Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания

Коленчатый вал является одним из наиболее нагруженных, напряжённых и дорогостоящих элементов двигателя внутреннего сгорания. Действие газовых и инерционных сил формирует значительные скручивающие, а также изгибающие напряжения в коленчатом валу. Помимо этого, периодическое изменение крутящих моментов вызывает его крутильные колебания.

Форма коленчатого вала имеет прямую зависимость не только от количества и расположения цилиндров, но и от тактности и порядка работы двигателя [рис. 1].

Рис. 1. Схема работы кривошипно-шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания.

а) – Четырёхцилиндровый рядный двигатель;

б) – Шестицилиндровый рядный двигатель;

в) – V-образный шестицилиндровый двигатель;

г) – V-образный восьмицилиндровый двигатель.

У четырёхцилиндровых двигателей кривошипы валов располагаются симметрично: первое и четвёртое колена направлены в одну стороны, а второе и третье – в противоположные, то есть смещены относительно первой пары на 180 градусов [рис. 1, а)]. Расположение кривошипов в рядных шестицилиндровых двигателях также попарно симметричное (1 и 6, 2 и 5, 3 и 4), а пары колен развёрнуты под углом 120 градусов, что позволяет равномерно чередовать рабочие ходы в отдельных цилиндрах, а также уравновешивает силы инерции [рис. 1, б)].

Рядные двигатели современных грузовых автомобилей комплектуются полноопорными коленчатыми валами, где коренные подшипники расположены с обеих сторон шатунной шейки. В рядных тракторных двигателях (А-01, Д-240, А-41 и прочие) коленчатые валы также имеют полноопорное исполнение. Данная форма коленчатого вала позволяет снизить напряжения и изгибающие моменты.

Коренные опоры коленчатого вала в V-образных двигателях размещают через отсек двух цилиндров, чьи шатуны опираются на одну шейку вала (ЗМЗ-35, ЗИЛ-130, СМД-60 и все двигатели КамАЗ и ЯМЗ). Коленчатые валы V-образных двигателей (в сравнении с рядными двигателями) не только короче, но и менее чувствительны к крутильным колебаниям [рис. 1, в) и г)].

Коленчатые валы современных двигателей изготавливаются посредством штамповки из стали либо отливки из специальных чугунов. Штампованные коленчатые валы производятся из среднеуглеродистых и марганцовистых сталей (двигатели ЗИЛ-130, СМД-60, КамАЗ, ЯМЗ, Д-240), а также легированных сталей для модификаций данных двигателей с турбонаддувом. Широкое применение в автомобильных карбюраторных двигателях (ВАЗ, ЗМЗ и прочие) нашли литые коленчатые валы, изготовленные из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Литые коленчатые валы имеют меньшую массу и сравнительно низкую стоимость производства. Включённый в структуру чугуна графит не только улучшает антифрикционные свойства, но уменьшает износ шеек. С целью повышения долговечности и износостойкости коренных и шатунных шеек коленчатых валов из стали их поверхности подвергают термообработке посредством закалки ТВЧ (токи высокой частоты), с последующей шлифовкой и полировкой.

Коленчатый вал [рис. 2] включает в себя следующие основные элементы: коренные шейки (1), которыми вал опирается на расположенные в блок-картере коренные подшипники; шатунные шейки (11); щёки (2) и (12), связывающие коренные и шатунные шейки; носок (переднего конца) и хвостовик (заднего конца). Переход от рабочей поверхности шейки к щеке должен быть плавным – галтель (13). Противовесы (14), установленные на щеках коленчатого вала, служат для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил инерции.

Рис. 2. Коленчатые валы.

а) – Коленчатый вал дизельного двигателя Д-240:

1) – Коренная шейка;

3) – Упорные полукольца;

4) – Нижний вкладыш пятого коренного подшипника;

6) – Маслоотражательная шайба;

7) – Установочный штифт;

9) – Зубчатый венец;

10) – Верхний вкладыш пятого коренного подшипника;

11) – Шатунная шейка;

15) – Болт крепления противовеса;

16) – Замковая шайба;

17) – Шестерня коленчатого вала;

18) – Шестерня привода масляного насоса;

19) – Упорная шайба;

22) – Канал подвода масла в полость шатунной шейки;

24) – Полость в шатунной шейке;

25) – Трубка для чистого масла;

б) – Упорный подшипник коленчатого вала карбюраторных двигателей:

6) – Коленчатый вал;

7) – Крышка распределительных шестерён;

10) – Задняя неподвижная шайба;

11) – Передняя неподвижная шайба;

14) – Крышка коренного подшипника;

16) – Упорная вращающаяся шайба;

17) – Распределительная шестерня;

в) – Коленчатый вал дизельного двигателя ЯМЗ-240Б:

1) – Коренная шейка;

2) – Шатунная шейка;

На носке коленчатого вала закрепляется одна либо две (двигатель Д-240) шестерни (17) и (18), которые передают вращение газораспределительному механизму и прочим механизмам двигателя, маслоотражательная шайба (6) и шкив (21) привода вентилятора. В двигателях ЗМЗ-53, ЗИЛ-130 и прочих на конце носка смонтирован храповик для проворачивания коленчатого вала посредством специальной рукоятки. На хвостовике коленчатого вала (за задним коренным подшипником) на некоторых двигателях выполнена маслосгонная резьба. Передний и задний концы коленчатого вала (в местах выхода из блок-картера) уплотнены сальниками.

С целью снижения массы коленчатого вала в высокооборотных двигателях шатунные шейки изготавливаются полыми. Данная полость (24) [рис. 2, а)] служит для центробежной очистки масла, которое поступает к шатунным шейкам. При увеличении относительных диаметров коренных и шатунных шеек возникает перекрытие шеек. Особенно большое перекрытие получается в низкооборотных двигателях. И в данном случае полости (19) [рис. 3] в шатунных шейках размещают наклонно. Жёсткость коленчатого вала возрастает с увеличением перекрытия шеек.

Рис. 3. Кривошипно-шатунный механизм дизельного двигателя СМД.

1) – Шкив коленчатого вала;

2) – Шестерня привода масляного насоса;

3) – Коленчатый вал;

5) – Втулка верхней головки шатуна;

7) – Стопорное кольцо;

8) – Поршневой палец;

10) – Поршневое маслосъёмное кольцо;

11) – Поршневые компрессионные кольца;

12) – Вкладыши коренных подшипников;

13) – Упорные полукольца;

14) – Маховик коленчатого вала;

16) – Фланец крепления маховика;

18) – Шестерня привода газораспределения;

19) – Масляная полость шатунной шейки;

20) – Шатунный болт;

21) – Крышка нижней головки шатуна;

22) – Вкладыш шатунного подшипника;

У большей части двигателей в коленчатом валу выполняются сверления для подвода масла к шатунным и коренным подшипникам.

Последние записи

Правила чистки генераторной установки

В процессе мойки и заправки ДВС маслом в обязательном порядке следует исключить прямое попадание на генераторную установку струи масла и воды. Очистка реле-регулятора и генератора от грязи и пыли [. ]

Запрещённые операции при эксплуатации генераторной установки переменного тока

Запрещено проверять исправность генераторной установки переменного тока посредством замыкания клемм «+», (В), (Д), (Ш), (О) перемычками на «массу» и между собой. При замыкании клеммы (Ш) на [. ]

Натяжение приводного ремня генератора

Натяжение приводного ремня генератора проверяется по прогибу между шкивами генератора и вентилятора, который от усилия 40 Н для автомобилей ЗИЛ-130 и тракторов «Беларусь» должен составлять 10-14 [. ]

Портал о сельскохозяйственной технике, машинах и агрегатах

Материалы: http://xn----itbachmidudk6msa.xn--p1ai/kolenchatyj-val-dvigatelya-vnutrennego-sgoraniya.html

• Коленчатый вал - что это такое
• 1. Что такое коленчатый вал, его основные задачи?
• 2. Материалы, из которых изготовлен коленчатый вал.
• 3. Конструкция коленчатого вала.
• 4. Обслуживание коленчатого вала.

Коленчатый вал – это одна из самых важных деталей любого двигателя. Она строго индивидуальна для каждой модели автомобиля и в процессе работы притирается к конкретному двигателю.

1. Что такое коленчатый вал, его основные задачи?

Коленчатый вал (коленвал) – это главный элемент двигателя автомобиля, являющийся частью кривошипно-шатунного механизма, который преобразует энергию сгорающих в цилиндрах двигателя газов в механическую энергию.

Главная задача коленчатого вала – преобразовать возвратно-поступательные движения поршней двигателя в крутящий момент, который через трансмиссию передаётся на колёса автомобиля. Одной из основных технических характеристик коленчатого вала, как и всего двигателя, является радиус кривошипа. Это расстояние от осей коренных шеек (шейки, в которых вращается коленвал в цилиндровом блоке) к осям шатунных шеек (шейки, которые вращаются внутри большой головки шатуна). Удвоенный радиус кривошипа являет собой длину хода поршня, которая определяет объём цилиндров. Если изменить длину радиуса кривошипа при неизменном диаметре цилиндра, это приведёт к изменению объёма цилиндров. Эту зависимость часто используют, чтобы менять технические характеристики всего двигателя в определённом направлении.

Подбирая соотношение длины хода поршня и диаметра цилиндра, двигатель можно сделать длиноходным (ход поршня превышает диаметр цилиндра) или короткоходным (диаметр цилиндра больше, чем ход поршня). Короткоходные двигатели дают возможность повысить мощность за счёт увеличения скорости вращения. А длиноходные двигатели более экономичны и обеспечивают высокий крутящий момент на низких оборотах.

При изменении параметров коленчатого вала происходит изменение всех параметров двигателя, поэтому нужно быть предельно осторожным, тюнингуя свой автомобиль, так как технические характеристики часто меняются не в лучшую сторону.

2. Материалы, из которых изготовлен коленчатый вал.

Когда двигатель работает, на коленчатый вал действую сильные нагрузки. Его надёжность определяется конструкцией и материалом, из которого он изготовлен. Этот элемент двигателя, как правило, имеет цельную структуру. А потому материалы для него должны быть максимально прочными, потому что от прочности коленчатого вала будет зависеть работа всей системы.

В качестве материалов для изготовления коленвалов используют углеродистую и легированную сталь либо чугун высокой прочности. Коленвал можно изготовить методом литья, методом ковки из стали или методом точения. Заготовки получают способом горячей штамповки или способом литья. Очень важно, как расположены волокна материалов в заготовках. Чтобы не допустить их перерезания в дальнейшей обработке, применяются гибочные ручьи. Когда заготовка готова, её дополнительно обрабатывают под высокой температурой и очищают от окалины (дробомётной машиной или методом травления).

Материал и способ производства коленвала подбирается в зависимости от типа и класса автомобиля.

1. В серийных моделях коленвал производят из чугуна методом литья. Это даёт возможность уменьшить себестоимость производства и уложиться в указанные расчёты.

2. Более дорогие спортивные модели оснащают кованным стальным коленвалом. Подобные детали имеют множество преимуществ над литыми по габаритам, весу и прочности, а потому всё чаще применяются в автомобилестроении.

3. Для самых дорогих двигателей коленвал вытачивают из цельного стального куска. При этом значительная часть материала попросту становится отходами.

3. Конструкция коленчатого вала.

Конструкция коленчатого вала определяются количеством цилиндров, их конфигурацией и порядком работы, от чего зависит расположение и количество коренных и шатунных шеек. Например, в двигателях V6 присутствует небольшое угловое смещение шатунных шеек по длине вала. В американской версии двигателя V8 коленвал напоминает крест, а в европейской версии V8 для спортивных автомобилей коленвал плоский. Несмотря на всё это, конструкция разных коленчатых валов очень похожа. Конструктивно коленчатый вал состоит из таких основных элементов:

1. Коренные шейки – опорная шейка, которая находится в коренном подшипнике (располагается в картере двигателя).

2. Шатунные шейки – опорные шейки, которые связывают коленвал с шатунами (в них проходят масленые каналы для смазки) и служат опорой для шатунов.

3. Щёки вала – элемент, который связывает между собой коренные и шатунные шейки.

4. Носок (выходная передняя часть вала) – часть, на которую крепится зубчатое колесо либо шкив отбора мощности, соединяющиеся с газораспределительным механизмом, распределительным валом, гасителем крутильных колебаний, вспомогательными узлами и элементами.

5. Хвостик (выходная задняя часть вала) – часть, которая соединяется с маховиком или шестернёй отбора мощности.

6. Противовесы – элемент коленвала (по сути, продолжение щеки в противоположную сторону от шатунных шеек), который отвечает за разгрузку коренных шеек от сил инерции нижних частей шатунов и неуравновешенных масс кривошипа и обусловливают плавную работу двигателя.

7. Подшипники скольжения – обеспечивают вращение коленчатого вала на опорах. Подшипники являют собой тонкостенные вкладыши, изготовлены из стальной ленты с антифрикционным слоем. Вкладыши фиксируются в опоре выступом, который не позволяет им перекручиваться или за счёт тугой посадки. Наличие смазки обеспечивает простое вращение в подшипниках на протяжении долгого времени.

8. Упорный подшипник скольжение – элемент, который не допускает осевых перемещений коленчатого вала. Он устанавливается на крайнюю коренную шейку или на среднюю коренную шейку. Количество коренных шеек, обычно, превышает количество шатунных на единицу (такой коленвал называют полноопорным) и они имеют больший диаметр.

Коленом называют шатунную шейку, которая располагается между двумя щеками. Положение колен определяется особенностями работы двигателя, положением его цилиндров и должно обеспечивать его уравновешенность, минимальные колебания и минимальные крутильные моменты.

Место перехода шейки к щеке – это самое нагруженное место в конструкции коленвала. Для того, чтобы снизить напряжение на это место, переход делают с галтелью (радиусом закругления). Галтели увеличивают длину вала и для снижения этого значения их углубляют в шейку или щеку. Все коренные и шатунные шейки интегрированы в смазочную систему двигателя. Эти элементы смазываются под давлением. Подвод масла организован к каждой из коренных шеек от общей магистрали в индивидуальном порядке. А к шатунным шейкам масло попадает по каналам в щеках.

4. Обслуживание коленчатого вала.

Коленчатый вал, как и любая деталь автомобиля требует периодического обслуживания. Для этого нужно уметь его снимать и устанавливать обратно.

Снятие коленчатого вала производится в такой последовательности:

1. Демонтируется двигатель из автомобиля, а потом из него снимаются все элементы.

После снятия производится проверка коленчатого вала.

Алгоритм проверки коленчатого вала:

1. Промыть бензином все составляющие и просушить деталь.

2. Тщательно осмотреть коленвал на наличие негативных следов от использования (трещины, сколы, сильный износ). Если же коленвал признан непригодным для дальнейшей эксплуатации, то придётся приобрести новый.

3. Прочистить, промыть и продуть сжатым воздухом все каналы для масла, предварительно открутив пробки.

4. Если на шатунных шейках обнаружены задиры или царапины, то их необходимо отшлифовать и отполировать. После этого опять следует продуть воздухом масляные каналы.

5. Осмотреть вкладыши коренных подшипников. Если на них есть дефекты, то их необходимо заменить на новые.

6. Осмотреть маховик и при обнаружении на нём дефектов, маховик стоит заменить.

7. Осмотреть подшипник носка и, если на нём есть негативные следы эксплуатации, то его нужно выпрессовать и запрессовать новый.

8. Осмотреть сальник, который находится в крышке распределительных звёздочек и при необходимости заменить эту деталь. При большом пробеге автомобиля сальник меняют в обязательном порядке.

9. Сменить и обжать набивку заднего уплотнения коленвала.

10. Проверить резиновые уплотнители, которые расположены в держателе набивки. Если они непригодны для дальнейшего использования, то их нужно заменить.

После проверки коленчатый вал необходимо установить обратно. Установка коленчатого вала производится в обратной последовательности к его снятию. Перед установкой нужно обязательно смазать все шейки и другие элементы коленвала моторным маслом. После установки следует проверить, что коленчатый вал вращается легко и плавно. В противном случае придётся его опять снять и установить заново, добиваясь плавности хода.

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

• © 2017 Auto.Today
• Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
• Конфиденциальность
• Реклама на сайте
• Редакция

Редакция портала может не разделять мнение автора и не несет ответственности за авторские материалы, за достоверность и содержание рекламы

Материалы: http://auto.today/bok/1893-kolenchatyy-val.html

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) сам по себе не может стронуть с места автомобиль, потому что поршни способны только на поступательное движение, которое должно быть преобразовано через коленвал в крутящий момент, обязательный для трансмиссии. Иными словами, последний служит передачей между ДВС и ведущими колесами, если не принимать во внимание ряд других узлов и механизмов.

• 1 Из чего состоит коленвал
• 2 Как работает коленчатый вал двигателя
• 3 Шестерня коленвала и ее значение

Как известно, гениальность – в простоте, и коленвал является ярким тому примером, так как устройство данного автомобильного узла не отличается сложностью, а эффективность его чрезвычайно высока. Именно этот элемент кривошипно-шатунного механизма, выполненный из стали или чугуна, несет на себе основную нагрузку вращения колес, передавая им энергию двигателя. Составлен вал из ряда колен (число их соответствует числу цилиндров ДВС), каждое из которых состоит из двух щек и соединяющей их шатунной шейки. Между собой колена связаны коренными шейками, снабженными одноименными подшипниками.

Преобразование поступательного движения в крутящее происходит за счет того, что оси шеек, соединенных через подшипники с шатунами, не совпадают с осью вращения всего вала. К слову, во избежание возникновения центробежных сил во время работы узла щеки с противоположной стороны от шатунных шеек утяжелены противовесами. Таково устройство коленчатого вала в целом, если не рассматривать маховик, устанавливаемый на одном конце узла, и соединение через ведомый диск с коробкой передач на другом конце.

Итак, в камерах двигателя внутреннего сгорания, после воспламенения нагнетенного туда горючего, образуются газы, которые, расширяясь, толкают поршни. Те, в свою очередь, оказывают воздействие на присоединенные к ним шатуны через кинематическую пару (бронзовая втулка и палец, тончайший зазор между ними заполнен маслом, подающимся сквозь отверстие во втулке). Шатун нижней головкой через подшипник соединен с шейкой колена, расположенного на валу, и каждое движение поршня, таким образом, проворачивает весь коленчатый вал двигателя.

Чтобы крутящий момент был передан на трансмиссию без ослабления, каждую коренную шейку охватывает специальный подшипник коленвала, состоящий из двух половинок, установленных внутри крышек картера. В последнем предусмотрены ячейки для вращающихся колен, с отверстиями для шатунов в верхней части и поддоном для масла в нижней. Между ячейками, по числу опорных шеек, располагаются подшипники, у каждого вместо элементов качения с внутренней стороны имеется канавка для масла.

Чтобы масло не вытекало из картера, на оба конца вала устанавливаются сальники, которые также имеются с каждой стороны от опорных подшипников.

Когда картер полностью собран, снаружи устанавливается сальник, а затем – шестерня коленвала. Необходима она для того, чтобы через зубчатый ремень или непосредственно через шестерню распределительного вала происходила его синхронизация с работой коленчатого вала. В свою очередь распредвал посредством установленных на нем кулачков с определенной периодичностью открывает и закрывает клапаны газораспределительного механизма (ГРМ). Это необходимо для своевременной подачи в цилиндры ДВС топлива и отвода газов после его сгорания.

Если используется ременная передача, она попутно охватывает шкив насоса охлаждающей жидкости. К слову, натяжение ремня должно быть строго отрегулировано, для этого предусмотрен специальный ролик. Если у шестерни вдруг обнаружится люфт, проверьте, насколько надежно сидит в своем гнезде шпонка коленвала. Даже после того, как последняя будет вынута, шестерня при натянутом ремне должна сидеть достаточно плотно. Если люфт продолжается, значит, произошла деформация посадочного места, и не остается ничего другого, кроме как поменять вал. То же самое, если разбивает гнездо под шпонку.

Материалы: http://carnovato.ru/kolenval-kolenchatyj-val-dvigatel-ustrojstvo/