Коленчатый вал

Коленчатый вал при помощи шатунов преобразует в двигателе возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение. Образующийся при этом вращающий момент передается на маховик двигателя.

Различают литые и кованые коленчатые валы, коленчатые валы со встроенными или привинченными противовесами.

Из-за больших нагрузок в коммерческих автомобилях рекомендуется использовать исключительно только кованые коленчатые валы.

Конструкция коленвала:

1) Носик коленчатого вала, посадочное место звездочки (шестерни)

2) Противовесы

3) Коренная шейка

4) Шатунная шейка

5) Хвостовик, фланец маховика

6) Отверстие для подачи масла

 

Конструктивные особенности коленчатых валов:

«Обычный» коленвал:

Пример, рядный двигатель MB OM611 4 цилиндра

Противовесы прикручены:

Пример, рядный двигатель MB OM335 6 цилиндров

Смещенные шатунные шейки:

Пример, V-образный двигатель MB OM501 6 цилиндров

Перекрученные шатунные шейки – TWISTED:

Исполнение «TWISTED»: чтобы обеспечить разные углы поворота коленчатого вала у шатунных шеек, после ковки коленчатый вал еще раз нагревается и перекручивается в местах нахождения коренных подшипников.

Пример, рядный двигатель MB OM906 6 цилиндров

Два шатуна на одну шатунную шейку:

Пример, V-образный двигатель MB OM422 8 цилиндров

Коленчатые валы

Коленчатый вал через шатуну воспринимает давление газов возникающее в надпоршневой полости цилиндров, и нагружается силами инерции от неуравновешенных масс механизма, совершаю­щих возвратно-поступательное и вращательное движение. Под действием резко изменяющихся по величине и направлению газо­вых сил и сил инерции коленчатый вал вращается с переменной угловой скоростью, вследствие чего испытывает упругие колебания, подвергается скручиванию, изгибу, сжатию или растяжению.

Сложные условия работы вала вызывают повышенный износ его шеек, деформацию отдельных элементов конструкции и явления усталости материала, порождают крутильные и осевые его колебания. Поэтому конструкция коленчатого вала должна обладать достаточной прочностью, жесткостью и износостойкостью при сравнительно небольшом весе.

Общий вид и элементы конструкции типичного вала автомо­бильного поршневого двигателя показаны на рис. 1, а и б. Колен­чатые валы двигателей автомобильного и тракторного типов изго­товляют методом ковки или литья из среднеуглеродистых сталей марок 45, 45А, 45Г2, 50Г; легированных сталей 45ХН, 40ХНМА, 18ХНВА или из высококачественных чугунов (магниевого, никель-молибденового и др.), обладающих повышенной прочностью.

 

Рис. 1. Общий вид и элементы конструкции коленчатого вала V-образного 8-цилиндрового двигателя ЗИЛ-130:

I, II, III, IV – шатунные шейки

 

Основными элементами коленчатых валов являются: коренные и шатунные шейки, щеки, хвостовик и носок. К обязательным элементам некоторых конструкций автомобильных и других ана­логичных валов относятся также противовесы. Представленный на рис. 1 вал двигателя ЗИЛ-130 и в этом отношении является типичным.

Коренные шейки 12 служат валу опорами, на которых он укла­дывается и вращается в соответствующих опорных (коренных) подшипниках двигателя.

Шатунные шейки 11 служат для шарнирного соединения вала с нижними головками шатунов. Шатунные шейки и устанавливае­мые на них головки шатунов называют иногда кривошипными. Масло к ним подается по сверлениям 5 от шеек 12.

Щеки 13 объединяют в один узел шатунные и коренные шейки. Две щеки, примыкающие к смежным коренным шейкам вместе с одной или несколькими шатунными шейками, образуют криво­шипы (колена) вала.

Хвостовиком называют заднюю часть 6 вала, которая в автомо­бильных двигателях обычно заканчивается фланцем 7, снабженным отверстиями 4 для крепления маховика. В торце хвостовика раста­чивают гнездо 8 под опорный подшипник первичного вала коробки перемены передач, а на цилиндрической его поверхности размещают маслоотражательный буртик 10 и маслоотгонную нарезку (спи­ральную канавку) 9 или же делают гладкую шейку под уплотнительный сальник.

Носком называют переднюю часть 14 вала, на которой устанав­ливаются: шестерня привода газораспределения, маслоотражатель и шкив вентилятора, а в резьбовое отверстие 15 с торца — храпо­вик, необходимый для проворачивания коленчатого вала при пуске двигателя вручную. Если ручной пуск не предусмотрен, то вместо храповика ставится болт, обеспечивающий только крепление дета­лей на носке вала. В канавку 16 закладывается шпонка, фиксирую­щая в строго заданном положении шестерню привода газораспре­деления и удерживающая от проворачивания на носке другие детали.

Противовесы 1 устанавливаются на щеках 13 со стороны, про­тивоположной кривошипу, и служат в многооборотных двигателях для полной или частичной разгрузки коренных опор от местных центробежных сил. В ряде случаев они необходимы для уравнове­шивания двигателей.

Коленчатые валы многоцилиндровых двигателей представляют собой сложную пространственную конструкцию, форма которой во многом предопределяется числом коренных опор, принятым для данного двигателя. В этой связи коленчатые валы разделяют на пол­ноопорные и неполноопорные.

 

Рис. 2. Неполноопорный коленчатый вал рядного 6-цилиндрового двигателя ГАЗ:

1 — фланец крепления маховика; 2 — противовесы: 3 — коренные шейки; 4 — шатунные шейки; 5 — но­сок вала

 

У полноопорных валов между двумя смежными коренными опо­рами размещается только одна шатунная шейка, т. е. число корен­ных шеек всегда у них на одну больше числа шатунных шеек (см. рис. 1). Такие валы применяются в дизелях, карбюраторных V-образных и других двигателях, работающих с большими нагрузками на подшипниках.

Неполноопорные ко­ленчатые валы имеют по две и более шатунных шейки между двумя смежными коренными опорами. Они компакт­нее (короче) полноопор­ных, несколько легче их и менее трудоемки. Но из-за сравнительно боль­шого пролета между коренными опорами такие коленчатые валы не обладают достаточной жесткостью. Для неполноопорных авто­мобильных валов типичной является конструкция вала рядного шестицилиндрового двигателя ГАЗ-51, показанная на рис. 2. Массивные противовесы служат здесь для разгрузки коренных опор от местных центробежных сил.

Коленчатые валы автомобильных и тракторных двигателей подвергаются обязательной статической и динамической баланси­ровке в сборе с маховиком и фрикционной муфтой сцепления. Без этого трудно и практически вообще невозможно обеспечить спокой­ный ход двигателя из-за повышенной его вибрации.

 

Рис. 3. Кривошипы коленчатых валов:

а) литого   вала   двигателя   ЗМЗ-21: б)   кованого вала двигателя МЗМА-408; в)   кованого вала двигателя В-2; 1 — грязеуловитель; 2 — заглушка; 3 — коренная шейка: 4 — каналы подвода масла к поверхности шатунной шейки

 

Для увеличения износостойкости шеек вала наружные поверх­ности их закаливают токами высокой частоты на глубину 3—5 мм до твердости HRC 50—60 и тщательно обрабатывают (шлифуют и полируют), придавая им по возможности строго цилиндрическую форму (овальность и конусность шеек вала в автомобильных двига­телях не должна превышать 0,01 мм). Толщину закаленного слоя выбирают с учетом уменьшения диаметра шеек от перешлифовок при ремонтах двигателя.

Шейки вала с целью уменьшения его веса часто выполняются полыми, что легко достигается при отливке валов.

На рис. 3 показан один из кривошипов литого вала двигателя ЗМЗ-21, у которого полости в шейках получают в процессе отливки.

В этом случае масло подается от коренных к шатунным шейкам с помощью трубочек, которые запрессовывают в отверстия, просвер­ленные через стенки полости коренных шеек. Для фиксации трубо­чек в нужном положении их слегка изгибают, как показано на рис. 3, а. Полости 1 в шатунных шейках, закрытые с двух сторон резьбовыми пробками, образуют грязеуловители. Однако отверстия 4 для подачи масла к шатунным подшипникам при таком соосном с шейкой расположении полости должны быть просверлены на уров­не оси шейки или несколько ниже ее и перпендикулярно к плоскости кривошипа (см. рис. 3, а). Тогда взвешенные в масле твердые тя­желые частицы, включая продукты износа, отбрасываемые центробеж­ной силой к наиболее удаленным от оси вращения стенкам полости, не попадают в шатунные подшип­ники (схема улавливания и накоп­ления тяжелых частичек показана на рис. 3, а).

Дополнительная центробежная очистка масла в грязеуловителях шатунных шеек получила широ­кое распространение. Шатунные шейки кованых валов с этой целью специально рассверливают. Полу­чаемые таким образом грязеулови­тели изображены на рис. 1, а, б и рис. 3, б, б, где показаны криво­шипы карбюраторных двигателей V-образного ЗИЛ-130, рядного МЗМА-408 и V-образного дизеля В-2. У последнего масло подводит­ся к подшипнику главного шатуна через медную трубочку 4, погру­женную заборным концом непосред­ственно в грязеулавливающую по­лость. На каждой шатунной шейке двигателя ЗИЛ-130 размещаются по два шатуна, поэтому и грязеулавливающие полости 3, закрываемые резьбовыми пробками 2 (см. рис. 1, а), высверлены здесь с двух сторон кривошипа. При нали­чии на шейке одного шатуна достаточно одной полости, выпол­ненной по схеме рис. 3, б.

Размеры (диаметр и длину) шеек вала выбирают с учетом ранее выполненных конструкций, а затем уточняют их поверочным расчетом. Шатунные шейки у каждого вала, как правило, имеют одинаковый размер, а коренные часто различаются своей длиной. Наибольшую длину обычно имеют крайние шейки, особенно задняя шейка, примыкающая к хвостовику вала, несущая дополнительную нагрузку от маховика и сцепления. Так, длина задней шейки коленчатого вала ЗИЛ-130 составляет 45 мм против 31 мм у дру­гих его коренных шеек, а в двигателе ЗМЗ-66 все коренные шейки выполнены одинаковой длины. Это позволяет применять взаимоза­меняемые вкладыши для всех его коренных подшипников, что эко­номически более оправдано.

 

Рис. 4. Конструкции щек коленчатого вала и крепление к ним проти­вовесов

 

Наряду с крайними шейками в ряде конструкций удлиняют средние коренные опоры, если это требуется по условиям компонов­ки двигателя, но в целом длину коренных шеек вала стремятся уменьшить. Чем короче шейки и меньше общая длина вала, тем большую жесткость приобретает его конструкция. Жесткость вала повышается также за счет «перекрытия» шеек. Это особенно резко проявляется в современных короткоходных автомобильных двига­телях, у которых сумма радиусов r_к + r_ш коренной и шатунной шеек всегда бывает больше радиуса г кривошипа (см. рис. 4, б).

Для повышения общей прочности вала сопряжение его щек с шейками выполняют с плавными переходами (см. рис. 4, б) — галтелями. Радиусы галтелей рекомендуется выбирать в пределах 0,06÷0,1 от диаметра шеек. Благодаря галтелям заметно умень­шаются местные напряжения в зоне сопряжения щек с шейками. Но так как развитые галтели уменьшают активную длину шеек (их цилиндрическую часть, находящуюся под вкладышами), то целе­сообразно галтели делать двойными: от шейки к технологическому пояску с радиусом r₁ (основная доля радиусного перехода) и далее к телу щеки с радиусом r₂, как показано на рис. 4, б.

Небольшой технологический поясок в зоне сопряжения щек с шейками является обязательным элементом конструкции вала. При обработке вала он предохраняет шлифовальный круг от воз­можного опасного удара щеки.

Щекам придают овальную, круглую или призматическую (пря­моугольную) формы. Призматические щеки наиболее простые, но по условиям прочности они получаются сравнительно толстыми, что несколько переутяжеляет вал и увеличивает его габариты. В автомобильных двигателях старых моделей, где находили приме­нение валы с призматическими щеками, последние выполнялись с округлыми кромками и углами (см. рис. 4, а). Это позволяло снижать общий вес вала. Следует отметить, что с целью уменьшения веса вала малонагруженные части щек (кромки со стороны противо­положной сопряжению с шейками вала) при любой их форме сре­зают, как показано на рис. 4, а—д.

Круглые щеки (см. рис. 4, в) удобны для механической обработ­ки и обладают достаточной прочностью при относительно малой толщине. С круглыми щеками изготовляется- коленчатый вал V-образного 12-цилиндрового дизеля В-2. Круглые щеки можно использовать также непосредственно в качестве коренных опор в двигателях, вал которых вращается на подшипниках качения. В этих случаях чаще всего применяют разборные коленчатые валы, снабжаемые шариковыми или роликовыми подшипниками. Эле­менты конструкции кривошипа разборного вала на роликовых подшипниках показаны на рис. 4, е.

Овальные щеки (см. рис. 4, б) по своей прочности мало чем уступают круглым щекам, но при такой их форме удается лучше использовать металл и обеспечивать плавные переходы между отдельными элементами конструкции вала (см. рис. 4, б). Благо­даря этому овальные щеки широко применяются в автомобильных и тракторных быстроходных двигателях.

В зависимости от конструкции вала различают короткие и длин­ные щеки. Сочетание коротких и длинных щек применяют для неполноопорных валов, причем в рядных 6-цилиндровых двигателях используются гнутые длинные щеки (см. рис. 2). Щеки коленчатых валов автомобильных и тракторных двигателей часто отковываются или отливаются заодно целое с противовесами (см. рис. 1 и 2).

Противовесы, выполненные отдельно от щек, крепят к ним на шпильках или болтах, как показано на рис. 4, г, д. Гайки шпи­лек и болты тщательно при этом блокируются от возможного ослаб­ления затяжки. Иногда их прихватывают электросваркой. Толщину противовесов выбирают такой, чтобы при ремонте двигателя послед­ние не затрудняли перешлифовку шеек вала.

В качестве подшипников коренных опор в автомобильных дви­гателях обычно применяют тонкостенные биметаллические или триметаллические вкладыши.

Конструкция, их технология изго­товления и фиксация в опорах аналогичны конструкции с вклады­шами шатунных подшипников. От последних они отличаются только большей толщиной стальной ленты, из которой их штампуют. Общий вид вкладышей коренных опор (подшипников) показан на рис. 12 (позиция 12). Для большинства отечественных автомо­бильных двигателей применяют вкладыши коренных подшипников с общей толщиной 2,25 мм. Двигатели автомобилей ГАЗ-53А, ГАЗ-66 и ЗИЛ-130 снабжаются триметаллическими вкладышами коренных подшипников.

Коленчатые валы строго фиксируют от осевого смещения в корен­ных опорах, которое в автомобильных двигателях допускается в пределах всего 0,2 мм. При большей величине смещения возникает опасность нежелательного нарушения взаиморасположения деталей кривошипно-шатунного механизма. Как правило, осевая фиксация осуществляется только у одной из коренных опор с тем, чтобы при тепловом расширении сохранялась возможность перемещения как самого вала, так и элементов остова двигателя. Для фиксации используют либо крайние опоры (задняя — в двигателе ЯМЗ-236; у носка вала — во всех двигателях ЗМЗ и ЗИЛ-130), либо средняя опора (двигатель МЗМА-408). При косозубом шестеренчатом или цепном приводе кулачкового вала газораспределения для фик­сации вала рекомендуется использовать переднюю коренную опору.

Коленчатые валы автомобильных и тракторных двигателей на выходе из картера должны надежно уплотняться в гнездах. При недостаточном уплотнении хвостовика и носка вала возможна как утечка масла из поддона, так и проникновение дорожной пыли в картерную полость двигателя. Утечка масла не только повышает его расход, но и может вызвать аварию из-за «задиров» или выплав­ления подшипников вследствие их перегрева. Не менее опасно и проникновение дорожной пыли, вызывающей повышенный износ трущихся деталей кривошипно-шатунного механизма.

Коленчатый вал уплотняется с помощью различных сальников, а также масло- и пылеотражающих устройств. Уплотнение носка вала особенно сложное.

С внешней стороны отверстие в крышке, через которое прохо­дит носок вала, защищено штампованным пылеотражателем, напрессованным на ступиц и вращающимся вместе со шкивом привода вентилятора. Пылеотражатель препятствует проник­новению к сальнику и в картер дорожной пыли.

Конструкция коленчатого вала и его форма выбираются так, чтобы вне зависимости от тактности двигателя обе­спечивалось равномерное че­редование рабочих ходов при любом принятом числе и рас­положении цилиндров, а так­же достигалось более полное уравновешивание двигателя.

С этой целью колена ва­ла, равноотстоящие от его середины (от оси симметрии), располагают в одной плоско­сти. В четырехтактных одно­рядных двигателях эти ко­лена бывают повернуты в од­ну сторону, т. е. имеют зеркальное расположение.

Чередование рабочих ходов в цилиндрах называют порядком работы двигателя. Для принятого взаиморасположения шатунных шеек вала или угла сдвига его колен существуют несколько поряд­ков работы, но используют тот из них, который обеспечивает более равномерное распределение нагрузки по длине вала. Последова­тельно работающие цилиндры двигателя должны отстоять друг от друга как можно дальше.

Коленчатые валы поршневых двигателей испытывают перемен­ные скручивающие нагрузки, под воздействием которых в них возникают упругие угловые колебания. Сущность таких колебаний можно понять на примере любого упругого стержня, неподвижно закрепленного с одной стороны и несущего массу на другой. Если свободный конец рассматриваемого стержня закрутить на некото­рый угол и отпустить, то под действием упругости и инерционной массы он будет совершать угловые колебания с определенной часто­той (периодом). Стоит только к такому колеблющемуся стержню приложить внешнюю силу, периодически действующую с такой же частотой, как возникает явление резонанса (ритмичное раскачива­ние), вызывающее непрерывное увеличение амплитуды углового колебания стержня и в конечном итоге разрушение его.

Аналогично этому раскачивается и коленчатый вал, к криво­шипам которого прикладываются внешние силы, действующие периодически с частотой, зависящей от числа оборотов вала, тактности двигателя и числа цилиндров. При совпадении периода действия на вал какой-либо гармонической составляющей этих сил с периодом собственных его колебаний наступает явление резонанса.

Число оборотов, соответствующее возникновению резонансных колебаний, называют критическим.

При разработке конструкции коленчатого вала стремятся к тому, чтобы критическое для него число оборотов, соответствующее наи­более опасному резонансу, имело как можно большую величину и не попадало в диапазон рабочих чисел оборотов коленчатого вала. С этой целью коленчатым валам придают возможно большую жест­кость. Из теории колебаний известно, что чем больше жесткость вала при данных моментах инерции масс, колеблющихся вместе с валом, тем выше частота собственных колебаний вала данной системы и тем выше критическое число его оборотов. В результате этого в диапазоне рабочих чисел оборотов вала резонируют гар­моники более высоких порядков. Так как амплитуды этих гармоник уменьшаются с повышением их порядка примерно по экспоненте, то резонанс их тем менее опасен для прочности вала, чем выше порядок гармоники.

Если при расчете вала на крутильные колебания резонанс гар­моники какого-либо порядка, наступающий в рабочей зоне чисел оборотов вала, окажется опасным для прочности вала, то изменяют динамическую систему путем изменения жесткости вала. Если кон­структивно это невыполнимо, то ставят гаситель колебаний, настро­енный на гашение колебаний данной формы, определяющейся их частотой.

Принцип действия гасителей крутильных колебаний основан на частичном поглощении энергии (возникающего крутильного колебания коленчатого вала), затрачиваемой на работу трения ^в гасителе. Гасители устанавливаются на носке вала или в непосредственной его близости, где угловые колебания имеют макси­мальную величину.

В автомобильных двигателях применяют гасители фрикционные (сухого трения), внутреннего трения (резиновые) и жидкостного трения. Наиболее простыми и распространенными являются гаси­тели внутреннего трения — демпферы (рис. 5).

 

 

Рис. 5. Гаситель крутиль­ных колебаний внутренне­го     трения     двигателя ЗИЛ-114

 

Массивный диск (маховичок) 1 привулканизирован здесь слоем резины 2 к штампованному фа­сонному фланцу 3, который жестко кре­пится к ступице шкива привода венти­лятора. Крутильные колебания колен­чатого вала вызывают колебательное движение маховичка 1 относительно но­ска вала. Вследствие этого в слоях ре­зины возникает внутреннее трение, пог­лощающее часть энергии крутильных колебаний вала. Эта энергия превра­щается в тепло и рассеивается в атмо­сферу. Резиновые гасители изменяют амплитуду угловых колебаний вала двигателя, что способствует уменьше­нию возникающих в нем напряжений. Они достаточно эффективны, просты по устройству и надежны в работе.

В настоящее время применяют гаси­тели жидкостного трения, в которых используют силиконовую жидкость, об­ладающую большой вязкостью и мало зависящую от температуры. В замкну­тое кольцевое пространство силиконо­вого гасителя помещают свободную сейсмическую массу в виде кольца, а в кольцевую полость заливают силико­новую жидкость, в которой должна ко­лебаться сейсмическая масса. Трение, возникающее между вязкой жидкостью и этой подвижной массой, используется для гашения (ослабления)   крутильных колебаний вала.

Необходимость применения демпферов для коленчатых валов обычно возникает в рядных 6 и особенно 8-цилипдровых двигате­лях, имеющих сравнительно большую длину вала.

 

 

Источник: Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Двигатели внутреннего сгорания, 1971 г. 

---

Newer news items:

Older news items:

---

Коленчатый вал двигателя

Коленчатый вал двигателя самый дорогой и ответственный элемент. В двигателе внутреннего сгорания он способен преобразовывать возвратно-поступательные движения поршня в крутящий момент. На него воздействуют переменные нагрузки, возникающие от давления сгорающих газов. Также на него воздействуют инерционные силы, возникающие от постоянно вращающихся масс.

Внешне коленчатый вал представляет собой конструктивный элемент, изготовленный из стали методом ковки или литья. Турбированные и дизельные двигатели имеют более прочные коленчатые валы.

Конструкция коленчатого вала

В конструкцию вала входят несколько шатунных и коренных реек, которые соединены щеками. Число коренных шеек на одну больше, чем шатунных и их диаметр несколько больше. В противоположном от шатунной рейки месте – устанавливается противовес. Он предназначен для уравновешивания и делает работу двигателя плавной.

Шатунная рейка, установленная между щеками, именуется коленом. В зависимости от количества и порядка работы цилиндров, колена располагаются соответствующим образом. Таким образом, достигается равномерная работа двигателя, своевременное воспламенение, снижение крутильных колебаний.

Шейка является опорой для соответствующего шатуна. На V-образных двигателях, коленвал имеет несколько более удлиненные шейки, на которых установлены по два шатуна, приходящиеся на левый и правый цилиндр. Часть валов оснащается спаренными шейками, которые отклонены друг от друга на 18°. Такая конструкция делает воспламенение более равномерным и носит название Split-pin.

Самая большая нагрузка приходится на то место коленчатого вала, где шейка переходит к щеке. Для снижения воздействующих на это место сил, здесь выполнена галтель – радиус закругления. Совокупность галтелей увеличивает общую длину вала, которая компенсируется углублениями в шейке и щеке.

Для вращения коленвала в опорах предусмотрены специальные подшипники скольжения. В их роли выступают тонкостенные вкладыши из стальных пластин, на которых нанесено специальное покрытие для улучшения скольжения. Для того, чтобы не допустить проворачивания вкладышей, в шейке имеется специальный выступ. Благодаря выступу вкладыши надежно фиксируются в опоре.

Чтобы исключить осевые перемещения коленчатого вала, предусмотрен упорный подшипник, расположенный в крайней коренной шейке.

Схема смазочной системы

Шейные и коренные шейки входят в систему смазки. Для их смазывания предусмотрены специальные магистрали, в которые масло подается под давлением.

С задней части коленчатого вала, именуемой хвостовиком, происходит отбор мощности. К хвостовику закрепляется маховик. С передней части коленвала находятся посадочные места, где установлена звездочка. Посредством ременной передачи коленчатый вал соединяется с распредвалом и вспомогательными компонентами. В некоторых конструкциях там же устанавливается гаситель крутильных колебаний.  Конструктивно это два диска, между которыми находится резина, пружина или силиконовая жидкость. Основная функция гасителя – поглощение возникающих во время работы двигателя вибраций.

Устройство, схема и ремонт коленвала двигателя

• 3398 просмотров

Посмотреть вал в каталоге «АВТОмаркет Интерком»

Задать вопрос специалисту нашей компании

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

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

 Схема коленчатого вала

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

 Шатунная шейка, которая находится среди щек, называется коленом. Колена находятся в строгой зависимости от того, сколько их по количеству, как расположены и порядка работы цилиндров, опреденной тактности двигателя. Само положение колен обязано уравновесить двигатель, обеспечить равномерность воспламенения, и минимум крутильные колебания и изгибающие моменты.

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

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

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

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

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

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

Коленчатый вал это перегнутый много раз стержень и всунутый в блок

Первая деталь, которую я научился узнавать, учась в автошколе, был коленчатый вал.

Вот и мы сегодня поговорим о назначении и конструктивных особенностях коленчатого вала, а также о материалах из которых его делают.

Коленчатый вал. Назначение

Коленчатый вал это, одна из важных деталей двигателя. Он преобразует поступательное движение поршня во вращательное, которое через трансмиссию передается к колесам.

Несмотря на относительную сложность устройства, его принцип работы достаточно простой. В камере сгорания сжигается топливо и выделяются газы, которые толкают поршни, и придают им поступательное движение.

Поршни через шатуны отдают механическую энергию на шейку коленвала, в результате поступательное движение преобразуется во вращательное.

Как только вал поворачивается на 180˚, шатун начинает двигаться в обратном направлении, возвращая поршень в исходную позицию ‒ цикл повторяется.

Коленчатый вал это конструкция, короче много раз изогнутая железяка

Коленвал представляет собой расположенные на одной оси коренные шейки, соединенные щеками и шатунные шейки, количество которых определяется числом цилиндров. При помощи шатунов шейки коленвала соединены с поршнями.

В зависимости от того как расположены коренные шейки, коленвал бывает:

• полноопорный – если коренные шейки располагаются по обе стороны от шатунной шейки;
• неполноопорный – если коренные шейки располагаются только с одной стороны от шатунной шейки.

Большинство современных автомобильных двигателей оснащены полноопорными коленчатыми валами.

Основные элементы КВ

К основным элементам относятся:

• Коренная шейка – это главная часть узла, которая находится на коренных подшипниках (вкладышах), расположенных в картере;
• Шатунная шейка – соединяет коленчатый вал с шатунами. Смазываются шатунные механизмы через специальные масляные каналы. Шатунные шейки смещены в стороны;
• Щеки коленвала – соединяют коренные и шатунные шейки;
• Противовесы – уравновешивают вес поршней и шатунов;
• Передняя, фронтальная часть или носок – элемент механизма, оснащенный зубчатым колесом (шкивом) и шестерней, а в отдельных случаях еще и гасителем колебаний. Он контролирует мощность привода газораспределительного механизма (ГРМ) и других устройств;
• Задняя часть (хвостовик) – элемент механизма, соединенный с маховиком с помощью маслоотражающего гребня и маслосгонной резьбы, выполняет отбор мощности.

Тыльная и фронтальная стороны коленчатого вала уплотняются защитными сальниками. Они не допускают протекания масла в местах, где маховик выходит за пределы блока цилиндров.

Свободное вращение коленчатого вала гарантируют подшипники скольжения, которые представляют собой тончайшие стальные вкладыши, со специальным антифрикционным слоем.

Чтобы не допустить осевое смещение, существует упорный подшипник, устанавливаемый на коренную шейку (крайнюю или среднюю).

Материалы для изготовления

Коленчатый вал это трудяга, который подвергается действию сильных, быстроизменяющихся нагрузок. Показатели его надёжности определяются конструктивными особенностями и материалами, из которого он сделан.

У этого элемента двигателя, обычно, цельная структура. Так что материалы для его изготовления должны использоваться максимально прочные, потому что от этого зависит стабильная работа системы. Лучшие материалы ‒ углеродистая и легированная сталь и высокопрочный чугун.

Коленчатые валы изготавливают методом литья, ковки из стали, а затем их вытачивают. Заготовки производят горячей штамповкой или литьем.

Важный момент ‒ расположение волокон материалов в заготовке. Чтобы они не перерезались в процессе обработки, применяют гибочные ручьи. Когда заготовка изготовлена, её еще раз обрабатывают высокой температурой и освобождают от окалины.

Материал и технология производства зависит от класса и типа автомобиля.

1. Для серийных моделей коленвалы производятся методом литья из чугуна. Это уменьшает себестоимость.
2. Для дорогих спортивных моделей берут кованные стальные коленвалы. Такой вариант обладает рядом преимуществ по размерам, весу и показателям прочности, и все чаще используются в автомобилестроении.
3. Для супер дорогих двигателей изделие вытачивается из цельных стальных болванок. При этом приличная часть материала остается в отходах.

Конструктивные особенности

Теперь вы знаете, что кроме серийных, есть и спортивные коленвалы.

Они дают возможность ускорить ход поршня в крайней точке сжатия, благодаря специальной форме шатунных шеек. У стандартного вала они круглые, а у спортивного ‒ немного вытянутые, за счет этого характеристики двигателя изменяются.

Многие автомобилисты считают, что по маркировке коленчатого вала можно узнать о его характеристиках. Это заблуждение – маркировка лишь номер в каталоге производителя, который используют для подбора запчасти. К свойствам изделия она не имеет отношения.

Поздравляю вас, господа. Теперь вы в курсе, что коленчатый вал это не только тяжелая железяка, но и незаменимая деталь, от которой зависит комфортная езда, ресурс двигателя и его узлов.

А ещё она обеспечивает многие устройств автомобиля крутящим моментом: трансмиссию, генератор, карданы, и так далее до колес.

Конечно рассказывать об этом своей любимой девушке не обязательно, а вот друзьям автомобилистам через социальные сети сообщите. Пусть тоже читают наш блог – будет много интересного.

И до скорой встречи.

Коленчатые валы для дизельных двигателей

Коленчатый вал считается одним из наиболее важных составляющих силового агрегата транспортного средства. Он находится в цилиндровом блоке и способствует преобразованию возвратно-поступательного движения поршней в крутящий момент. Дальше момент через трансмиссию поступает на колеса транспортного средства. Одним из крупнейших производителей отечественных дизельных силовых агрегатов остается ЯМЗ. Моторы от Ярославского завода нашли свое применение в различных отраслях автомобильной промышленности и сельскохозяйственной деятельностью.

Среди гаммы силовых агрегатов особенно стоит выделить V- образные двигатели ЯМЗ-236, 238, а также новую линейку рядных силовых установок ЯМЗ-534, 536 и 650.Основным из достоинств отечественного дизеля считается широкий мощностной диапазон, а также отличная ремонтопригодность. Так как коленвал во время работы ДВС испытывает большие нагрузки, потребность в его ремонте, а иногда даже замене, возникает нередко.

Какую работу выполняет коленчатый вал

Коленвал – достаточно сложная деталь, состоящая из шатунных шеек, расположенных на одной оси колен, и соединенных специальными щеками. Как правило, он цельный, поэтому вал можно смело называть деталью. Посредством шейки шатунов обеспечивается его соединение с поршнями для совершения поступательно-возвратных действий при сгорании топлива.

Так как коленчатый вал работает в тяжелых условиях и совершает большое количество оборотов, к нему выдвигают особые требования по материалам и технологии изготовления. Обычно коленвал для двигателя отливают из высокопрочного чугуна, но также часто используют сталь. Кованые коленчатые валы способны выдержать большую нагрузку, поэтому их чаще всего ставят на турбированные силовые агрегаты.

Конструкция коленвала:

·         коренные шейки – служат опорой конструкции на подшипниках;

·         шатунные шейки – и опора, и элемент соединения с шатунами;

·         щеки – объединяют между собой оба вида шеек;

·         выходная часть – на ней устанавливается шкив или шестерня, отбирающая мощность двигателя;

·         противовесы – снижают нагрузку центробежных сил на подшипники.

За вращение коленвала в опорах, а шатунов в шейках отвечают тонкостенные металлические вкладыши, изготовленные из стальной ленты и получившие антифрикционный слой. Кроме подшипников скольжения предусмотрен еще упорный подшипник скольжения, предотвращающий осевое перемещение коленвала.

Возвращаясь к дизельным моторам производства ЯМЗ, в частности к ЯМЗ-236, 238, следует отметить, что во всех модификациях ДВС этого семейства коленчатый вал изготавливают из стали 50Г. Исключением считается только ЯМЗ-240, в котором вал изготовлен с применением легированных хромом и ванадием сплавов. Деталь производится методом ковки с шейками и укреплением посредством методики азотации. Отличается наличием четырех опорных точек и противовесов. Еще одна особенность двигателя – бронзовые подшипники скольжения.

Преимущества азотирования

При изготовлении коленвала для ЯМЗ с целью повышения прочности и износостойкости его закаливают с последующим отпуском до уровня твердости 229-269. За счет токов высокой частоты отдельно закаливаются поверхности шеек и места установки сальников. Также укрепляются методом азотации.

В результате такая деталь становится:

·         выносливей в два раза – реальный ресурс свыше 700 тыс. км пробега;

·         экономной – для азотированного коленвала периодичность замена вкладышей сокращена на 60%;

·         надежной – риск кустарного ремонта в сервисном центре исключен.

Основной критерий выработки всего заложенного производителем ресурса – четкое соблюдение регламента и следованием основным рекомендациям по выбору и замене смазочного материала.

Причины поломки

Сама по себе деталь надежная и выносливая, но ряду причин способна изнашиваться интенсивней. Обычно к этому приводит повышенная нагрузка на силовой агрегат, а также масляное «голодание». В редких случаях коленвал ЯМЗ турбо заклинивает, что становится следствием повышенного трения и чрезмерного нагрева подшипников. Но если это происходит, требуется капитальный ремонт двигателя. Чтобы предотвратить «голодание», необходимо следить за качеством и уровнем смазочного материала в системе. Особенно важна работоспособность масляного насоса.

Еще одна возможная причина поломки – наличие трещин как в головке блока цилиндров, так и в самом блоке. Так в моторное масло может попасть вода или топливо, что сильно ухудшает свойства смазочного материала. Это в свою очередь приводит к ухудшению отвода тепла и качества смазки основных компонентов. В результате водитель может обнаружить специфический стук во время работы двигателя, появление вибраций, что объясняется образованием люфта и увеличением реального зазора вала.

Возможные неисправности

Ресурс современных дизельных двигателей при соблюдении правил эксплуатации и обслуживания ощутимо большой. Но следует понимать, что даже наличие малейших повреждений на шатунах приводит к преждевременному износу вала.

Рассмотрим самые распространенные дефекты:

1.       Задиры. Появляются в том случае, если использовалось некачественное и неподходящее моторное масло. Также к такой проблеме приводит нарушение сроков смены материала вместе с фильтром.

2.       Царапины на шейках вала. Небольшие царапины удаляются полировкой, дефекты размеров свыше 5 микрон устраняются только путем шлифовки на один ремонтный размер.

3.       Прогиб вала. Такой вал подлежит восстановлению – его выпрямляют. Характерная неисправность для моторов тяжелой спецтехники, в которой установлены ДВС с недостаточно качественными валами.

4.       Трещины. Самый опасный дефект, ведь трещина способна привести к усталостному излому. Обнаружить трещину смогут специалисты во время диагностики мотора. Они видны невооруженным глазом или же для их обнаружения используется магнитный дефектоскоп.

Исходя из всего вышесказанного, нетрудно догадаться, что своевременная поездка на диагностику – верный способ избежать капитального ремонта. Ведь проще устранить неисправность в начале ее зарождения, нежели после капиталить мотор.

Способы ремонта

Методика восстановления коленвала МАЗ или ЯМЗ определяется после диагностики двигателя. Если обнаружена несущественная деформация или выработка шеек, то ремонт сводится к перешлифовке деталей к следующему ремонту размеру под соответствующие вкладыши. При выявлении глубоких задир допускается шлифовка с пропуском одного ремонтного размера.

Редко, но на практике случается так, что коленчатый вал «лопается» или на нем образуются трещины. Что касается последнего случая, то независимо от того, какой коленвал установлен в двигателе ЯМЗ-236 или 238, он не подлежит восстановлению. Потребуется установка нового коленчатого вала ЯМЗ. Не стоит пытаться самостоятельно отремонтировать деталь – лишняя трата времени и сил. Также не смогут помочь и профессиональные автомеханики, ведь технологии ремонта с такой неисправностью просто не существует.

4. Конструкция коленчатого вала

Коленчатый вал состоит из кривошипов, ориентированных от­носительно друг друга в пространстве, носка 5 (рис. 10.11) и хво­стовика 1.

Кривошип формируется из двух коренных шеек 4, шатунной шейки 2 и элементов соединяющих их, называемых щеками 3.

Приоритет требований при выборе пространственной схемы расположения кривошипов коленчатого вала, от которого в реша­ющей степени зависят уравновешенность двигателя, равномерность его хода, параметры крутильных колебаний, следующий: равно­мерное чередование рабочих ходов и рациональный порядок рабо­ты двигателя; внешняя уравновешенность двигателя по силам инер­ции и моментам от них; внутренняя уравновешенность двигателя.

Коленчатые валы могут быть монолитными или составными.

Коленчатые валы современных двигателей в основном изго­товляют полноопорными, когда число коренных шеек на едини­цу больше числа кривошипов. Этим обеспечивается большая жест­кость вала.

Рис. 10.11. Коленчатый вал: а – стальной; б – чугунный; 1 – хвостик; 2 – шатунная шейка; 3 – щека; 4 – коренная шейка; 5 – носок.

В ряде V-образных двигателей для обеспечения равномерного чередования рабочих ходов шатунные шейки одноименных цилиндров левого и правого рядов делают со сдвигом друг относи­тельно друга на угол δ.

Коренные шейки нагружаются в основном крутящим моментом. На шатунные шейки действуют одновременно переменные крутя­щие и изгибающие моменты, экстремальные значения которых не совпадают по времени.

Применение в коленчатых валах современных двигателей ко­ренных и шатунных шеек больших диаметров приводят к тому, что их сечения перекрывают друг друга в плане. Это повышает изгибную жесткость коленчатого вала.

Для уменьшения массы вала и подачи масла к подшипникам внут­ри шеек и щек вала выполняют систему каналов, полостей и отвер­стий. Наиболее удаленные от оси вала полости могут быть использо­ваны в качестве уловителей механических частиц. В основном в со­временных двигателях используются подшипники скольжения, а в тя­желых двигателях могут применяться и подшипники качения.

Подвод масла к коренным подшипникам осуществляется от главной масляной магистрали в их малонагруженную зону, а к шатунным подшипникам — по просверленным отверстиям в ще­ках и по радиальным отверстиям в шатунной шейке.

Щеки вала имеют эллиптическую, прямоугольную или круг­лую форму. Ее выбирают исходя из максимально рационального использования металла без снижения прочности вала.

Щеки подвергаются изгибу в двух плоскостях, растяжению и сжатию, а также кручению. Они являются наиболее сложно на­груженными элементами коленчатого вала, а наибольшие кон­центрации напряжений отмечаются в галтелях.

Для снижения кон­центрации изгибных напряжений места перехода от щек к шей­кам выполняют в виде галтелей по двум или трем радиусам или с поднутрением в щеку, что обеспечивает максимально возможную длину опорной длины шейки.

В процессе работы коленчатый вал подвергается воздействию значительных осевых усилий, возникающих из-за изменения ори­ентации транспортного средства и двигателя относительно гори­зонта в результате ускорения и замедления транспортного сред­ства, работы на валу косозубых шестерен и при выключении сцеп­ления. Осевая фиксация вала по одной шейке относительно картера обеспечивается упорными кольцами, буртами вкладышей или упор­ным подшипником (рис. 10.12) при осевых зазорах 0,05…0,15 мм. Упорные кольца изготовляют из бронзы, стали или металлокера­мики и фиксируют от проворачивания штифтами. Для снижения потерь на трение стальные кольца и упорные бурты вкладышей заливают антифрикционным сплавом.

б

Рис. 10.12. Осевая фиксация коленчатого вала: а — вкладышами с буртиками; б — упорными кольцами; в — упорным шарико-подшипником

Коленчатые валы штампуют из стали или отливают из специ­альных чугунов. Для штампованных валов применяют стали 45, 45Х, 40ХФА, 42ХМФА, 18Х2Н4ВА (рис. 10.11, а).

Коленчатые валы двигателей с искровым зажиганием отливают из высокопрочного чугуна (рис. 10.11, б). Они имеют меньшую сто­имость, небольшие припуски на механическую обработку, в них можно придать более рациональную форму внутренним полостям шеек щек и обеспечить повышение усталостной прочности. Однако предел выносливости чугуна на изгиб существенно ниже, чем ста­ли, поэтому такие валы редко применяются в дизелях.

Дефекты коленчатого вала определяют его прочность, надеж­ность работы КШМ и всего двигателя.

Несоосность коренных опор блока и биение коренных шеек вала возникают в результате технологических отклонений или нерав­номерности износа в процессе эксплуатации, а также из-за дина­мических деформаций опор картера и шеек. Эти дефекты могут проявиться в виде эксцентриситета осей и разности их углов.

На прочность коленчатого вала влияет несоосность коренных опор.

Несоосность коренных опор блока в пределах технических условий может уменьшить запас прочности вала на 10 %, а при эксцентриси­тете 0,1 …0,15 мм запас прочности резко уменьшается (на 30…50%).

Неравномерный износ пары шейка вала —подшипник или нерав­номерности износа подшипников на 0,05…0,06 мм могут вызвать поломку коленчатого вала.

Разрушение и проворачивание подшипников возникает в резуль­тате технологических дефектов, а также при повышенных меха­нических и тепловых нагрузках из-за нарушения условий эксплу­атации двигателя.

Усталостные поломки коленчатого вала в местах перехода щек в шейку при повышенной концентрации напряжений возможны из-за технологических дефектов и высоких механических нагрузок.

Прочность коленчатого вала зависит от размеров и формы от­дельных элементов вала, наличия концентраторов напряжения на переходах в галтелях и кромках масляных каналов, характери­стик прочности материала, конструктивных и технологических методов упрочнения, использованных при изготовлении вала, на­личия и ориентации внутренних упорядоченных структур, распо­ложения волокон, зависящих от способа изготовления коленча­того вала.

Конструктивными мероприятиями по упрочнению вала являют­ся: обеспечение перекрытия коренных и шатунных шеек; увели­чение радиуса галтели или выполнение многорадиусной галтели при неизменной опорной длине подшипника; увеличение толщи­ны и ширины щеки вала; формирование бочкообразной формы полостей в шейках; расположение маслоподводящего канала в ша­тунной шейке под углом 90°.

Технологические мероприятия по упрочнению вала следующие: закалка шеек и галтелей вала ТВЧ при быстровращающемся вале с охлаждением под слоем жидкости с последующим низкотемпе­ратурным отпуском; пластическая деформация галтелей обкаткой роликами при использовании среднеуглеродистых сталей и при закалке ТВЧ; азотирование шеек и галтелей вала.

Азотирование повышает усталостную прочность вала в 1,5… 2 раза, а износостойкость шеек увеличивается более чем на 20%. Однако при этом растет трудоемкость изготовления, повышается вероятность коробления валов, а при ремонте ограничиваются возможности их шлифования.

Как Honda отказалась от традиционного мышления при разработке более легкого коленчатого вала

В постоянной борьбе за сокращение выбросов парниковых газов дизайн может сыграть решающую роль в повышении топливной эффективности транспортных средств. Международное энергетическое агентство заявляет, что около 24% глобальных выбросов CO2 приходится на транспорт, в том числе автомобильный, железнодорожный, воздушный и морской. Дорожный транспорт — самый большой виновник. По данным ЕС, 30% выбросов CO2 приходится на транспорт, из которых 72% приходится на автомобильный транспорт.Для повышения топливной эффективности и снижения выбросов углерода от транспортных средств снижение веса автомобильных компонентов оказывается очень эффективным.

В Японии Honda ведет несколько текущих проектов по облегчению своих компонентов, от рамы кузова и двигателей до болтов. Чтобы добиться упрощенного дизайна, необходимо тщательно изучить структуру и материалы, используемые в каждой детали. Последней целью НИОКР Honda — подразделения исследований и разработок автопроизводителя — является коленчатый вал.

Коленчатый вал — одна из важнейших функциональных частей двигателя.Он преобразует колебания поршней во вращательную силу. Для этого он должен быть очень прочным и долговечным.

«Коленчатые валы должны удовлетворять множеству функциональных критериев», — говорит Хиросуми Тодака, конструктор механического и гидравлического оборудования в лаборатории передовых технологий Honda R&D. «Например, его форма должна выдерживать давление сгорания, и необходимо поддерживать баланс вращения. Эти факторы и по сей день определяют форму коленчатого вала. За долгую историю развития двигателей вопрос о конструкции коленчатого вала был предрешен.Несмотря на это, мы поставили перед собой непростую задачу — разработать коленчатый вал на 30% легче, чем существующие модели ».

Хиросуми Тодака, Материалы | Процессы, инновационные исследования передового опыта в Honda R&D

Отдел исследований и разработок Honda внимательно изучает аддитивное производство с момента его основания. При поиске технологии проектирования, такой как оптимизация топологии, она нашла генеративный дизайн (где генерируются и повторяются несколько проектов) и поняла, что это может значительно изменить общепринятые нормы проектирования.

Генеративный дизайн уже помог отрасли модернизировать такие компоненты, как кронштейны ремня безопасности, блоки управления двигателем и рамы мотоциклов; Значительное снижение веса привело в каждом случае. «Требовался новый подход, в котором использовались такие методы, как генеративный дизайн и аддитивное производство», — говорит Тодака. «Нам пришлось отказаться от предвзятых представлений и взглянуть на вещи в новом свете».

Компания Honda R&D начала свой проект — первый в своем роде, реализованный в сотрудничестве с Autodesk, — направленный на развитие гибкого подхода.«Крайне важно, чтобы в нашем дизайне мы отбросили предвзятость, думая о исключительно важных функциях детали», — говорит Хисао Уодзуми, который исследует производственные процессы проектирования и новые материалы в отделе исследований и разработок Honda. «Чтобы установить основы этого подхода, мы вместе провели семинар по критическому мышлению».

Семинар, проведенный в отделении Honda R&D в Вако, Сайтама, Япония.

Создание лучшего коленчатого вала

Autodesk подготовила первую партию модели, которая с использованием Netfabb и Fusion 360 соответствовала требованиям Honda в отношении данной детали.«Мы поделились опытом Honda, чтобы предоставить данные о весе и различных эксплуатационных ограничениях, а затем обсудили каждый вопрос с командой Autodesk по мере формирования модели», — говорит Тодака.

В своей работе над деталями двигателей для двух- и четырехколесных транспортных средств Тодака полагался на свой прошлый опыт, чтобы придумывать конструкции, которые затем анализируются и уточняются. Когда он впервые увидел результат, он был потрясен. «Деталь имела органическую форму, как человеческая кость», — говорит он. «Это было что-то за пределами моего самого безумного воображения.”

Члены проектной команды Honda R&D отправились в Лондон, где прошли обучение генеративному дизайну; посетил технологический центр Autodesk в Бирмингеме, Англия; и обсудили темы, выходящие за рамки дизайна, такие как аддитивное производство. На предприятии Тодака говорит: «Прототипы можно было быстро создавать по чертежам. Я чувствовал, что это идеальная среда, где обратная связь может быть быстро применена к вашей работе ».

Данные прототипов заставили Honda пересмотреть свою компоновку и критерии прочности, что привело к новому набору граничных условий для деталей.Команда продолжила свою работу и разработала модель второй партии. «В команде Autodesk было много членов с разным опытом работы, в том числе в аэрокосмической сфере», — говорит Уозуми. «Они могли видеть, к чему мы стремимся с нашими проектами, и мы воплотили наши идеи в жизнь за относительно короткий промежуток времени».

01/02

Визуализация генеративной модели коленчатого вала. Предоставлено Honda R&D.

01/02

Напечатанный на металле прототип модели коленчатого вала генеративной конструкции.

Традиционная оптимизация топологии предоставляет только одно решение и требует трудоемких ручных исправлений. Генеративный дизайн Fusion 360 предлагал то, что, по словам Тодаки, было «конфигурацией, которую я даже не рассматривал как дизайнер». Новая конструкция коленчатого вала превзошла поставленные цели, позволив на удивление снизить вес на 50%, но оставались сомнения в том, выдержат ли жесткость и прочность детали по сравнению с типичными коленчатыми валами.

Члены команды установили прототип на двигатель для тестирования производительности и получили много данных.Они поделились результатами с командой Autodesk, которая использует данные Honda для совершенствования своих процессов генеративного проектирования. «Применение генеративного дизайна к вращающейся части, такой как коленчатый вал, было чрезвычайно ценным опытом как для Honda, так и для Autodesk», — говорит Тодака.

Хисао Уодзуми, доктор философии, помощник главного инженера отдела производственных технологий и управления административного отдела Вако в Honda R&D

. Включение производства в процесс проектирования оказалось бесценным. «Он предоставляет нам модели, которые могут учитывать конструктивные ограничения, например, введенные с использованием аддитивного производства, производства на основе пресс-форм или 5-осевой обработки», — говорит Тодака.

Для Honda этот проект раскрыл возможности аддитивного производства. «Хотя у некоторых все еще есть сомнения по поводу этой новой формы, внимание, которое она привлекла к технологии, стоило затраченных усилий», — говорит Тодака. «Хотя еще многое можно сделать для облегчения деталей, теперь мы видим путь вперед для достижения наших целей. Я ожидаю, что в будущем инновационные продукты, созданные с использованием генеративного дизайна, станут нормой. Я думаю, что в рамках нашей работы мы должны изучить дальнейшие применения этой технологии.”

Ясуо Мацунака — клавишник, фанат космических фильмов, редактор Redshift Japan и менеджер по контент-маркетингу в Autodesk Japan.

(PDF) Лекция 7 Конструкция коленчатого вала

Примечание. Упомянутый выше анализ силы центрального коленчатого вала является элементарным по своей природе. Центральный коленчатый вал

опирается на три подшипника и, как таковой, представляет собой статически «неопределенную» конструкцию

.Такие проблемы решаются с помощью трех уравнений: одно для суммирования вертикальных сил

, одно для суммирования моментов и третье с учетом прогиба

вала. Геометрия коленчатого вала такова, что невозможно записать

аналитических уравнений. Проблема решается практическим применением метода конечных элементов.

Пример: спроектируйте центральный коленчатый вал для одноцилиндрового вертикального двигателя, используя следующие данные

:

Диаметр цилиндра = 125 мм

Передаточное отношение

(L / r) = 4.5

Максимальное давление газа = 2,5 МПа

Длина хода = 150 мм

Вес маховика с ременным шкивом = 1 кН

Общее натяжение ремня = 2 кН

Ширина ступицы маховика с ременным шкивом = 200 мм

Крутящий момент на коленчатом валу максимален, когда кривошип поворачивается на 25 ° от центра верхней мертвой точки

и в этом положении давление газа внутри цилиндра составляет 2 МПа. Ремни расположены в горизонтальном направлении

.Вычислите

1. Реакции подшипников, когда расстояние между центрами коренных подшипников 1 и 2 составляет

в два раза больше диаметра поршня.

2. Конструкция шатунной шейки. Допустимое напряжение изгиба для пальца кривошипа составляет 75 Н / мм2, а допустимое давление подшипника

для втулки пальца кривошипа составляет 10 Н / мм2.

Отношение (l / d) для подшипника шатунной шейки составляет 1.

3. Конструкция левой шейки кривошипа

4. Конструкция вала под маховиком.Ширина ступицы маховика с ременным шкивом составляет

200 мм.

Случай II: кривошип находится под углом к ​​линии положений мертвой точки и подвергается действию максимального крутящего момента

.

% PDF-1.3 % 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 obj > эндобдж 6 0 obj > / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC] / ExtGState> >> / Содержание 50 0 руб. >> эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 778 778 250 333 408 500 500 833 778 180 333 333 500 564 250 333250 278 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 278 278 564 564 444 921 722 667 667 722 611 556722 722 333 389 722 611 889 722 722 556 722 667 556611 722 722 944 722 722 611 333 278 333 469 500 333 444 500 444 500 444 333 500 500 278 278 500 278 778 500 500 500 500 500 333 389 278 500 500 722 500 500 444 480 200 480 541 778 500 778 333 500 444 1000 500 500 333 1000 556 333 889 778 611 778 778 333 333 444 444 350500 1000 333980389333722778444722250 333500500500500200500 333760 276 500 564 333760 500 400 549 300 300 333 576 453250 333 300 310 500 750 750 750750 444722 722 722 722 722 722 889 667 611 611 611 611 333 333 333 722 722 722 722 722 722 564722 722 722 722 722 556 500 444 444 444 444 444 667 444 444 444 444 444 278 278 278 278 500 500 500 500 500 500 500 549 500 500 500 500 500 500 500 500] эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600] эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 778 778 250 389 555 500 500 833 778 278 333 333 500 570 250 333250 278 500 50050050050050050050050050033333 570570570500 832 667 667 667 722 667 667 722 778 389 500 667 611 889 722 722 611 722 667 556 611 722 667 889 667 611 611 333 278 333570 500 333 500 500 444500 444 333 500 556 278 278 500 278 778 556 500 500 500 389 389 278 556 444 667 500 444 389 348 220 348570 778 500 778 333 500 500 1000 500 500 333 1000 556 333944778 611 778 778 333 333 500 500 350500 1000 333 1000 389 333 722 778 389 611 250 389 500 500 500 500 500 220 500 33 37 47 266 500 606 33 37 47 500 400 549 300 300 333 576 500 250 333 300 300 500 750 750 750 750 500 667 667 667 667 667 667 944 667 667 667 667 667 389 389 389 389 722 722 722 722 722 722 722 570 722 722 722 722 722 611 611 500 500 500 500 500 500 722 444 444 444 444 444 278 278 278 278 500 556 500 500 500 500 500 549 500 556 556 556 556 444 500 444] эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 778 778 250 333 5555 500 500 1000 833 278 333 333 500 570 250 333250 278 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 333 333 570 570 570 500 930 722 667 722 722 667 611 778 778 389 500 778 667 944 722 778 611 778 722 556 667 722 722 1000 722 722 667 333 278 333 581 500 333 500 556 444 556 444 333 500 556 278 333 556 278 833 556 500 556 556 444 389 333 556 500 722 500 500 444 394 220 394 520 778 500 778 333 500 500 1000 500 500 333 1000 556 333 1000 778 667 778 778 333 333 500 500 350500 1000333 1000389333722778444722250333500500500500220500333747300500570333747500400549300300333576540250 3333300330500750750750500722722722722722722 1000 722 667 667 667 667 389 389 389 389 722 722 778 778 778 778 778570 778722 722 722 722 611 556 500 500 500 500 500 500 722 444 444 444 444 444 278 278 278 278 500 556 500 500 500 500 500 549 500 556 556 556 556 500 556 500] эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > транслировать xsUYvl ծ qiwOz: A3 «DD49g DΈ

Конструкция коленчатого вала | Анализ коленчатого вала

Программное обеспечение для проектирования коленчатого вала

Компания DNV одобрила конструкцию коленчатого вала на протяжении десятилетий.У нас есть знания в предметной области и практический опыт, которые были вложены в разработку программного обеспечения Nauticus Machinery Crankshaft Fatigue. Этот программный модуль для расчета и анализа коленчатого вала рассчитывает защиту от усталости на основе Руководства по классу DNV 0037. Он также охватывает соответствующий метод расчета в соответствии с унифицированными требованиями IACS M53.

Анализ коленчатого вала

Анализ коленчатого вала на прочность первоначально состоит в определении номинальных переменных изгибных и номинальных переменных крутящих напряжений, которые умножаются на соответствующие коэффициенты концентрации напряжений с использованием теории постоянной энергии деформации (v.Критерий Мизеса), приводят к эквивалентному знакопеременному напряжению (одноосное напряжение). Затем это эквивалентное переменное напряжение сравнивается с усталостной прочностью коленчатого вала выбранного материала. Это сравнение затем покажет, имеет ли соответствующий коленчатый вал адекватные размеры согласно анализу коленчатого вала.

Конструкция коленчатого вала основана на оценке защиты от усталости коленчатого вала в зонах высоких нагрузок. Анализ коленчатого вала также основан на предположении, что области, подверженные наибольшим напряжениям, следующие:

• угловые переходы между шатунной шейкой и шейкой, а также между шейкой и перемычкой
• выходы отверстий шатунных шатунов
• выходы масляных каналов шейки

Эти методы расчета и анализа коленчатого вала применимы к двигателям как для главных силовых установок, так и для вспомогательных целей, которые предназначены для непрерывной работы с указанным (номинальным) номинальным значением.Если предполагается частое использование перегрузки (сверх номинальной), т.е. накопление нескольких миллионов циклов нагрузки, эта перегрузка должна лечь в основу расчета. Кроме того, эти методы применимы к цельнокованым или полуфабрикатным коленчатым валам из кованой и литой стали и с одним ходом кривошипа между коренными подшипниками. Конструкция с более чем одним ходом кривошипа между коренным подшипником, канавками между шатунными шейками, полностью собранными коленчатыми валами или сварными коленчатыми валами будет специально рассматриваться на основе эквивалентности «нормальным» требованиям.

Программное обеспечение для определения усталости коленчатого вала от DNV

• Расчет и анализ безопасности против усталостного разрушения коленчатого вала в дизельных двигателях и безопасности против проскальзывания полуавтоматических коленчатых валов
• Проверка на усталость на основе указаний по классам DNV 0037
• Соответствующий метод расчета в соответствии с методом IACS для проектирования и анализа коленчатого вала
• Относится к дизельным двигателям как главного движителя, так и вспомогательного назначения
• Относится к цельнокованым или полу построенным коленчатым валам из кованой и литой стали с одним ходом кривошипа между коренными подшипниками
  

Ключевые преимущества модуля программного обеспечения для проектирования и анализа коленчатого вала

• Программа определения усталости коленчатого вала вычисляет в соответствии с правилами DNV и требованиями IACS в одном инструменте проектирования коленчатого вала
• Импорт функций для давления в цилиндрах или теоретического метода расчета
• Гибкие возможности ввода (используйте предопределенный ввод для e.грамм. коэффициенты концентрации напряжений или позвольте программе рассчитать их)
• Расширенный генератор отчетов

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

Что такое коленчатый вал?

Коленчатый вал (то есть вал с кривошипом) используется для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение или наоборот.

Функции коленчатого вала:

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

Типы коленчатых валов:

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

1.Боковой коленчатый вал или консольный коленчатый вал, как показано на рис. (A), и

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

типов коленчатого вала

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

Боковые коленчатые валы используются для средних и крупных горизонтальных двигателей.

Схема коленчатого вала:

Схема коленчатого вала

Материал и производство коленчатых валов

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

детали коленчатого вала

Давления в подшипниках и напряжения в коленчатом валу

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

В коленчатом валу индуцируются следующие два типа напряжений.

1. Напряжение изгиба; и

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

Большинство отказов коленчатого вала вызвано прогрессирующим переломом из-за повторяющихся изгибных или обратных скручивающих напряжений. Таким образом, коленчатый вал испытывает усталостную нагрузку, и поэтому его конструкция должна основываться на пределе выносливости. Поскольку выход из строя коленчатого вала может вызвать серьезное разрушение двигателя, и ни все силы, ни все напряжения, действующие на коленчатый вал, не могут быть определены точно, используется высокий коэффициент безопасности от 3 до 4, основанный на пределе выносливости. .

Методика расчета коленчатого вала:

Коленчатый вал должен быть спроектирован или проверен как минимум на два положения коленвала. Во-первых, когда коленчатый вал подвергается максимальному изгибающему моменту, а во-вторых, когда коленчатый вал подвергается максимальному крутящему моменту или крутящему моменту.

Методика проектирования:

Для проектирования коленчатого вала может быть принята следующая процедура.

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

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

3. Для простоты и безопасности считается, что вал поддерживается в центрах подшипников, а все силы и реакции действуют в этих точках. Расстояния между опорами зависят от длины подшипников, которая, в свою очередь, зависит от диаметра вала из-за допустимого давления в подшипниках.

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

5. Теперь рассчитайте расстояния между опорами.

6. Принимая во внимание допустимые напряжения изгиба и сдвига, определить основные размеры коленчатого вала.

Концепция проекта

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

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

Когда кривошип находится в мертвой точке

Пошаговая процедура:

• Нарисуйте схему свободного тела коленчатого вала с различными горизонтальными и вертикальными силами.
• Рассчитайте усилие поршня. (Мы знаем максимальное давление поршня, согласно отраслевым нормам его можно принять как 200 бар для дизельного двигателя и 180 бар для двигателей SI). Усилие поршня составляет макс. Давление поршня * Площадь поршня.
• Отраслевые допущения при расчете сил в FBD.
• Найдите все горизонтальные и вертикальные реакции.

Конструкция пальца кривошипа

Шатун также подвергается напряжению сдвига из-за крутящего момента. Таким образом, мы можем рассчитать изгибающий момент в центре шатунной шейки и крутящий момент на шатунной шейке, а также результирующий момент.

Пошаговая процедура:

• Рассчитайте изгибающий момент в центре шатунной шейки (из FBD).
• Приравняйте BM к (MOI * Напряжение подшипника) для пальца кривошипа (Sigma-b)
• Решите и найдите диаметр пальца кривошипа.
• Решите FBD для длины.

Конструкция перемычки кривошипа

Перемычка кривошипа предназначена для эксцентрической нагрузки. На шейку кривошипа будут действовать два напряжения: одно — прямое сжимающее напряжение, а другое — изгибающее напряжение, вызванное газовой нагрузкой на поршень (Fp).

Отраслевые допущения:

• Толщина шейки кривошипа Tst = 0.65 * dc + 6,35 (dc = диаметр шатунной шейки)
• Ширина стенки кривошипа w = 1,125 * dc +12,7

Пошаговая процедура:

• Рассчитайте изгибающий момент по FBD.
• Проверьте, положительный или отрицательный BM. Если отрицательный, увеличьте диаметр шатунной шейки и решите проблему снова. Если положительный, то ваш дизайн безопасен.

Вал под маховиком

Общий изгибающий момент в месте расположения маховика будет складываться из горизонтального изгибающего момента из-за газовой нагрузки и натяжения ремня, а также изгибающего момента в вертикальном направлении из-за веса маховика.

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

Когда кривошип находится под углом максимального крутящего момента

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

Когда кривошип находится под углом, при котором крутящий момент максимален, на вал действует крутящий момент из-за энергии или силы, накопленной маховиком.Вышеуказанные расчетные параметры могут быть перепроверены на коэффициент запаса прочности при проектировании, рассматривая коленчатый вал под углом максимального крутящего момента.

Если коэффициент запаса прочности больше 1, то конструкция безопасна. Учитывая это, мы имеем дело с разными силами, действующими на коленчатый вал под разными углами закручивания.

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

Примечания :

1. Коленчатый вал должен быть спроектирован или проверен как минимум на два положения коленвала. Во-первых, когда коленчатый вал подвергается максимальному изгибающему моменту, а во-вторых, когда коленчатый вал подвергается максимальному крутящему моменту или крутящему моменту.

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

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

Сачин Торат

Сачин получил степень бакалавра технических наук в области машиностроения в известном инженерном колледже. В настоящее время он работает дизайнером в индустрии листового металла. Кроме того, он интересовался дизайном продуктов, анимацией и дизайном проектов. Он также любит писать статьи, относящиеся к области машиностроения, и пытается мотивировать других студентов-механиков своими новаторскими проектными идеями, дизайном, моделями и видео.

Недавние сообщения

ссылка на Пластиковые материалы — Типы, свойства, примененияссылка на гидравлические уплотнения — Определение, Типы, Диаграммы, Функции, Отказ, Применение

Программное обеспечение Проектирование Коленчатого Вала — Анализ баланса и инерции и Проектирование двух / четырехтактного двигателя Коленчатый вал

нажмите на изображение для презентации Конструкция коленчатого вала это программное обеспечение, разработанное для удовлетворения потребностей многих производителей и тюнеров в разработке и оптимизации коленчатый вал.Это программное обеспечение существенно помогает определить лучшие решения баланса и инерции для каждый конкретный двигатель и каждая конкретная потребность, чтобы оптимизировать производительность, управляемость и надежность. Характеристики Коленчатый вал, а также конструктивная точка зрения также должны быть изучены по двум фундаментальным аспектам: уравновешивание сил, создаваемых движением возвратно-поступательных масс (поршень, поршневые кольца, поршневой палец и малый конец шатуна) и вращающиеся (большой конец шатуна, шатун), а также по инерции, которую может предложить коленчатый вал. В одноцилиндровом двигателе, если вы не вводите валы, вращающиеся в противоположных направлениях, балансировка может быть только частичной, и вопрос о том, как выбрать эту частичную балансировку, всегда был предметом обсуждения того, что может быть лучшим, на самом деле не существует лучшее решение в абсолютном выражении, но оптимальное следует выбирать в соответствии с характеристиками двигателя и транспортного средства, на котором он используется. То же самое и с инерцией коленчатого вала, легче, тяжелее, дырочки, без дырок — вопросы, которые возникают со временем, на который невозможно дать ответ, потому что и в этом аспекте лучшее решение зависит от характеристик двигателя и его использования. Ввиду этого на практике он делает первоначальный выбор, а затем на основе тестов и повторных попыток вносятся какие-либо изменения, этот процесс долгий и трудоемкий и часто не известно, действительно ли найденное решение является лучшим. Программное обеспечение Crankshaft Balance Design может заранее оценить технические эффекты, которые баланса и инерции дают с точки зрения производительности и надежности по отношению к характеристикам двигателя и транспортного средства, на котором он применяется, что позволяет быстро найти оптимальное решение. Программа состоит из четырех разделов, которые позволяют анализировать, рассчитать и разработать коленчатый вал наилучшим образом. АНАЛИЗ КОЛЕНВАЛА В этом разделе программное обеспечение рассчитывает основные характеристики коленчатого вала, которые вы или то, что вы хотите развить, на самом деле быстро вычисляет ВЕС — БАЛАНС — ИНЕРЦИЯ коленчатого вала. КОНСТРУКЦИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА В этом разделе программа вычисляет РАЗМЕР и ПОЛОЖЕНИЕ ПРОТИВОВЕС , или возможных ОТВЕРСТИЙ , иметь определенную балансировку коленчатого вала, отображаемую в А пока как доработаны инерция и вес. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ В этом разделе программа вычисляет, как изменяется КРИВАЯ МОЩНОСТИ двигателя в зависимости от выбор BALANCE и INERTIA , которые вы сделали на коленчатый вал. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОМОБИЛЯ Этот раздел доступен в версии PRO программное обеспечение позволяет рассчитать ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМОБИЛЯ учитывая особенности коленчатого вала влияют на мощность двигателя и поведение в фазе переключения передач. Ниже мы подробно покажем, как программа работает в разных области. АНАЛИЗ КОЛЕНВАЛА Программа позволяет рассчитать основные особенности коленчатого вала в простой форме. Фактически достаточно для ввода информации кривошипа ползунка (ход, и веса деталей), а также некоторые данные, позволяющие определяем коленчатый вал. В связи с этим программное обеспечение предлагает различные возможности ввода данных для удовлетворить все потребности. Если вы сделали классический экспериментальный тест для расчета баланса, вы можете ввести в программе значение найденных весов и программное обеспечение в функция веса кривошипа ползунка рассчитает быстро BALANCE вашего коленчатого вала. Более того, если вы измеряете ВЕС и максимальный диаметр коленчатого вала программное обеспечение рассчитает оценку ИНЕРЦИИ самого коленчатого вала. Если у вас есть трехмерный чертеж коленчатого вала, от ваш CAD 3D вы можете легко принять положение гравитации, а ВЕС коленчатого вала, благодаря этим данным программное обеспечение быстро рассчитайте БАЛАНС вашего коленчатый вал в зависимости от грузов кривошипа ползуна. Если вместо этого ваш коленчатый вал имеет классическую форму полного круга, или вы хотите разработать коленчатый вал такого типа, программное обеспечение благодарит основные размеры рассчитываются автоматически ВЕС, БАЛАНС и ИНЕРЦИЯ вашего коленчатого вала. Если в коленчатом валу уже есть противовесы или отверстия, в программе можно легко ввести свои характеристики, чтобы учесть в расчеты и посмотреть, как они влияют на ВЕС, БАЛАНС и ИНЕРЦИЯ . После ввода данных коленчатого вала в модальность что вы предпочитаете, и особенности кривошипа ползунка, Программное обеспечение Crankshaft Design рассчитывает ВЕС, БАЛАНС и ИНЕРЦИЮ коленчатого вала, как с учетом противовесов и отверстий, исключая их, в так тоже будет легко понять характеристики исходной геометрии коленчатого вала и оценить возможность доработок. Помимо расчетов, программа рисует геометрия коленвала, которую вы ввели, позволяя оценить, верны ли данные и где есть место для любых доработок и улучшений. КОНСТРУКЦИЯ КОЛЕНВАЛА Если вы хотите модифицировать существующий коленчатый вал или хотите изучить новый коленчатый вал, после этапа анализа, который позволяет иметь полное представление о ситуации, программное обеспечение Crankshaft Design позволяет легко изучить работы на коленчатом валу для получения БАЛАНС и ИНЕРЦИЯ , что вы хотите. Программа позволяет фактически рассчитывать автоматически положение и характеристики противовесов, которые необходимо для достижения определенного баланса. Для начала необходимо выберите желаемый процент баланса получать. Кроме того, вы можете укажите количество противовесов, которое вы хотите использования, толщины противовеса и материал (плотность) Наконец-то вы можете выберите, должно ли положение противовесов генерировать минимальную или максимальную инерцию. В конце расчет программное обеспечение предоставляет вам всю информацию о противовесах, которые вы должны использовать: Это также показывает вам, как изменить характеристики коленчатый вал для применения противовесы, и относительный чертеж в масштабе: Этот раздел программного обеспечения Crankshaft Design может использоваться как для расчета противовесов коленчатого вала, который никогда не балансировался. Оба, чтобы изменить балансировку коленчатого вала, у которого балансировка отличается от что мы хотим. Если, например, у вас уже коленвал с балансом 50% и вы хотите получить баланс 40%, программа рассчитает размеры и положение отверстия на коленчатом валу, если вместо этого вы хотите увеличить процент от баланса, программа укажет вам, позиция и характеристики используемого дополнительного противовеса. Программа позволяет также видеть баланс и инерция, которую вы получаете при использовании определенных противовесов, или проделывая дырки в специфике. Показывает чертеж в масштабе и как изменить ВЕС , BALANCE и INERTIA с новыми противовесами и нанесены отверстия. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ Выбор BALANCE и INERTIA в дополнение, чтобы повлиять силы и вибрации, которые вы испытываете на шасси, влияют на работу двигателя. Фактически в действии из BALANCE , который вы выбираете, измените силы воздействуя между поршнем и цилиндром, а также на коренные подшипники и шатунные подшипники, и, следовательно, на механические потери на трение, в то время как INERTIA влияет на частота вращения коленчатого вала во время цикла двигателя, и, следовательно, изменяет гидродинамическое поведение двигателя и относительную эффективность. Программное обеспечение Crankshaft Design может рассчитать МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ в зависимости от выбора БАЛАНС что вы делаете, и посмотреть, как изменяется ENGINE POWER CURVE в зависимости от коленчатого вала INERTIA . В программном обеспечении необходимо ввести основные технические данные двигателя и кривую мощности, обнаруженную на динотест. Здесь ввод балансового процента, а коленчатый вал инерция (можно также использовать значения, рассчитанные в фазы АНАЛИЗА или ПРОЕКТИРОВАНИЯ), программа рассчитает, как изменить мощность кривая, мощность, потерянная на механическое трение, и силы, действующие на шасси. В дополнение к глобальным данным он также показывает графики всех величин, рассчитанных как функция скорости двигателя. МОЩНОСТЬ ПОТЕРЯННАЯ МОЩНОСТЬ СРЕДНЯЯ ВЕРТИКАЛЬНАЯ СИЛА МАКСИМАЛЬНАЯ ВЕРТИКАЛЬНАЯ СИЛА СРЕДНЯЯ ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ СИЛА МАКСИМАЛЬНАЯ ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ СИЛА Этот раздел программного обеспечения Crankshaft Design является фундаментальным. для улучшения характеристик двигателя в том направлении, в котором вы хотите воздействовать на коленчатый вал.Фактически программное обеспечение позволяет сравнивать разные решения и, следовательно, сразу находить, что оптимально для ваших нужд. Благодаря ПО Конструкция коленчатого вала, поэтому вы можете изучить ремонт коленчатого вала в качестве противовеса, и в качестве инерции для моделирования кривой мощности для ваших нужд. Затем вы можете изменить пик максимальной мощности, или чтобы иметь больше протяженности, или поиграть с инерцией для смягчения кривой крутящего момента и т. д., определяя оптимальные решения быстро и точно. Кроме того вы всегда можете оценить, как изменяются силы на шасси в зависимости от сделанного вами выбора, управление поэтому также возможные проблемы, связанные к вибрациям. Как вы видели, благодаря программному обеспечению Crankshaft Design за разработку и улучшить, ваш коленчатый вал, становится действительно легко, и вы можете действительно увеличить производительность вашего двигателя, и вашего автомобиль, воздействуя также на коленчатый вал в направлении твои нужды! Кроме того, кратко описаны функциональные возможности две версии программного обеспечения. ОСНОВНОЙ ПРО анализ коленчатого вала Х Х конструкция коленчатого вала Х Х производительность двигателя расчет Х Х производительность автомобиля расчет Х Покупка NT-PROJECT — Феррара (Италия) — info @ ntproject.ком все Материальное содержание без присутствия мест коперто далле легги-суль-диритто-д’Аторе 2005/19

Коленчатый вал с крестообразным шлицем

Yamaha Technology 2009: Коленчатый вал с крестообразным шлицем

Совершенно новая конструкция коленчатого вала с поперечной плоскостью для увеличения дроссельной заслонки и управляемости за счет уменьшения силы инерции.

Функция
Поперечная конструкция означает, что каждая шейка кривошипа расположена под углом 90 ° по сравнению со следующей.
Таким образом, шатунные шейки пересекаются в двух плоскостях под углом 90 °, отсюда и название «перекрестный коленчатый вал».
Коленчатый вал с поперечной плоскостью разработан для уменьшения до минимума момента инерции, создаваемого двигателем.
Крутящий момент, который ощущает гонщик, представляет собой комбинацию двух видов крутящего момента: крутящего момента сгорания, возникающего непосредственно от запуска двигателя, и крутящего момента инерции, возникающего в результате движения деталей (таких как поршни и коленчатый вал) внутри двигателя.
Момент инерции действует как «шум», мешающий крутящему моменту сгорания и, таким образом, ощущению дроссельной заслонки для водителя.
Как и в случае с музыкой, мы не хотим, чтобы какие-либо трещины, сбои или другие помехи влияли на качество музыки. Другими словами, мы не хотим шума в музыке!
Благодаря конструкции с поперечной плоскостью больше нет шума, нарушающего крутящий момент сгорания. Это приводит к комбинированному крутящему моменту (крутящий момент сгорания плюс крутящий момент инерции), который почти равен крутящему моменту сгорания, и это улучшает ощущение дроссельной заслонки.

Ранее коленчатый вал с поперечной плоскостью использовался только на соревновательной технике из-за сложной формы шатунных шейек и деталей коленчатого вала, а также других факторов, включая колебания давления крутящего момента сгорания и уровни вибрации. По этим причинам эта асимметричная компоновка двигателя никогда ранее не использовалась на серийных 4-цилиндровых мотоциклах суперспорт.

Из-за этих особых требований и поглощения сил инерции новый коленчатый вал стал более прочным и тяжелым, чем на предыдущих моделях R1.

Коленчатый вал Crossplane 90 °: поршни поднимаются и опускаются в одиночку, чтобы распределить массу Обычный коленчатый вал 180 °: поршни поднимаются и опускаются вместе

Подробное объяснение: первичный и вторичный момент инерции
Сначала нам нужно начать с силы, которую генерирует каждый поршневой / коленчатый вал двигателя, которая влияет на ощущение дроссельной заслонки двигателя. Каждый движущийся компонент создает силы при ускорении и замедлении (F = m x a).Возникающие силы пытаются удерживать деталь в том направлении, в котором она движется, в то время как сама деталь замедляется. Это то, что мы обычно называем силой инерции.

Сила инерции — это сумма общей силы первичного поршня плюс общее усилие вторичного поршня.

Подробное объяснение этих сил следует на следующих 2 страницах.

Сила первичного поршня
«Первичная сила — это сила инерции, создаваемая массой поршня из-за проецируемого движения вращающейся шейки кривошипа по линии хода, передаваемого поршню через шатун.”
Другими словами: максимальное усилие, возникающее через каждые 180 °, когда поршень находится в ВМТ или НМТ, и наоборот. Каждый объект, который подвергается изменению скорости или направления, генерирует силу, которая сопротивляется этому изменению скорости или направления. В каждой мертвой точке эта сила максимальна и направлена ​​вдоль линии удара в том же направлении, в котором двигался объект.

Когда мы смотрим на 4-цилиндровый рядный двигатель, мы всегда видим «противодействующую» силу другого поршня, который одновременно движется в противоположном направлении.
Пример: поршень 1 движется вниз и в то же время поршень 2 движется вверх. Следовательно, результирующая обоих поршневых сил уравновешена и, таким образом, нейтрализует друг друга.
Это относится как к «обычному» коленчатому валу 180 °, так и к коленчатому валу с поперечной плоскостью.

Коленчатый вал 180 °:
Видео ниже: 4-й первичный цилиндр (кривошип 180 °):
Когда поршень 1 находится в ВМТ, поршень 2 находится в НМТ, и наоборот.
Когда поршень 4 находится в ВМТ, поршень 3 находится в НМТ, и наоборот.
В этой конфигурации у вас фактически есть два поршня, движущихся в одном направлении одновременно, и два других поршня, движущихся в одно и то же время в другом направлении. Силы обеих поршневых пар нейтрализуют друг друга.

Коленчатый вал с перекрестными плоскостями:
Видео ниже: Первичный 4 цилиндр (кривошип с перекрестными плоскостями):
Когда поршень 1 находится в ВМТ, поршень 4 находится в НМТ, и наоборот.
Когда поршень 3 находится в ВМТ, поршень 2 находится в НМТ, и наоборот.
Хотя теперь в пары используются разные поршни, коленчатый вал с крестообразным шлицем дает тот же результат.В этой конструкции сила одного поршня нейтрализует силу другого поршня.

Сила вторичного поршня
«Вторичная сила — это сила инерции, создаваемая массой поршня из-за проецируемого движения наружу и внутрь вращающейся шейки кривошипа перпендикулярно (горизонтально) линии хода, передавая движение поршню через наклонное соединение стержень.»
Другими словами: шатун / шатун перемещается от линии хода, когда он идет от ВМТ до 90 °, а затем начинает двигаться внутрь к линии хода от 90 ° до НМТ.Такое же движение шатуна / шатунной шейки происходит от НМТ обратно к ВМТ; Шатун / шатун перемещается от линии хода от НМТ до 270 ° и перемещается внутрь до линии хода от 270 ° до ВМТ. Вторичная сила максимальна в момент торможения поршня.
Силы вторичного поршня, создаваемые этим вторичным движением, проявляются в другом месте шатуна / шатунной шейки, чем силы первичного поршня. Время появления каждой вторичной поршневой силы имеет большое влияние, когда мы сравниваем различные 4-цилиндровые рядные конструкции коленчатого вала.

Коленчатый вал 180 °:
Видео ниже: Вторичный 4 цилиндра (кривошип 180 °):
При такой конструкции коленчатого вала все 4 поршня одновременно создают вторичное усилие в одном направлении. 2 поршня перемещаются из ВМТ в сторону 90 °, а 2 других поршня перемещаются из ВМТ на 270 °. Это приводит к накоплению всех сил, потому что все силы направлены в одном и том же направлении. Это общая вторичная сила этой конструкции коленчатого вала 180 °.

Коленчатый вал с перекрестной плоскостью:
Видео ниже: Вторичный 4 цилиндра (кривошип с перекрестной плоскостью):
С этой конструкцией коленчатого вала у нас есть 4 поршня, которые находятся в разных положениях друг от друга.
Два поршня в начале движения вниз, а два поршня в начале движения вверх.
Поршень 1 находится в ВМТ и перемещается на 90 °, а поршень 4 находится в НМТ и перемещается на 270 °. Оба этих поршня создают усилие, направленное вверх (движение шатуна наружу), НО поршень 2 находится под углом 270 ° и движется в ВМТ, в то время как поршень 3 находится под углом 90 ° и движется в НМТ. Оба этих поршня создают усилие, направленное вниз (движение шатуна внутрь).
Это означает, что поршни 1 & amp; amp; 4 представляют собой пару, направленную вверх, и поршни 2 & amp; amp; amp; 3 имеют силу, направленную вниз.
Силы, направленные вверх, компенсируются силами, направленными вниз.
Это означает, что коленчатый вал поперечной плоскости не имеет вторичной силы.

Заключение
При кросс-плоской конструкции коленчатого вала сила инерции (= момент инерции) снижается почти до нуля (остается небольшой шум из-за изгиба и скручивания коленчатого вала из-за поглощения силы инерции).Так что остается «чистый» крутящий момент сгорания. Ощущение крутящего момента сгорания — это то, что подразумевается под ощущением дроссельной заслонки. На крутящий момент сгорания больше не влияет момент инерции коленчатого вала с крестообразным шлицем. Это дает водителю ощущение, что он напрямую управляет задним колесом без каких-либо помех, что улучшает ходовые качества.

Порядок зажигания
Новая конструкция коленчатого вала приводит к новому порядку зажигания.
Этот порядок стрельбы дает наиболее плавный порядок стрельбы, возможный с такой структурой поперечной плоскости.
Новый порядок горения приводит к новой последовательности горения: 1-3-2-4,
со следующими интервалами: 270 ° 180 ° 90 ° 180 °.
Итак, это «нерегулярный» двигатель по сравнению с обычным 4-цилиндровым двигателем, который работает с интервалами 180 ° 180 ° 180 ° 180 °.

Смотрите фильмы о запуске этого двигателя.
[Щелкните правой кнопкой мыши и выберите «Сохранить цель как …», чтобы загрузить фильм]

YCC-I Фильм

Crossplane Movie

Расположение выхлопа
Порядок зажигания также влияет на расположение выхлопа.У кросс-самолетного двигателя колебания газа более резкие, а максимальное давление газа выше, чем у обычного двигателя.
Это означает, что выхлопная система должна быть более «открытой». Обычные трехкамерные глушители (как и в предыдущем R1) создают слишком высокое сопротивление воздушному потоку, поэтому в кроссовой R1 используется «однокамерная» схема выхлопа, известная из гонок.
Чтобы сохранить уровень шума в пределах норм шума, объем глушителя пришлось увеличить до пропорционально большего размера по сравнению с 3-х камерными схемами.
Принятая монокамерная конструкция с «беспрепятственным» потоком газа, наконец, обеспечивает высочайший уровень производительности и, кроме того, создает уникальный и захватывающий звук.
Легкие титановые глушители расположены под сиденьем. Это отличается от R6, у которого глушитель находится под двигателем. Это связано с тем, что для характеристик крутящего момента требуется определенная длина выхлопной трубы, а также потому, что требуется пространство для новой системы задней подвески типа M1 на R1.