Как устроен коленчатый вал и как он устанавливается? Двигатель коленчатый вал


КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ

КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ

Коленчатый вал представляет собой деталь сложной конфигурации или узел деталей, характерный для составного вала, оснащается консолями для фиксирования шатунов, служащих для передачи плоско-поступательного движения коленчатому валу, который трансформирует это движение во вращательное, передавая вращение трансмиссии и приводным приспособлениям. Коленчатый вал является составным элементом кривошипно-шатунного механизма.

Конструкция коленчатого вала представляет собой относительно нежесткую деталь, на которую приходятся достаточно большие изменчивые нагрузки, во время работы на него действуют силы кручения и он подвергается изгибу. Коленчатый вал состоит из: коренных шеек; шатунных шеек; щеки; передней выходной части вала — носка; задней выходной части вала — хвостовика; противовесов. Коренные шейки являются опорами вала, которые находятся в коренных подшипниках, установленных в картере двигателя. Шатунные шейки — опоры вала, направленные на соединение с шатунами. Щечки выполняют функцию соединения коренных и шатунных шеек.

Передняя выходная часть вала определяется как часть для крепления шестерни или шкива отбора мощности для привода газораспределительного устройства и всевозможных дополнительных участков, систем и приспособлений. Задняя выходная часть вала служит для объединения с маховиком или массивной шестерней отбора ключевого количества мощности. Противовесы предназначены для создания разгрузки коренных подшипников относительно центробежных сил инерции первого порядка неуравновешенных масс кривошипа и нижнего компонента шатуна.

Коленчатый вал производится из стали, характеризуемой упрочением токами высокой частоты или азотированием, а также из высокопрочного чугуна. Противовес создается как единое целое с коленчатым валом, в противном случае противовесы напрессовываются на вал. Коленчатый вал устанавливается таким образом, чтобы опираться коренными шейками на коренные опоры картера двигателя, шатунные шейки фиксируются вместе с нижними головками шатунов. Коренные и шатунные шейки присоединяются при помощи щечек, которые организуют кривошипы вала. Неуравновешенные массы образуют центробежные силы на подшипниках вала, для их разгрузки предназначены противовесы.

В передней части вала предусмотрен сальник для уплотнения, при этом держателем сальника является корпус масляного насоса. Передняя часть вала оснащается зубчатым шкивом привода топливного насоса высокого давления и распределительного механизма двигателя и шкивом ременной передачи для привода генератора, водяного насоса и различных устройств и систем автомобиля. Сальником обеспечивается и задний конец вала, этот сальник фиксируется при помощи специального держателя. На задней стороне коленчатого вала имеется фланец, предназначенный для крепления диска привода, что характерно для моделей автомобилей, оснащенных автоматической коробкой передач, или маховика.

Для произведения ремонтных работ коленчатого вала необходимо перешлифовать коренные, шатунные шейки относительно следующего ремонтного размера. После проведения ремонтных работ коленчатый вал должен устанавливаться с маховиком и сцеплением, которые имелись до ремонта, при этом в обязательном порядке производится балансировка коленчатого вала со сцеплением. В случае дисбаланса создаются углубления в маховике посредством высверливания.

Коленчатые валы двигателя относительно диаметра коренных и шатунных шеек делятся на классы, при этом деление на классы является индивидуальной для каждого двигателя. Точность диаметральных габаритов коренных и шатунных шеек варьируется относительно 1—2 классов, при этом чистота поверхности определяется 8—10 классами и выше; допускаются отклонения на овальность и конусность, которые для автомобильных двигателей соответствуют отрезку от 0,010 до 0,005 мм. Расхождение в параллельности осей коренных и шатунных шеек не превышает 0,01 мм по всей длине каждой шатунной шейки; радиус кривошипа может иметь допуски в 0,05—0,15 мм.

Если отклонения радиусов кривошипов и угловых развала слишком велики, то образуется неравномерная степень сжатия в разных цилиндрах и относительно сдвига фаз распределения, что неблагоприятно отражается на работе двигателей. Для подшипников скольжения коленчатые валы должны обладать высокими требованиями к поверхности шеек, усиленной износостойкостью и усталостной прочностью. Маркировка должна наноситься на передней щечке вала, верхние цифры соответствуют классам шатунных шеек с первой по шестую, при рассмотрении поочередно слева направо, нижние цифры являются классами коренных шеек с первой по седьмую слева направо. Также маркировка может задаваться с номинальным значением диаметра, с диаметрами ремонтного размера с установленным снижением.

Коленчатый вал отслеживается по 80—90 позициям, например размер, форма, относительное положение контролируемых поверхностей вала, параллельность оси шеек, положение шатунных шеек относительно коренных, угловое положение шатунных шеек относительно друг к другу, угловое положение шпоночной канавки относительно кривошипов, положение торца фланца относительно оси коренных шеек и др. Для трудоемкого и непростого процесса контроля используются специальные многомерные индикаторные, пневматические, электронные измерительные приспособления.

Стальные коленчатые валы среднего размера, предназначенные для крупносерийного и массового производства, создаются с помощью ковки в закрытых штампах на молотах и прессах, весь процесс изготовления заготовки реализуется несколькими операциями. Производится предварительная и окончательная ковка в штампах, а далее переходят к обрезке облоя с помощью обрезного пресса, к горячей правке в штампе под молотом.

При создании заготовки коленчатого вала большое внимание уделяется расположению волокон материала, для того чтобы исключить возможность перерезания материала на дальнейших этапах механической обработки, поэтому широкое использование получили штампы, оснащенные специальными гибочными ручьями. Пройдя штамповку, коленчатые валы подвергаются термообработке, нормализации, очистке от окалины при помощи травления или обработке с помощью дробеметной машины. На механическую обработку шеек допускаются припуски в 3—4 мм на сторону со штамповочными уклонами 7—10°. Точность заготовок определяется 8—9 классом. Допустимая кривизна в плоскости разъема штампов для автомобильного коленчатого вала составляет менее 1,5—1 мм, смещение от сдвига штампов разрешается не более 2 мм.

Литые заготовки коленчатых валов производятся из высокопрочного чугуна, модифицированного магнием, для изготовления применяется способ прецизионного литья, т. е. в оболочковых формах, произведенные этим способом валы отличаются по сравнению со штампованными валами рядом положительных качеств, например высоким коэффициентом применения металла. Литые заготовки отличаются наличием внутренних полостей, которые образуются в результате отливки. Припуск на обработку должен быть менее 2,5 мм на сторону отклонения, соответствующего 5—8 классу точности. Снижение колебания припуска и начальной неуравновешенности способствует лучшему качеству при эксплуатации. Отлив в оболочковых формах осуществляется в горизонтальном положении: в случае, когда в одной форме необходимо произвести отлив двух валов, заливка металла создается с помощью общего литника.

Правка валов создается как следующий шаг после нормализации в горячем состоянии в штампе, на прессе после извлечения из печи, не прибегая к повторному подогреву.

Механическая обработка: главными базами для коленчатого вала являются опорные поверхности коренных шеек. К сожалению, они не могут использоваться как технологические на всех шагах обработки, поэтому иногда технологическими базами становятся поверхности центровых отверстий. Небольшая жесткость вала для некоторых этапов обработки, производимых в центре, заставляет создавать вспомогательные базы, которыми являются наружные поверхности предварительно обработанных шеек. Для обработки шатунных шеек, по техническим условиям обязанных иметь угловую координацию, выбирается опорная технологическая база в виде специально фрезерованной площадки на щеках. В результате действия сил резания возникает деформация коленчатого вала, поэтому необходимо произвести достаточно большое количество раз, примерно от 3 до 9, правку коленчатого вала с помощью пресса. Однако правка способна образовать внутренние напряжения, приводящие к последующей деформации вала, что также является нежелательным воздействием.

Технологические опорные базы представляются в качестве фрезерованных площадок на щеках коленчатого вала и обрабатываются до и после предварительной обработки. Также необходимо произвести токарную обработку коренных и шатунных шеек, коренные шейки обрабатываются на обычных токарных станках, затем они берутся как технологические базы для обработки шатунных шеек и остальных поверхностей. Обработку коренных шеек многоколенных валов осуществляют специализированными станками, оснащенными центральным или двусторонним приводом для снижения скручивающего и изгибающего моментов. Затем производится отделка смазочных каналов и внутренних плоскостей, далее необходимо отшлифовать шейки коленчатого вала.

Балансировка при массовом производстве создается при помощи автоматических балансировочных станков или автоматических линий. Необходимо проанализировать диаметральные размеры шеек, отверстия под подшипник во фланце, длину шатунных и коренных шеек, дистанцию от базового торца, радиус кривошипа, биение шеек и торца фланца по отношению к крайним коренным шейкам, взаимное отношение коренных и шатунных шеек относительно длины и расстояния от базового торца, угловое расположение кривошипов, местонахождение установочного отверстия и шпоночной канавки по отношению к коренным и шатунным шейкам. Также производится обкатка крупных коленчатых валов. Специальные токарные станки с неподвижным валом применяются для обкатки шатунных шеек.

Кстати, качественные фланцы смотрите здесь. Рекомендуем, проверенный производитель.

enciklopediya-tehniki.ru

Как устроен коленчатый вал и как он устанавливается? :: SYL.ru

Коленчатый вал – это неотъемлемая функциональная часть двигателя внутреннего сгорания. Именно эта деталь преобразует возвратно-поступательные движения поршневой группы в крутящий момент, который передается на колеса. А состоит он из 6 деталей – щёк, шатунных и коренных шеек, хвостика, фланца и противовесов.

Сколько может служить данная деталь?

Вообще данного механизма может хватать и на 500 тысяч километров (больше, чем у всех остальных агрегатов двигателя). После этого автомобилю требуется ремонт коленчатого вала. Но если мотор будет небрежно эксплуатироваться, коленвал можно угробить и за 100 тысяч километров. Определить необходимость грядущего ремонта  данного механизма можно и самостоятельно. Для этого достаточно выявить степень износа коренной и шатунной шеек. Если их состояние критичное, производится шлифовка коленчатого вала, после которой деталь снова может быть пригодна к эксплуатации. Делается вся работа исключительно на профессиональном оборудовании, поскольку она требует высокой точности и соблюдения всех требований. Самостоятельно можно лишь установить коленчатый вал на автомобиль, сэкономив при этом деньги на услугах СТО.

Как установить деталь? Способ номер 1

Для начала нам нужно открутить пробки и вычистить отложения, образовавшиеся в шатунных шейках. Для этого нам понадобится применить специальные крючки. После этого можно протереть внутренности тряпкой, смоченной в бензине. Затем закручиваем пробки. Герметик при этом использовать не обязательно. После этого промываем все полости тем же бензином. Затем прокручиваем коленчатый вал, дабы устранить образовавшуюся жидкость. Теперь можно переходить к установке. Сначала фиксируем данную деталь. Для этого включаем 4 передачу и выжимаем ножной тормоз. Затем блокируем зубчатый венец маховика. Не стоит применять для фиксации стержень, продетый в блокировочное отверстие шкива. Если коленчатый вал находится в разукомплектованном состоянии, нужно собрать его в одно целое. Для этого устанавливаем шестерню привода, упорную шайбу и опорные кольца на место, при этом смазываем их машинным маслом. После монтируем шпонку распредвала и шестерню привода. И напоследок смазываем сальник.

Способ номер 2

Если этот способ кажется вам трудным, можете попробовать более простой метод установки коленчатого вала.

  1. Демонтируем поддон, масляный насос и ремень генератора.
  2. Меняем шатунные шейки.
  3. Немного ослабляем крышки заднего сальника и коренных подшипников, предварительно опустив коленчатый вал вниз на пару миллиметров.
  4. Выворачиваем вкладыш и на его место устанавливаем новый.
  5. Протягиваем крышки коренных опор.
  6. Проверяем, все ли установлено на своих местах.
  7. Вращаем коленчатый вал и проверяем затяжку.
  8. Доливаем масло и обратно устанавливаем масляный насос и поддон.

Все, установка завершена!

Заключение

Напоследок немного полезной информации. Для того чтобы коленчатый вал прослужил как можно дольше, можно произвести хромирование шеек, благодаря чему они станут более прочными и износостойкими.

www.syl.ru

Коленчатый вал (коленвал)

Коленвал принимает на себя энергию от движущегося поршня через шатун. Собственно, к коленвалу крепится нижняя (кривошипная) головка шатуна, а к поршню – верхняя. Благодаря своей форме коленвал преобразует возвратно-поступательные движения шатуна во вращательные, и затем передает крутящий момент на трансмиссию.

 

 

Основная рабочая часть коленвала – это ряд коренных и шатунных шеек, соединенных между собой щеками.

 

 

Расстояние между осями коренных и шатунных шеек называется радиусом кривошипа. Этот параметр определяет длину хода поршня в цилиндре.

 

 

Коренные шейки вращаются только в одном измерении – они закреплены внутри подшипников скольжения в специальных постелях, выточенных в корпусе блока цилиндров или картера двигателя. С другой стороны подшипники коренных шеек фиксируются крышками коренных подшипников, которые крепятся к блоку цилиндров болтами.

 

 

Шатунные шейки также снабжены подшипниками скольжения и соединены с шатунами. Они вращаются как внутри головки шатуна вокруг своей оси, так и по большой окружности вокруг оси, на которой расположены коренные шейки.

Когда каждая шатунная шейка коленвала с двух сторон окружена коренными шейками, такие коленвалы называются полноопорными.

 

 

Если же некоторые шатунные шейки идут подряд, то такой коленвал – неполноопорный.

 

 

Между собой шатунные и коренные шейки соединены с помощью щёк – толстых и крепких металлических пластин сложной формы. Место, где шейка коленвала переходит в щёку называется галтель, и для того, чтобы не создавать точек концентрации нагрузки, этот переход выполнен плавно, с закруглением.

 

 

Щёки коленвала, помимо соединения шеек, выполняют также функцию противовесов. Если быть точным, то вес поршня и шатуна уравновешивает продолжение щеки в направлении от шатунной шейки к коренной. Иногда противовесы являются не литыми/коваными продолжениями щёк, а прикручиваются болтами. Противовесы избавляют двигатель от лишних колебаний.

На четырехцилиндровых рядных двигателях шатунные шейки расположены в ряд.

 

 

На V-образных моторах щеки коленвала направлены в разные стороны под углом, который зависит от угла развала цилиндров. Также на V-образных двигателях некоторые шатуны работают на общей шатунной шейке. На оппозитных двигателях шатунные шейки находятся друг напротив друга, т.е. «развалены» на 180 градусов.

 

Нагрузки на коленвал очень велики, поэтому он массивен и монолитен. Для бюджетных машин с не сильно нагруженными двигателями коленвалы льют из чугуна, так как эта технология относительно недорогая. Двигатели, которые испытывают более высокие нагрузки, оснащаются стальными коленвалами, которые не льют, а куют. Ну и, наконец, коленвалы для наиболее дорогих и мощных двигателей вытачивают из цельных кусков стали.

Внутри коленвала находятся масляные каналы для подачи масла на коренные и шатунные подшипники. Из шатунных подшипников через каналы внутри шатунов подается смазка на поршневые пальцы.

 

 

Задняя часть коленвала - хвостовик - передает крутящий момент на трансмиссию с помощью маховика для автомобилей с МКПП или с помощью гидротрансформатора для классических АКПП.

Передняя часть коленвала называется носком. Если задняя часть коленвала передает крутящий момент на трансмиссию, то передняя – на распредвалы, масляный насос, помпу системы охлаждения, генератор и компрессор кондиционера. Соответственно, на переднем конце коленвала расположены зубчатый шкив ремня ГРМ (или шестеренка ГРМ для двигателей с цепным приводом), а также шкив ремня масляного насоса и шкив привода вспомогательных агрегатов.

 

 

Обычно в шкив вспомогательных агрегатов интегрирован гаситель крутильных колебаний коленвала. На большинстве автомобилей он представляет собой резиновый демпфер. Реже используются сложные гасители – маятниковые или масляные. Шкив демпфера часто работает в роли ротора датчика положения коленвала.

 

 

На переднем и заднем концах коленвала, точнее – в том месте где он соприкасается с внешними стенками блока цилиндров, располагаются сальники коленвала. Они герметизируют блок цилиндров и не дают моторному маслу вытекать наружу.

 

 

Со временем сальники коленвала изнашиваются и начинают пропускать масло – тогда их необходимо заменить. Как правило, передний сальник коленвала служит меньше, чем задний.

knowcar.ru

Коленчатый вал двигателя (коленвал): работа, устройство, вращение |

Коленчатый вал или, как часто говорят автомобилисты, «коленвал» – это одна из самых значительных (и не только по размеру) и ответственных деталей современного двигателя. Он располагается в нижней части блока цилиндров, снизу его закрывает картер – поддон двигателя, заполненный моторным маслом.

Как видно на фото, этот элемент имеет довольно сложную форму. Его основными составными частями являются:

  • коренные шейки;
  • шатунные шейки;
  • щеки;
  • противовесы.

Коренные (опорные) шейки служат для опоры коленвала в так называемых «постелях». В них крепятся не смещающиеся в процессе работы подшипники, обеспечивающие вращение. Поскольку на коренные шейки приходятся более значительные нагрузки, их диаметр больше, чем у шатунных.

Шатунные шейки (колена) – это опорные поверхности шатунов. С учетом порядка работы цилиндров колена смещаются относительно оси вращения на определенные углы.

Если коленчатый вал сконструирован так, что по обе стороны от каждой шатунной шейки находятся опорные, то он называется полноопорным, в противном случае – неполноопорным. В современных автомобильных двигателях наибольшее распространение имеют именно полноопорные коленвалы.

Колена соединены между собой щеками. Противовесы, являющиеся продолжениями щек в сторону противоположную колену, уравновешивают центробежные силы, возникающие при вращении. Внутри коленвала имеется масляные каналы, при помощи которых происходит смазка шатунных шеек.Коленчатый вал двигателя (коленвал): работа, устройство, вращение

Материал и технология производства зависят от класса и назначения автомобиля:

  1. Для стандартных серийных автомобилей коленчатый вал отливается из чугуна, этим достигается минимальная себестоимость производства.
  2. Коленвал более мощных и спортивных машин кованый и изготовлен из стали. По сравнению с чугунным он обладает улучшенными характеристиками по таким параметрам, как габариты, вес и прочность.
  3. Самый дорогостоящий вариант, использующийся в люксовых моделях, – коленчатый вал, выточенный из цельного куска стали.

Место перехода щек в шейки является самым нагруженным, так как здесь концентрируются максимальные напряжения. Для того чтобы разгрузить соединение, его выполняют с полукруглым переходом (галтелью). Как правило, галтели делают двойными с промежуточным технологическим пояском. Такое конструктивное решение позволяет сохранить максимальное значение активной площади шеек – поверхности, находящей под вкладышами.

Как раз по причине возникновения высоких нагрузок в соединениях, не нашел широкого применения коленчатый вал составной конструкции, в котором отдельные части соединены между собой крепежом.

При помощи кривошипно-шатунного механизма двигателя возвратно-поступательное движение поршней цилиндров двигателя переходит во вращательное движение и передается через трансмиссию к колесам автомобиля. Коленчатый вал как раз и нужен для того чтобы выполнить такое превращение. При работе каждый из поршней четырехтактного двигателя постоянно находится в одном из тактов:

  • впуск;Коленчатый вал двигателя (коленвал): работа, устройство, вращение
  • сжатие;
  • рабочий ход;
  • выпуск.

В фазе рабочего хода поршень толкает связанный с ним шатун, а тот, в свою очередь, смещает коленчатый вал. Так реализуется вращение. Следующий по порядку работы цилиндров двигателя поршень в это время сжимает горючую смесь и после ее воспламенения толкает свой шатун, в результате чего коленчатый вал непрерывно вращается.

К заднему, если смотреть со стороны расположения ремней/цепей механизма газораспределения, концу коленвала через фланец при помощи болтов крепится маховик – массивный чугунный диск с напрессованным зубчатым венцом (см. фото). Для того чтобы маховик не смещался и не нарушалась балансировка, предусмотрены центровочные штифты или специальные болты, расположенные несимметрично. Для предотвращения утечек масла на фланец маховика устанавливается дополнительное уплотнение (сальник).

Маховик накапливает энергию, необходимую для поддержания равномерного вращения в промежутках между воспламенениями горючей смеси в цилиндрах и выводит поршни из мертвых точек (крайних верхних и нижних положений поршня в цилиндре). Зубчатый венец маховика связан с шестерней стартера. При пуске двигателя маховик проворачивается стартером, придавая валу начальное вращение. Наконец, именно через маховик на узлы и агрегаты трансмиссии передается вращательное движение.

Обычно для контроля правильности установки фаз газораспределения на маховике имеются метки, указывающие положение первого поршня в верхней мертвой точке.

В передней части коленвала, называемой «носком», устанавливается шкив или шестерня привода газораспределительного механизма, элементов системы охлаждения и других агрегатов (см. фото). Носок уплотняется кольцевой манжетой (сальником). Кроме того, с внешней стороны носка в крышке двигателя устанавливается пылеотражатель, препятствующий проникновению загрязнений в картер.

tula-intim.ru

Коленчатый вал — WiKi

История

Впервые столь важную механическую деталь как коленчатый вал описал и сконструировал средневековый учёный Аль-Джазари в Османской империи в 13 веке. В 1206 году в трактате «Китаб фи марифат аль-хиял аль-хандасийя» (Книга знаний об остроумных механических устройствах) описан механизм вала.

Основные элементы коленчатого вала

  • Коренная шейка — опора вала, лежащая в коренном подшипнике, размещённом в картере двигателя.
  • Шатунная шейка — опора, при помощи которой вал связывается с шатунами (для смазки шатунных подшипников имеются масляные каналы).
  • Щёки — связывают коренные и шатунные шейки.
  • Передняя выходная часть вала (носок) — часть вала на которой крепится зубчатое колесо или шкив отбора мощности для привода газораспределительного механизма (ГРМ) и различных вспомогательных узлов, систем и агрегатов.
  • Задняя выходная часть вала (хвостовик) — часть вала соединяющаяся с маховиком или массивной шестернёй отбора основной части мощности.
  • Противовесы — обеспечивают разгрузку коренных подшипников от центробежных сил инерции первого порядка неуравновешенных масс кривошипа и нижней части шатуна.
  Выемка коленчатого вала из блока дизельного двигателя трактора

Материал и способы получения заготовок для коленчатых валов

Коленчатые валы изготовляют из углеродистых, хромомарганцевых, хромоникельмолибденовых, и других сталей, а также из специальных высокопрочных чугунов. Наибольшее применение находят стали марок 45, 45Х, 45Г2, 50Г, а для тяжело нагруженных коленчатых валов дизелей — 40ХНМА, 18ХНВА и др. Преимуществом стальных валов является наивысшая прочность, возможность получения высокой твёрдости шеек азотированием, чугунные валы - дешевле.

Заготовки стальных коленчатых валов средних размеров в крупносерийном и массовом производстве изготовляют ковкой в закрытых штампах на молотах или прессах, при этом процесс получения заготовки проходит несколько операций. После предварительной и окончательной ковки коленчатого вала в штампах производят обрезку облоя на обрезном прессе и горячую правку в штампе под молотом.

В связи с высокими требованиями механической прочности вала большое значение имеет расположение волокон материала при получении заготовки во избежание их перерезания при последующей механической обработке. Для этого применяют штампы со специальными гибочными ручьями. После штамповки перед механической обработкой, заготовки валов подвергают термической обработке — нормализация — и затем очистке от окалины травлением или обработкой на дробеметной машине.

Литые заготовки коленчатых валов изготовляют обычно из высокопрочного чугуна, модифицированного магнием. Полученные методом прецизионного литья (в оболочковых формах) валы по сравнению со «штампованными» имеют ряд преимуществ, в том числе высокий коэффициент использования металла и хорошее демпфирование крутильных колебаний, позволяющее часто отказаться от внешнего демпфера на переднем носке вала. В литых заготовках можно получить и ряд внутренних полостей при отливке.

Припуск на обработку шеек чугунных валов составляет не более 2,5 мм на сторону при отклонениях по 5-7-му классам точности. Меньшее колебание припуска и меньшая начальная неуравновешенность благоприятно сказываются на эксплуатации инструмента и «оборудования», особенно в автоматизированном производстве.

Правку валов производят после нормализации в горячем состоянии в штампе на прессе после выемки заготовки из печи без дополнительного подогрева.

Масляные отверстия в коленвалах соединяют обычно соседние коренную и шатунную шейку, и выполняются сверлением. Отверстия в щёках при этом зачеканиваются либо закрываются пробками на резьбе.

Крупноразмерные коленчатые валы, такие как судовые, а также коленвалы двигателей с туннельным картером являются разборными, и соединяются на болтах. Коленвалы могут устанавливаться не только на подшипниках скольжения, но и на роликовых (шатунные и коренные), и шариковых (коренные в маломощных моторах). В этих случаях и к точности изготовления, и к твёрдости предъявляются более высокие требования. Такие валы всегда изготовляют стальными.

Механическая обработка коленчатых валов

Сложность конструктивной формы коленчатого вала, его недостаточная жесткость, высокие требования к точности обрабатываемых поверхностей вызывают особые требования к выбору методов базирования, закрепления и обработки вала, а также последовательности, сочетания операций и выбору оборудования. Основными базами коленчатого вала являются опорные поверхности коренных шеек. Однако далеко не на всех операциях обработки можно использовать их в качестве технологических. Поэтому в некоторых случаях технологическими базами выбирают поверхности центровых отверстий. В связи со сравнительно небольшой жесткостью вала на ряде операций при обработке его в центрах в качестве дополнительных технологических баз используют наружные поверхности предварительно обработанных шеек.

При обработке шатунных шеек, которые в соответствии с требованиями технических условий должны иметь необходимую угловую координацию, опорной технологической базой являются специально фрезерованные площадки на щеках[1]. По окончании изготовления коленчатые валы обычно подвергают динамической балансировке в сборе с маховиком (автомобильные двигатели).

В большинстве случаев коленчатые валы предусматривают возможность их перешлифовки на ремонтный размер (обычно 4-6 размеров, ранее было до 8). В этом случае коленвалы шлифуют вращающимся наждачным кругом, причём вал проворачивается вокруг осей базирования. Конечно, эти оси для коренных и шатунных шеек не совпадают, что требует перестановки. При перешлифовке требуется соблюсти межцентровое состояние, и согласно инструкции, валы после шлифовки подлежат повторной динамической балансировке. Чаще всего это не выполняют, потому отремонтированные двигатели часто дают большую вибрацию.

При шлифовании важно соблюсти форму галтелей, и ни в коем случае не прижечь их. Неправильная обработка галтелей часто приводит к разрушению коленчатого вала.

Термическая и химико-термическая обработка валов

Коленчатые валы для увеличения прочности и износостойкости шеек подвергают термической, а иногда и химико-термической обработке: закалка ТВЧ, азотирование, закалка поверхностного слоя (стали регламентируемой прокаливаемости 55ПП, 60ПП). Получаемая твёрдость зависит от количества углерода (закалка ТВЧ, обычно не более 50..55 HRC), либо вида ХТО (азотирование даёт твёрдость 60 HRC и выше). Глубина закалённого слоя шеек позволяет обычно использовать 4-6 промежуточных ремонтных размеров шеек вала, азотированные валы не шлифуют. Вероятность задира шейки с ростом твёрдости значительно снижается.

При ремонте коленчатых валов используются также методы напыления, в том числе — плазменного. При этом твёрдость поверхностного слоя может повышаться даже выше заводских значений (для закалки ТВЧ), а заводские диаметры шеек восстанавливают до нулевого размера.

Неисправности и ремонт коленчатых валов

При эксплуатации из-за разных причин могут наблюдаться такие неисправности:

  • износ вала по коренным или шатунным шейкам;
  • изгиб;
  • разрушение вала;
  • износ посадочных поверхностей под маховик, сальник (сальники), переднюю шестерню.

При износе шеек выше допустимого или незначительном изгибе, устранимом перешлифовкой, коленчатый вал обрабатывают под следующий ремонтный размер. Однако при больших задирах (например, при выплавлении вкладышей с проворотом) иногда перешлифовывают "через размер", т.е. сразу на 2 размера. Все коренные шейки, а также все шатунные шлифуют в один размер - например, коренные могут быть 2-го ремонтного размера, а шатунные 3-го, в любой комбинации размеров. Коленчатые валы с подшипниками качения и азотированные перешлифовке не подлежат.

Однако руководства по армейскому полевому ремонту (двигатели боевых машин) обычно предписывают индивидуальный ремонт, поэтому шатунные/коренные шейки могут иметь разный диаметр после шлифовки, и даже не иметь стандартного ремонтного размера(!). Вкладыши при этом растачиваются парами, используются заготовки с минимальным внутренним диаметром. Плюсом является наивысшая скорость починки и унификация запчастей (вкладыши).

Разрушение вала происходит от усталостных трещин, возникающих иногда из-за прижога галтелей при шлифовке. Трещины развиваются в некачественном материале (волосовины, неметаллические включения, флокены, отпускная хрупкость) либо при превышении расчётных величин крутильных колебаний (ошибки при проектировании, самостоятельная форсировка по числу оборотов дизеля). Сломанный вал ремонту не подлежит.

При износе посадочных поверхностей могут применяться электрохимическая обработка, плазменная или электродуговая наплавка поверхностей. Коленчатые валы малого размера, возможно, дешевле в таком случае заменить.При образовании канавки от сальника опытные мотористы устанавливают новый так, чтобы он работал по другому месту (например, уменьшив ширину сальника его подтачиванием, или наоборот, садить на меньшую глубину). "Одноразовым" решением при износе посадочной поверхности под шестерню может быть лужение, обычно с предварительным многочисленным кернением поверхности (но шестерню потом трудно или невозможно снять).

См. также

Примечания

Литература

  • Кулаев Д. Х. Динамика кривошипно-ползунного механизма с зазорами в шатунных подшипниках // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование». — 2009. — ISSN 2310-1148.

Ссылки

ru-wiki.org

Коленвал (коленчатый вал) » АвтоНоватор

  • Супердвигатель без коленвала — какой он, мотор из будущего?

    Многие понимают несовершенство современного двигателя. Одним из отягощающих механизмов считают коленвал. Попыток разработать ДВС без него много, но ни одна не запущена в массы. Почему? Разбираемся.

  • Что нужно знать про сальник коленвала?

    На коленчатом валу, независимо от двигателя, всегда имеется два сальника, и оба время от времени нужно осматривать на предмет протечки, иначе покрытая маслом ременная передача начнет проскальзывать.

  • Как открутить болт шкива коленвала – совсем не сложная процедура

    Снять крепежный элемент шкива коленвала совсем не сложно, если запастись требуемым инструментом и послушать рекомендации опытных автомобилистов, осуществлявших такую процедуру не раз.

  • Датчик коленвала – признаки неисправности этого важного узла автомобиля

    Расскажем о том, какие признаки неправильной работы датчика коленвала, которые нельзя ни в коем случае пропустить, сигнализируют водителю о неисправности столь важного агрегата его транспортного средства.

  • Эффективна ли балансировка коленвала в домашних условиях?

    Такой ответственный механизм, как коленчатый вал, должен работать правильно! Иногда разбалансировка основательно портит показатели, в статье предложим способ исправить ситуацию прямо у себя в гараже.

  • Что такое коленвал и почему без него не обойтись?

    Очень важно знать, как устроен вал кривошипно-шатунного узла, и вовремя определять его неисправности, ведь износ этой детали может снизить давление масла, что приведет к перегреву многих механизмов.

  • Для чего предусмотрены ремонтные размеры коленвалов?

    Коленчатый вал вполне может быть отремонтирован, но только в крайнем случае, если нет возможности установить новый, ведь при шлифовке шеек надежность детали значительно уменьшается.

  • Что нужно знать про полукольца коленвала?

    Чтобы защитить коленчатый вал от осевого биения, были придуманы специальные упоры, своего рода прокладки для обеспечения допустимого люфта. Их следует менять, не дожидаясь характерного стука в двигателе.

  • Как снять подшипник с коленвала, если он отыграл свою роль?

    Устройство коленчатого вала считается сложным, а роль подшипника – важной, поэтому мы уделим исправности этого узла особое внимание, научимся прислушиваться к проблемным звукам и производить замену

  • За что отвечает датчик коленвала и как он работает?

    Часто говорят, раз предупрежден, значит, вооружен, поэтому мы продолжаем устранять пробелы в знаниях об устройстве даже самых мелких деталей авто, чтобы мелкие капризы на дороге не стали сюрпризом.

  • carnovato.ru