Коленчатый вал двигателя
|
Технология восстановления коленвала
|
Коленчатый вал двигателя воспринимает действия расширяющихся газов при рабочем ходе поршней, передаваемые шатунами, и преобразуем их в крутяший момент. Кроме того, коленчатый вал обеспечивает движение поршней во время вспомогательных тактов и пуска двигателя.
Коленчатые валы двигателя изготовляются штамповкой из средне углеродистых легированных сталей и литьем из модифицированного магнием чугуна в зависимости от конструктивных и технологических особенностей коленчатых валов.
Устройство коленчатого вала
Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек, соединенных щеками, к которым крепятся противовесы (могут быть отлитыми как одно целое с налом) переднего конца коленчатого вала, на котором имеются посадочный поясок крепления газораспределительного зубчатого колеса и шкива.
Форма коленчатого вала определяется числом и расположением цилиндров, порядком работы и тактностъю двигателя. В большинстве случаев применяют полноопорные коленчатые валы, т.к. каждая шатунная шейка расположена между коренными. Для повышения износостойкости поверхностный слой коренных и шатунных шеек подвергают закалке на глубину 3—4 мм с нагревом ТВЧ. После термической обработки шейки валов, проводят шлифование шеек и полируют. Для повышения жесткости и надежности коленчатых валов применяют перекрытие шеек. Перед капитальным ремонтом двигателя проводят исследование дефектов коленчатого вала.
|
Ограничитель максимальной частоты вращения коленчатого вала
|
Коленчатые валы двигателя:
а — двигателя автомобиля ЗИЛ-130; б — двигателя ЯМЗ — 236; в — КамАЗ-740; 1 — передний конец вала; 2 — грязеуловитель; 3 — шатунная шейка; 4 — противовесы; 5— масло отражатель; 6 — фланец для крепления маховика; 7 — коренная шейка; 8 — щека; 9 — гайка; 10 и 15 — съемные противовесы; 11 — распрелелтельное зубчатое колесо; 12— установочный штифт; 13 — зубчатое колесо привода масляного насоса; 14 — винт: 16 — шпонка; А — величина перекрытия шеек.
Коленчатый вал двигателя
Коленчатый вал двигателя
Коленчатый вал с помощью шатунов воспринимает усилия, действующие на поршни, от давления газов в цилиндрах. Развиваемый на коленчатом валу крутящий момент передается механизмам силовой передачи автомобиля.
Рис. 1. Коленчатый вал и его элементы
Коленчатый вал (рис. 1) состоит из коренных шеек, шатунных шеек, щек, фланца, переднего конца и противовесов.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
Прочность вала обусловливается соответствующими его размерами, применяемым материалом и обработкой. В большинстве двигателей коленчатый вал изготовляют из углеродистой стали ковкой или штамповкой нагретых заготовок. После этого вал подвергают механической и термической обработке. Шейки вала для получения гладкой точной цилиндрической поверхности шлифуют и полируют, а для повышения их износостойкости подвергают поверхностной закалке т.
в. ч. После обработки проверяют правильность распределения массы вала относительно оси вращения, т. е. вал балансируют.
На двигателях некоторых марок (ЗМЗ) применяют чугунные коленчатые валы, изготовленные путем точного литья из специального высокопрочного магниевого чугуна. Процесс изготовления таких валов упрощается и удешевляется. Чугунные валы подвергаются такой же механической и термической обработке, что и стальные.
Коренными шейками вал устанавливают в подшипниках картера двигателя, а к шатунным присоединяют нижние головки шатунов. Шейки соединяются щеками. Места перехода от шеек к щекам, которые для избежания поломок вала делают закругленными, называются галтелями.
Задняя коренная шейка коленчатого вала обычно имеет маслоотражатель-ный гребень и резьбу для устранения утечки масла из картера двигателя.
На переднем конце вала закрепляют распределительную шестерню, маслоотражатель, шкив привода вентилятора и храповик для проворачивания вала пусковой рукояткой.
Расположение кривошипов вала и количество коренных шеек зависят от типа двигателя, числа и расположения цилиндров. В рядном четырехцилиндровом двигателе вал устанавливается на трех или пяти опорах, в шестицилиндровом рядном двигателе — на четырех или семи опорах. Чем больше число опор, тем выше жесткость вала и лучше условия его работы.
В V-образных двигателях каждая шатунная шейка вала используется для присоединения двух шатунов, число коренных шеек для восьмицилиндрового двигателя равно пяти, а для шестицилиндрового — четырем.
Для подачи масла к шатунным подшипникам из коренных в щеках вала высверливают каналы или заделывают трубки.
Шатунные шейки коленчатых валов обычно снабжаются грязеуловителями, которые значительно улучшают очистку масла, поступающего к шатунным подшипникам, от механических примесей, тем самым снижая износ шеек и подшипников. Грязеуловитель представляет собой камеру, высверленную (или отлитую) в шатунной шейке и закрываемую пробкой на резьбе.
Для уменьшения веса вала и центробежных сил, возникающих при его вращении, коренные и шатунные шейки вала некоторых двигателей делают полыми.
Противовесы, имеющиеся на коленчатом валу, служат для разгрузки коренных подшипников от действия моментов, создаваемых центробежными силами, возникающими на кривошипах вала при его вращении, или для уравновешивания сил инерции поступательно движущихся частей. Противовесы делают обычно как одно целое со щеками кривошипов или крепят к щекам наглухо специальными болтами.
Коленчатые валы у дизелей делают особенно прочными и жесткими, что достигается применением специальной стали для изготовления вала, увеличенными размерами шеек и щек и установкой вала на возможно большем количестве опор.
—
Коленчатый вал воспринимает усилия от шатунов, связанных с поршнями. Крутящий момент, развиваемый на коленчатом валу, передается на трансмиссию автомобиля, а также используется для привода в действие различных механизмов и деталей двигателя.
Коленчатые валы изготовляют из высокоуглеродистой стали (двигатели ЗИЛ-130, ЯМЗ-236 и др.) или из магниевого чугуна (двигатели М-21, ГАЗ-53А и др.).
Коленчатый вал имеет следующие основные части: коренные и шатунные шейки, щеки, противовесы, передний конец и задний конец (хвостовик) с маслоотражателем и фланцем для крепления маховика.
Шатунные шейки служат для соединения коленчатого вала с шатунами.
Коренными шейками вал укладывается 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 (двухтактный или четырехтактный рабочий процесс).
Шатунные шейки коленчатого вала располагаются в такой последовательности, чтобы одноименные такты (например, такты расширения) в разных цилиндрах двигателя происходили через равные промежутки времени и силы инерции, возникающие в цилиндрах, взаимно уравновешивались. Если расположение колен коленчатого вала не обеспечивает взаимного уравновешивания сил инерции и создаваемых ими моментов, то такие двигатели оборудуются противовесами или специальными уравновешивающими механизмами.
При одном и том же числе шатунных шеек число коренных шеек может быть различным. Шестицилиндровые рядные двигатели имеют коленчатые валы с четырьмя коренными шейками (двигатель ГАЗ-51А) или с семью коренными шейками (двигатель ЗИЛ-164А и др.).
Обычно в однорядных двигателях оси цилиндров лежат в одной плоскости с осью коленчатого вала. Кривошипно-шатуниый механизм такого двигателя называют аксиальным. Если ось коленчатого вала смещена относительно плоскости, в которой расположены оси цилиндров, то кривошипно-шатунный механизм такого двигателя называется дезаксиальным.
Так, в двигателе ГАЗ-51А коленчатый вал смещен на 3 мм в правую сторону по ходу автомобиля. При смещении оси коленчатого вала повышается долговечность цилиндров, но одновременно несколько усложняется конструкция и технология изготовления двигателя.
Рис. 1. Коленчатые валы
а — двигателя ЗИЛ-130; б — дизеля ЯМЗ-236: 1 — передний конец вала; г — грязеуловительная полость в шатунной шейке; я — шатунная шейка; 4 — противовесы; 5 — маслоотражатель; 6 — фланец для крепления маховика; 7 — коренная шейка; 8 — щека; 9 — передний противовес; 10 — гайка; 11 — распределительная шестерня
В процессе работы двигателя шейки коленчатого вала истираются. Для повышения износостойкости шатунных и коренных шеек их закаливают т. в. ч. (токами высокой частоты), 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 коленчатых валов применяют перекрытие шеек, характеризуемое величиной А.
От коренных шеек к шатунным просверлены каналы для прохода масла. Если коренные шейки вала имеют полости, то в местах перехода устанавливают трубки, по которым поступает масло к шатунным шейкам. Чтобы трубки не смещались, их изгибают.
Коленчатый вал дизеля ЯМЗ-236 имеет три шатунные шейки, расположенные под углом 120°, и четыре коренные. На коленчатом валу установлено семь противовесов; из них шесть привернуты винтами к щекам, а передний противовес напрессован на вал и полукруглую шпонку. Гайка, навернутая на передний конец коленчатого вала, предохраняет от смещения распределительную шестерню, передний противовес и маслоотражатель. Восьмой противовес в виде прилива отлит вместе с маховиком. Установка на коленчатом валу, кроме основных противовесов, двух выносных улучшает уравновешивание моментов от сил инерции, возникающих при работе двигателя, так как чередование одноименных тактов при порядке работы 1—4—2—5—3—6 следует не равномерно, а через 90 и 150° (по углу поворота коленчатого вала).
Коленчатые валы двигателей М-21, ГАЗ-53А, ЗИЛ-130 и др. имеют гря-зеуловительные полости в шатунных шейках. При вращении коленчатого вала цмеющиеся в масле механические примеси под действием силы инерции отбрасываются от оси вращения, и очищенное масло через отверстие поступает к шатунной шейке. Сквозные грязе-уловительные полости заглушены с обеих сторон пробками, глухие полости — с одной стороны.
Противовесы отлиты как одно целое с коленчатым валом.
В качестве коренных подшипников для коленчатого вала применяются стальные взаимозаменяемые вкладыши, залитые антифрикционным сплавом. На стальную ленту с медно-никелевым подслоем наносится баббит СОС-6-6 (двигатели ГАЗ-53А и ЗИЛ-130).
Вкладыши коренных подшипников дизелей делают биметаллическими; они представляют собой стальную ленту, залитую слоем свинцовистой бронзы.
На рабочей поверхности вкладышей имеются маслораспределительные канавки. Отверстие в верхнем вкладыше служит для прохода масла из блока цилиндров к коренной шейке коленчатого вала.
Во вкладышах заднего коренного подшипника сделаны дополнительные канавки; при этом в канавке нижнего вкладыша есть сквозное отверстие, соединяющееся с отверстием в крышке подшипника. Лишнее масло, попавшее в дополнительную канавку заднего коренного подшипника, по этим отверстиям стекает в картер.
От осевого смещения и проворачивания в своих гнездах вкладыши коренных подшипников, так же как и шатунных, удерживаются отштампованными на вкладышах усиками.
Во время работы двигателя коленчатый вал может перемещаться вдоль оси вследствие работы сцепления, наличия распределительных шестерен с косыми зубьями и температурных изменений. Поэтому один из коренных подшипников коленчатого вала делают упорным, воспринимающим осевые нагрузки и удерживающим вал от смещения.
В двигателях ГАЗ упорным является передний коренной подшипник.
На рис. 3 показан упорный подшипник коленчатого вала двигателя М-21. Чтобы удержать коленчатый вал от осевого сдвига, с обеих сторон первого коренного подшипника установлены неподвижные стальные шайбы , залитые баббитом.
Передняя шайба удерживается от вращения штифтами, один из которых запрессован в блок цилиндров, а другой — в крышку коренного подшипника. Задняя шайба имеет прямоугольный выступ, входящий в паз крышки. Шайба плоскостью, залитой баббитом, 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. Коленчатый вал двигателя М-21 с грязеуловителями:
1 — трубка; 2 — полость в коренной шейке; 3 — пробка; 41— шатунная шейка; 5 — грязеуловительная полость; 6 — отверстие для прохода масла к шатунной шейке; 7 — коренная шейка; 8 — протизовес
Рис. 3. Упорный подшипник и уплотнение переднего конца коленчатого вала двигателя М-21:
1 — самоподшимной релиновый сальник; 2 — ступица шкива привода вентилятора; 3 — храповик; 4 — коленчатый вал; 5 и 17 — маслоотражатели; в — крышка распределительных шестерен; 7 — шкив привода вентилятора; 8 и 15 — штифты; 9 — блок цилиндров; 10 и 13 — неподвижные шайбы; 11 — упорная вращающаяся шайба; 12 — шпонка; 14 — крышка коренного подшипника; 16 — распределительная шестерня
Рис.
4. Уплотнение заднего конца коленчатого вала двигателя М-21:
1 — крышка коренного подшипника; 2 —- коленчатый вал; 3 — блок цилиндров; 4 — мас-лосбрасывающий гребень; 5 — болт крепления маховика; 6 — обойма сальника; 7 — шарикоподшипник валика муфты сцепления; 8 — фланец; 9 — сальник; 10 — болт крепления обоймы сальника; 11 — маховик
Рис. 5. Передний конец коленчатого вала дизеля ЯМЭ-236:
1 — передний противовес; 2 и 12 — шпонки; з — крышка распределительных шестерен; 4 и 9 — маслоотражатели; 5 — гайка крепления маслоотражателя; в — шкив; 7 — болт крепления шкива; 8 — самоподжимной сальник; 10 — распределительная шестерня; 11 — коленчатый вал
На переднем конце коленчатого вала, кроме шестерни, устанавливаются маслоотражатель, ступица шкива привода вентилятора и генератора. В торец коленчатого вала ввернут храповик в виде болта, служащий для пуска двигателя при помощи пусковой рукоятки. Одновременно храповик удерживает от смещения детали, находящиеся на переднем конце вала.
Передний конец коленчатого вала уплотняется самоподжимным резиновым сальником, установленным в крышке 6 распределительных шестерен, и маслоотражателем. Масло, стекающее по внутренней стороне крышки распределительных шестерен, не может попасть на сальник, так как он защищен специальным корпусом с отогнутыми краями. Стальная ступица шкива сидит на коленчатом валу на шпонке и вращается с ним как одно целое. Маслоотражатель, расположенный на ступице, предотвращает попадание масла на шкив.
Задний конец коленчатого вала уплотнен сальником и масло-сбрасывающим гребнем. Сальник представляет собой асбестовый шнур, пропитанный графитом и расположенный в обойме, состоящей из двух половин. Верхняя обойма сальника привертывается болтами к задней стенке блока цилиндров, а нижняя — к крышке коренного подшипника.
В задний торец коленчатого вала запрессован шарикоподшипник вала сцепления. Фланец, отштампованный как одно целое с коленчатым валом, служит для крепления болтами маховика.
На рис. 5 изображен передний конец коленчатого вала дизеля ЯМЗ-236. Спереди на коленчатый вал напрессованы распределительная шестерня и передний противовес и установлен маслоотражатель, прижатый к противовесу гайкой. От проворачивания шестерня и противовес удерживаются шпонками. Передний конец коленчатого вала уплотнен самоподжимным сальником и маслоотражателем, которые запрессованы в крышку. В торец вала ввернут болт, удерживающий от смещения шкив, напрессованный на коленчатый вал.
Задний конец коленчатого вала дизеля ЯМЗ-236 уплотнен самоподжимным сальником и маслоотражателем, запрессованными в картер маховика. Маслоотражатель, напрессованный на упорный бурт, улучшает уплотнение коленчатого вала.
От осевого смещения коленчатый вал удерживается двумя парами упорных полуколец, изготовленных из бронзы или стали. Верхние полукольца крепятся к торцам блока цилиндров, а нижние имеют выступы для фиксации их в крышке заднего коренного подшипника.
Коленчатый вал дизеля ЯМЭ-236 не имеет специального фланца для крепления маховика.
Рис. 6. Задний конец коленчатого вала дизеля ЯМЭ-236:
1 — упорные полукольца; 2 и 7 — маслоотражатели; 3 — болт крепления губчатого венца; 4 — зубчатый венец; 5 — картер маховика; 6 — маховик; 7 — самоподжимной сальник; 9 — штифт; 10 — болт крепления маховика; 11 — замковые шайбы; 12 — коленчатый вал; 13 — упорный бурт; 14 — крышка заднего коренного подшипника
Руководство по коленчатому валу для двигателей оборудования
Руководство по коленчатому валу двигателей оборудования
ИЗИПАРТ Администратор 30 сентября 2021 г. Нет комментариев
Коленчатый вал — подвижная часть двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Его основная функция заключается в преобразовании линейного движения поршня во вращательное движение. Поршни соединены с коленчатым валом через шатуны. Коленчатый вал установлен внутри блока цилиндров.
Изображение: Кривошипный механизм двигателя (источник: Rheinmetall)
- Поршни
- Соединительные стержни
- Маховик
- Коленчатый вал
Поршни, шатуны и коленчатый вал вместе образуют кривошипно-шатунный механизм .
Второстепенной функцией коленчатого вала является передача мощности другим системам двигателя:
- фазы газораспределения
- масляный насос
- насос охлаждения (водяной)
- компрессор кондиционера
- генератор переменного тока и др.
Изображение: Коленчатый вал ДВС с коваными противовесами
Коленчатый вал устанавливается в блок двигателя через коренные шейки. Шатуны закреплены на шатунных шейках коленчатого вала. На противоположных сторонах шатунных шеек 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 — шестерня газораспределения.
Изображение: Описание коленчатого вала двигателя (источник: Rheinmetall)
- Сторона управления или приводная сторона
- Противовесы
- Коренная шейка подшипника
- Шатунная шейка
- Сторона маховика/передача усилия
- Масляное отверстие
Количество коренных и шатунных шеек зависит от количества цилиндров и типа двигателя (V-образный, прямой и т.
д.). Как на коренных, так и на шатунных шейках коленчатого вала имеются смазочные отверстия (масляное отверстие), через которые проходит масло при работающем двигателе.
Изображение: Коленчатый вал ДВС с противовесами на болтах
Крутящий момент двигателя не является постоянным, поскольку он создается только тогда, когда каждый поршень находится в цикле расширения. Благодаря этому на коленчатый вал насаживается маховик для сглаживания крутящего момента двигателя и снижения вибраций.
На V-образных двигателях на одних шатунных шейках устанавливаются два шатуна. Благодаря такому расположению V-образный двигатель при том же числе цилиндров более компактен, чем рядный двигатель. Длина двигателя V6 короче длины рядного 6-цилиндрового двигателя (L6).
Изображение: Анимация кривошипно-шатунного механизма ДВС
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 соприкасается с креплениями блока цилиндров.
Производятся два типа коленчатых валов: литой и кованый . Противовесы также могут быть прикованы непосредственно к коленчатому валу или прикручены болтами (закреплены болтами с резьбой).
Все поршни двигателя внутреннего сгорания передают свои усилия на коленчатый вал. С механической точки зрения коленчатый вал должен выдерживать высокие крутящие усилия, изгибающие усилия, давление и вибрации.
IZIPART предлагает коленчатые валы, поршни, маховики и другие компоненты для таких брендов, как Perkins, DAF, John Deere, CAT, Volvo, Mitsubishi, Cummins, Doosan и других.
Если у вас есть какие-либо вопросы или замечания относительно этого руководства, пожалуйста, используйте форму комментариев ниже.
Источник: https://x-engineer.org/automotive-engineering/internal-combustion-engines/ice-components-systems/crankshaft/
Tags:
ЧТО Технические статьи и описания продуктов Основы машиностроения Поршень Справочные материалы 901 43 EPIСправочник Библиотека EPI Руководства и Публикации Некоторые Интересные Ссылки Дополнительные продукты Материалы
Журнал Race Engine Technology ВВЕДЕНИЕ в Race Engine Technology ПОДПИСАТЬСЯ
| Последнее обновление: 03 июля 2014 г. ПРИМЕЧАНИЕ. Все наши продукты, разработки и услуги являются УСТОЙЧИВЫМИ, ОРГАНИЧЕСКИМИ, БЕЗГЛЮТЕНОВЫМИ, НЕ СОДЕРЖАТ ГМО и не будут расстраивать чьи-либо драгоценные ЧУВСТВА или деликатные ЧУВСТВАНа предыдущей странице этого раздела рассматривался вопрос 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 детали. 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. Следует понимать, что резонансная частота системы коленчатого вала отличается от резонансных частот, встречающихся в системе PSRU. Торсионная резонансная частота системы коленчатого вала зависит от:
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. Вот несколько определений (более подробно обсуждаемых ЗДЕСЬ), которые будут полезны для обсуждения.
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. Многие двигатели, включая практически все V8, V6 и рядные 6-цилиндровые двигатели, используют устройство на свободном конце коленчатого вала для ослабления амплитуды того, что в противном случае могло бы стать разрушительными крутильными колебаниями кривошипа. Без соответствующего амортизатора ожидаемый срок службы коленчатого вала в типичном американском двигателе V8 на полной мощности обычно измеряется минутами. Многие автомобильные 4-цилиндровые двигатели не требуют такого амортизатора, прежде всего из-за 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. 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. Рисунок 1 Существует продукт вторичного рынка ( 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. Учитывая, что маятниковые противовесы авиационного типа, показанные выше, весят несколько фунтов, нельзя не задаться вопросом, насколько эффективным может быть устройство грохочущего 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. Это делает Fluidampr ™ привлекательным для производителей двигателей во многих видах автогонок. Это может быть особенно ценно, 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. 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. 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. 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. Один производитель коленчатых валов назвал торсионные амортизаторы/демпферы «большой мистификацией», основываясь на двух наблюдениях, которые он сделал на своем опыте: (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. |
41414141000000.
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.
Есть известные фильмы, показывающие обрушение мостов именно из-за этого явления.
(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.).
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.
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.
Опубликованные результаты испытаний, проведенных производителем и другими пользователями, показывают, что, как правило, Fluidampr ™ становится все более эффективным при более высоких оборотах двигателя.
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.
Сообщается, что переработанная система была успешно протестирована более чем одной компанией-производителем двигателей NASCAR Cup.
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.
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).0008