от поглотителя заключается в том, что он стремится уменьшить амплитуду любой частоты. Недостатком является то, что энергия рассеивается в виде тепла, поэтому необходимо обеспечить соответствующее охлаждение.

    На вторичном рынке доступны фрикционные демпферы, а также демпферы с инерционным кольцом в жидкости высокой вязкости. Тестирование показало, что эти типы демпферов различаются по эффективности в зависимости от частоты, но их эффективность довольно одинакова в широком диапазоне возбуждений. К сожалению, они значительно менее эффективны в снижении вибрации в определенном целевом диапазоне частот, как в случае с авиационным двигателем. (В инженерной литературе имеется множество исследований, подтверждающих именно этот факт.)

    Одно устройство вторичного рынка, Fluidampr ™, является примером демпфера. Он содержит инерционное кольцо, окруженное жидкостью очень высокой вязкости. Вибрационная энергия рассеивается путем преобразования ее в тепло, генерируемое сдвиговым действием между инерционным кольцом, жидкостью и внешней защитной оболочкой. Опубликованные результаты испытаний, проведенных производителем и другими пользователями, показывают, что, как правило, Fluidampr ™ более эффективен при более высоких оборотах двигателя.

    Это делает Fluidampr ™ привлекательным для производителей двигателей во многих видах автогонок. Это может быть особенно полезно, когда собственная частота системы коленчатого вала была существенно изменена. Любое значительное изменение собственной частоты системы коленчатого вала может сделать исходный настроенный эластомерный амортизатор неэффективным, потому что инерционная масса и эффективная скорость кручения эластомеров были разработаны для настройки исходного амортизатора на пиковую частоту возбуждения исходной конфигурации двигателя.

    Типичные модификации двигателей, которые могут значительно изменить точку резонанса коленчатого вала при кручении, включают (a) различную жесткость коленчатого вала при кручении (более длинный или короткий ход, разные диаметры шейки подшипника и т. д.), (b) более легкие возвратно-поступательные компоненты, которые значительно уменьшили эффективную «грузовик», (c) более легкие компоненты сцепления и маховика, (d) удаление или добавление аксессуаров, приводимых в движение свободным концом коленчатого вала, и другие.

    Некоторое время назад этот продукт был запрещен к использованию на высших уровнях гонок NASCAR, как сообщается, из-за того, что длительное использование при высоких уровнях рассеивания энергии в сочетании с чрезвычайно ограниченным потоком охлаждающего воздуха препятствовало эффективному рассеиванию тепловой энергии. Сообщается, что возникающее тепло привело к перегруппировке полимеров в жидкости сдвига, что изменило базовую вязкость и позволило жидкости и кольцу массы сместиться от центра при остановке двигателя. В следующий раз, когда такой двигатель запустится, передняя часть кривошипа будет ужасно разбалансирована, и от этого момента до отказа коленчатого вала осталось совсем немного.

    Чтобы решить эту проблему, производитель разработал внутреннюю систему, которая удерживает инерционное кольцо в центральном положении. Сообщается, что переработанная система была успешно протестирована более чем одной компанией-производителем двигателей NASCAR Cup.

    При всем при этом резонно задаться вопросом: «Если это такая большая проблема, то почему я не вижу амортизаторов на носках коленчатых валов Формулы-1?» Бойкий ответ, который я получил от одного эксперта, был «Потому что они не подходят».

    Вот несколько причин, по которым они могут быть неуместны. Во-первых, максимальный крутящий момент современного двигателя Формулы-1 составляет примерно 220 фунт-фут, тогда как пиковый крутящий момент современного двигателя Cup V8 составляет примерно 520 фунт-фут. Следовательно, мгновенная сила сгорания, воздействующая на кривошип Формулы-1, вероятно, в 2,25 раза меньше, чем на кривошип Cup. Во-вторых, плечо рычага (полуходовой) коленчатого вала Формулы-1 составляет около 0,78 дюйма (19,9 мм), тогда как плечо рычага коленчатого вала с ходом 3,25 дюйма составляет 1,625 дюйма (41,3 мм). Следовательно, мгновенный вибрационный момент Формулы-1 намного меньше. В-третьих, коленчатый вал Формулы-1 намного жестче на кручение, он несколько короче и имеет около 0,89″(22 мм) перекрытия шатунной шейки по сравнению с примерно 0,300″ (7,7 мм) перекрытия на чашечном кривошипе. Таким образом, жесткость при кручении по отношению к нагрузке намного выше, и резонансная частота при кручении также намного выше.

    Тот факт, что коленчатый вал Формулы-1 работает в более широком диапазоне оборотов и делает это довольно быстро, предполагает, что коленчатый вал не проводит много времени на любой критической частоте. (Тот же аргумент о «быстром переходе» вполне можно применить к двигателям спринтерских и дрэг-каров.)

    Некоторые эксперты говорят, что более серьезной проблемой скручивания коленчатого вала в двигателе Формулы-1 является уровень возбуждения в клапанном механизме, который снижает точность движения клапана. Существуют различные способы уменьшения крутильных колебаний, передаваемых на кулачки, которые включают в себя настроенные амортизаторы в системе привода клапанного механизма в виде торсионов полых валов, имеющих соответствующую жесткость крутильных пружин, а также маятниковые амортизаторы на распределительных валах. Существуют также устройства скорости кручения, в которых используются шестерни, имеющие спиральные пружины, ориентированные по окружности, и подвижный центр (та же концепция, что и центр пружины на обычном диске сцепления).0003

    Один производитель коленчатых валов назвал торсионные амортизаторы/демпферы «большой мистификацией», основываясь на двух наблюдениях, которые он сделал из своего опыта: (1) Коленчатый вал с амортизатором, настроенным на неправильную частоту, имеет очень короткий ожидаемый срок службы, и (2) Некоторые амортизаторы/демпферы, устанавливаемые на коленчатый вал, создают большие трудности при балансировке узла.

    Очевидно, что модификации оригинальной конструкции двигателя, влияющие на жесткость коленчатого вала и/или MMOI системы (ход поршня, противовесы, масса бобышки {следовательно, масса противовеса}, MMOI сцепления и маховика и т. д.), изменят резонансную частоту системы. Чтобы определить правильное решение для конкретной комбинации двигателей, разработчик двигателя должен а) провести измерения для определения критических частот в вашем приложении и (б) спроектировать или получить поглотитель, настроенный для правильного порядка или частоты, в зависимости от обстоятельств.