Состав кшм двигателя: Кривошипно-шатунный механизм, КШМ

Содержание

Основные механизмы и системы двигателей

Основные механизмы и системы двигателей

Механизмы двигателей

Поршневой двигатель имеет следующие механизмы, системы и базовые детали.

Кривошипно-шатунный механизм включает в себя поршневые комплекты, шатуны (в случае крупных судовых двигателей также крейцкопфный механизм), коленчатый вал и маховик. Поршень воспринимает силу давления газов, кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное коленчатого вала. На рис. 19 показаны схемы механизмов, применяемых в двигателях, на рис. 1, а — тронковый кривошипно-шатунный механизм, наиболее часто применяемый в двигателях простого действия с рядным, V-образным и более сложным расположением цилиндров.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Поступательное движение поршня преобразуется во вращательное коленчатого вала при помощи шатуна, сочлененного шарнирно с поршнем и кривошипом коленчатого вала.

На рис. 1, б показан крейцкопфный кривошипно-шатунный механизм, в котором поршень с целью разгружения от боковых усилий соединяется с шатуном при помощи штока и крейцкопфа. В этом случае боковое усилие в механизме воспринимается крейцкопфом, шарнирно соединенным с шатуном.

Применение крейцкопфа в двигателях дает также возможность создать в цилиндре под поршнем вторую рабочую полость, через которую проходит лишь шток. В двигателе двойного действия цилиндр закрыт снизу дополнительной крышкой с сальником с целью уплотнения проходящего через нее штока.

На рис. 1, в приведен кривошипно-шатунный механизм с двумя шатунами, соединенными с одним кривошипом. В таком механизме два шатуна выполнены одинаковыми и соединены непосредственно с кривошипом или шарнирно один (называемый прицепным) с другим (соединенным с кривошипом и называемым главным).

Рис. 1. Схемы кривошипно-шатунных механизмов:
1 — поршень; 2 — шатун; 3 — кривошип коленчатого вала; 4 — крейцкопф; 5 — шток; 6 — траверса; 7 — коромысло

На рис. 1, г показаны кривошипно-ша-тунные механизмы с промежуточными звеньями двигателей, с противоположно движущимися поршнями при наличии одного коленчатого вала. Возможны и другие схемы преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное коленчатого вала (например, схема с вращающейся косой шайбой).

На рис. 2 показаны детали тронкового кривошипно-шатунного механизма V-образного шестицилиндрового тракторного двигателя, включающего шатуны, поршни, коленчатый вал, противовесы.

Рис. 2. Кривошипно-шатунный механизм тракторного дизеля:
1 — передний конец коленчатого вала; 2 и 7 — зубчатые колеса; 3 — коренные шейки; 4 — шатуны; 5 — поршни; 6 — щеки с противовесами; 8—шатунные шейки; 9 – вкладыши; 10 — масляная полость шатунной шейки с грязеуловителем; 11 — противовес; 12 — шкив

Механизм газораспределения имеет впускные и выпускные органы (в частности, клапаны) и детали, обеспечивающие их своевременное открытие и закрытие. В состав наиболее распространенного клапанного механизма входят также распределительный вал, толкатели, штанги, рычаги, пружины. Механизм газораспределения обеспечивает строго определенную последовательность и заданную продолжительность протекания процессов впуска и выпуска в рабочем цикле двигателя.

Помимо названных двух основных механизмов, в конструкции двигателя можно выделить механизм передач, используемый для связи между собой подвижных деталей и узлов двигателя. Обычно в состав этого механизма входят шестеренчатые, ременные, цепные и гидравлические передачи. В случае комбинированного двигателя указанный механизм используется также для связи его поршневой и лопаточной частей и, в частности, для передачи мощности силовой турбины на коленчатый (выходной) вал двигателя.

Перечисленные механизмы объединены базовыми корпусными деталями, составляющими остов двигателя и включающими картер (блок-картер), цилиндры (блок цилиндров), головку (крышку) цилиндров, фундаментную раму или, при ее отсутствии, подвески коренных подшипников коленчатого вала, а также поддон.

Системы двигателей

Основными системами современных поршневых и комбинированных двигателей внутреннего сгорания являются следующие.

Впускная и выпускная системы служат для подвода свежего заряда (воздуха или горючей смеси) в цилиндры двигателя и отвода из них выпускных газов. В двигателях с наддувом указанные системы соединяют поршневую часть двигателя с агрегатами наддува.

Топливная система дизелей включает агрегаты и отдельные детали, обеспечивающие подготовку и подачу топлива в соответствующем количестве в определенный период рабочего цикла в цилиндры двигателя. В двигателях с принудительным зажиганием система, предназначенная для приготовления горючей смеси определенного состава и подачи ее в цилиндры в необходимом количестве, называется системой питания. При этом своевременное воспламенение рабочей смеси в цилиндре обеспечивается системой зажигания.

Смазочная система включает агрегаты и отдельные детали, обеспечивающие подготовку и надежный подвод масла ко всем трущимся, а также охлаждаемым маслом деталям на всех режимах работы двигателя.

Система охлаждения объединяет агрегаты и отдельные детали, обеспечивающие отвод теплоты от теплонапряженных деталей двигателя, нагревающихся от соприкосновения с горячими газами или вследствие трения, и поддержание их рационального температурного состояния на всех режимах работы двигателя.

Система пуска включает агрегаты и отдельные детали, создающие необходимую для начала работы двигателя частоту вращения коленчатого вала во всех предусмотренных эксплуатационных условиях.

Из других систем, применяющихся на современных двигателях, следует отметить систему регулирования и автоматизации, нейтрализации выпускных газов, а также технической диагностики.

Кривошипно-шатунный механизм автомобильного двигaтeля

Кривошипно-шатунный механизм (аббревиатура — КШМ) —комплекс движущихся и фиксированных на одном месте деталей.

Оглавление

  1. Назначение кривошипно-шатунного механизма (КШМ)
  2. Из чего состоит КШМ

    • Подвижная группа КШМ
    • Неподвижная группа
  3. Принцип работы кривошипно-шатунного механизма
  4. Основные неисправности
  5. Кривошипно-шатунный механизм, 3D анимация

Они необходимы для превращения возвратно-поступательных движений коленвала во вращательные. Гарантируют нормальную работу двигателя, но требуют контроля и устранения неисправностей. Ниже рассмотрим, из каких элементов состоит механизм, на каком принципе работает, и какие возможны поломки в процессе эксплуатации.

Назначение кривошипно-шатунного механизма (КШМ)

Важно

Ключевое назначение кривошипно-шатунного механизма состоит в принятии давления газов, которые появляются при сжигании горючего в рабочей камере, и преобразования во вращательное движение коленвала.

В итоге имеет место преобразование движения коленчатого вала (одного из главных устройств механизма) во вращение колес. Работа происходит с минимальными потерями, обеспечивающими высокий КПД. Эффективность работы коленвала зависит от эффективности конструкции и правильности обслуживания.

Из чего состоит КШМ

Конструктивно в состав КШМ входит блок цилиндров (БЦ), состоящий из поршней и цилиндров с гильзами. Также в состав входят шатуны для соединения поршней и коленчатых валов, сам коленвала и маховик. Условно устройство кривошипно-шатунного механизма предусматривает наличие двух групп элементов:

  • Подвижные: поршни с кольцами и пальцами, коленвал, шатуны и маховик.
  • Фиксированные: картер, головка блока цилиндров (ГБЦ), БЦ с прокладкой и поддон.

Ниже рассмотрим особенности, конструкцию и назначение элементов.

Подвижная группа КШМ

К этой категории относятся элементы КШМ, которые при работе механизма находятся в движении. Выделим основные:

  • Поршень. После пуска силового агрегата перемещается внутри цилиндра, благодаря давлению газов, возникающему после воспламенения топливной смеси в камере сгорания. Снизу в роли действующей силы выступает коленчатый вал.
  • Поршневые кольца. Размещены в специальных углублениях на поршнях и движутся вместе с ними. Компрессионные предназначены для обеспечения герметичности цилиндра и защиты от прохождения газов в нижнюю часть двигателя. Маслосъемные используются для равномерного распределения смазки и отвода тепла.
  • Шатун. Подвижный элемент кривошипно-шатунного механизма двигателя, объединяющий поршень и коленчатый вал. Сверху он зафиксирован на поршне с применением так называемого пальца, а снизу на головке предусмотрена съемная деталь для фиксации на шейке коленвала. Для снижения трения монтируются подшипники скольжения, созданные в виде пары полукруглых пластин.
  • Коленчатый вал. Главный элемент силового агрегата, обеспечивающий его работу. Базовой частью является вращающаяся ось, выступающая в качестве опоры в БЦ. Выделяющиеся элементы используются для подключения шатунов.
  • Маховик. Фиксируется на фланце сбоку коленчатого вала. Вращается одновременно с валом силового агрегата и гасит рывки, возникающие в процессе работы. Главная функция узла состоит в раскрутке коленвала, а с ним и перемещение цилиндров.

Рассмотренные выше элементы находятся в постоянной динамике, поэтому требуют особого контроля при эксплуатации и ремонте.

Неподвижная группа

К этой категории относятся элементы КШМ двигателя, которые в процессе работы фиксированы и никак не перемещаются. Рассмотрим назначение основных:

  • БЦ. Представляет собой кожух, имеющий внутри определенную форму для цилиндров и других рабочих элементов. В нем предусмотрено множество каналов для движения охлаждающей жидкости, крепления под распределительный и коленчатый валы. Бывает чугунным или алюминиевым. Отличается наличием ребер жесткости для повышения прочности. По бокам БЦ находятся места для установки дополнительных устройств.
  • ГБЦ. Смонтирована на БЦ и закрывает его. Имеет отверстия для фиксации клапанов, коллекторов впуска и выпуска, распределительного вала и иных узлов силового агрегата. В нижней части головки установлена прокладка, обеспечивающая герметичный стык с БЦ. В ней имеются дырки для болтов, соединяющих главный блок и головку. В моторах послушного охлаждения ГБЦ может иметь реберную фактуру.
  • Поддон картера. Закрывает двигатель с нижней стороны и выступает в роли емкости для смазки. Бывает стальным или алюминиевым (применяется сплав). Во внутренней части могут изготавливаться перегородки или лотки, которые предотвращают движение или взбалтывание смазки при перемещении транспортного средства по плохим дорогам. Вверху имеет крепления для фиксации к блок-картеру, а внизу — бобышку с резьбой и магнитной пробкой. Ее назначение состоит в удалении продуктов износа и продлении срока службы мотора.
  • Цилиндры. Представляют собой полости, в которых перемещаются поршни и обеспечивают работу мотора. Изготавливаются из чугуна, а внутренняя часть закаляется и обрабатывается до состояния «зеркала». Вверху цилиндры получают набольшую нагрузку, ведь именно здесь происходит воспламенение с резким увеличением давления и нагрева. Также стенка цилиндра вынуждена выдерживать ударные нагрузки. 
  • Гильзы. Устанавливаются в БЦ в виде фиксированного или съемного элемента. Первый вариант имеет цилиндрическую форму с необходимыми углублениями по диаметру и высоте. Съемные похожи по внешнему виду, но закрыты по бокам. Устанавливаются на специальном месте в БЦ. Снизу для обеспечения плотности применяются специальные кольца. Внутренняя часть гильзы обработана до блеска и имеет зеркальный внешний вид. Предусмотрено два или три «окна» для 2-х и 3-тактных моторов соответственно. В последнем случае отверстия используются для впуска, выхода и движения отработанных продуктов. 
  • Коренные подшипники.Выполняются в виде вкладышей, изготовленных с применением ленты из стали. Их толщина может отличаться в зависимости от конструкции и типа мотора. Для дизельных силовых агрегатов это 3-6 мм, а для бензиновых — 1.9-2.8 м. Вкладыши делаются из алюминия или бронзы с добавлением свинца.

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма

Рассмотренные выше узлы гарантируют работу кривошипно-шатунного механизма. Алгоритм действий имеет следующий вид:

  • Включение зажигание и вращение стартера.
  • Раскручиванием маховика, обеспечивающего начало вращения коленвала и поршней.
  • Подача подготовленной смеси в камеру сгорания (над цилиндром).
  • Воспламенение горючего в момент, когда поршень поднимается к наиболее высокой точке.
  • Резкое опускание вниз цилиндра под действием возникшей силы.
  • Давление на шатун, который соединен одной стороной с коленчатым валом, а другой — с поршнем.
  • Передача импульса на вал, который проворачивается под действием усилия.

По рассмотренному выше принципу работают и другие цилиндры, что обеспечивает стабильное вращение коленчатого вала и передачу движения на колеса. Задача маховика состоит обеспечении требуемого импульса в момент, когда поршень находится в «мертвой» точке. Дальнейший процесс происходит по замкнутому циклу. 

Основные неисправности

Несмотря на надежность КШМ двигателя, его элементы могут выходить из строя. Причина —высокая температура и другие негативные факторы, способные ускорить поломку. В таких случаях остальные узлы также находятся под угрозой повреждения, что требует своевременного выявления и устранения неисправностей. Рассмотрим основные поломки, с которыми приходится сталкиваться в процессе эксплуатации.

  1. Уменьшение мощности. Характерная неисправность КШМ — ухудшение динамики, которое часто свидетельствует о залегании колец на поршнях. В результате в камеру сгорания просачивается масло, а отработавшие газы — в картер. Такая ситуация ведет к снижению мощности, что сразу чувствуется в процессе движения.
  2. Если ничего не предпринимать, ситуация может усугубиться, вплоть до необходимости капремонта. Для проверки нужно достать свечи и поочередно проверить компрессию в каждом из цилиндров. При ее снижении ниже допустимой нормы придется разбирать мотор и делать ремонт.
  3. Появление стука. Для автовладельцев стук в двигателе — самая страшная неисправность, которая может свидетельствовать о серьезных проблемах. Для определения причины необходимо снимать ГБЦ и разбирать остальные элементы. Поврежденная деталь требует замены. Причиной неисправности может быть несвоевременное техническое обслуживание. Чаще всего это игнорирование требований по замене масла и фильтра. Появление стука может свидетельствовать о повреждении подшипников, которые боятся дефицита смазки.
  4. Появление нагара. Распространенная проблема КШМ — накопление нагара на свечах, клапанах и поршнях. Указанные признаки свидетельствуют о неисправностях мотора и требуют обращения на СТО. Если ничего не предпринять, двигатель начинает перегреваться из-за ухудшения отвода тепла. Результатом перегрева могут быть более серьезные поломки.
  5. Прожорливость смазки. Увеличение прожорливости масла свидетельствует о залегании поршневых колец или иных проблемах с ЦПГ. Масло сгорает с горючим, а из выхлопной трубы выходит дым черного цвета. Из-за попадания в рабочую камеру смазки возрастает и температура горения, что негативно влияет на ресурс силового агрегата. Для решения проблемы может требоваться очистка без снятия с мотора, но чаще всего необходима разборка и дефектовка силового агрегата.
  6. Выхлоп белого цвета. Появление такого дыма из выхлопной трубы свидетельствует о повреждении прокладки ГБЦ или дефекте в системе охлаждения. Для решения вопроса необходимо сразу заменить неисправную деталь. Важно учесть, что появление протечки может привести к гидроудару и необходимости капитального ремонта мотора.

Причины выхода из строя деталей кривошипно-шатунного механизма различны. В большинстве случаев это касается применения низкокачественных ГСМ и несвоевременной замены, заливки плохого бензина или повреждения системы зажигания.

Нельзя исключать и такие факторы, как низкое качество масляных фильтров, повышенные нагрузки на мотор и сбои в работе системы охлаждения. Результатом может быть износ коренных / шатунных подшипников, поршней, цилиндров или поршневых пальцев. До диагностики и устранения неисправности поездки на ТС запрещены.

Заключение

КШМ — группа ключевых узлов двигателя, обеспечивающих движение транспортного средства. Элементы механизма взаимодействуют друг с другом для преобразования энергии, обеспечения вращения коленчатого вала и колес.

Неисправности любого из узлов почти сразу проявляют себя стуком, нестандартным цветом выхлопа и другими признаками. В таком случае нужно сразу обращаться на станцию техобслуживания для выявления и устранения проблемы.

Кривошипно-шатунный механизм, 3D анимация

Поиск запроса «кривошипно-шатунный механизм, устройство и работа» по информационным материалам и форуму

Понимание материалов коленчатого вала

Образование

К счастью для наших клиентов, этот дорогостоящий кусок железа или стали не является предметом регулярной замены. К сожалению, для многих специалистов по счетчикам это также означает, что они могут быть не совсем знакомы с основами материалов, дизайна и выбора коленчатых валов.

 

«Нижняя часть» двигателя в сборе состоит из блока цилиндров и коленчатого вала, а также поршней и шатунов. Его также обычно называют «коротким блоком», а коленчатый вал является наиболее важной отдельной запасной частью, содержащейся в коротком блоке. К счастью для наших клиентов, этот дорогостоящий кусок железа или стали не является предметом регулярной замены. К сожалению, для многих специалистов по счетчикам это также означает, что они могут быть не совсем знакомы с основами материалов, дизайна и выбора коленчатых валов.

Коленчатые валы делятся на три основные категории: литые, кованые и заготовочные. Большинство коленчатых валов OEM изготовлены из чугуна или литой стали. Расплавленный металл заливают в песчаную отливку, чтобы создать основную форму кривошипа, затем эта необработанная отливка подвергается механической обработке до окончательных допусков. Это быстрый и недорогой способ создания серийных коленчатых валов, способных справиться с задачами, с которыми сталкиваются двигатели повседневного производства. Литые шатуны, в зависимости от их конструкции и материала, способны развивать мощность до 300 или даже 500 л.с., что намного превышает возможности большинства «обычных» серийных автомобилей.

 

Изготовление кованого коленчатого вала является значительно более сложным процессом, но позволяет получить более прочный коленчатый вал, способный выдерживать мощность до 1500 л.с. Ковка начинается с куска стального сплава, которому придают форму с помощью тяжелых прессов и штампов. После прибивания в общую форму поковка кривошипа требует серьезной механической обработки, прежде чем она станет готовым продуктом. Кованые коленчатые валы использовались во многих мощных и ориентированных на производительность двигателях в 70-х и 80-х годах, и многие клиенты старой школы до сих пор приравнивают «кованый» к «лучшему».

Некоторые двигатели были собраны с литыми или коваными кривошипами во время их производства, поэтому определение типа кривошипа иногда важно для выбора компонентов. В отсутствие фактических номеров деталей, выбитых или отлитых на кривошипе, один простой способ определить это — сравнить «линии разъема», отпечатанные на необработанных частях кривошипа. Литые кривошипы имеют острый или очень узкий выступ в месте разделения двух половин формы. Кованые кривошипы имеют более широкую (1/2 дюйма и более) линию разъема неправильной формы.

Третий тип коленчатого вала — коленчатый вал. Подобно кованой рукоятке, этот узел начинает жизнь как цельный кусок кованой стали, но вместо того, чтобы забивать его, заготовка полностью обрабатывается на станке с ЧПУ для создания готовой детали. Заготовочные кривошипы очень прочные, а обработка с ЧПУ позволяет создавать конструкции, которые нельзя создать ковкой, но они также очень дороги. Если в вашем магазине продаются рабочие детали, у вас может быть поставщик, предлагающий кривошипы для заготовок.

9Шатуны 0002 Billet — отличный выбор для команд NASCAR и NHRA, но вашему обычному покупателю не требуется такая долговечность на низах — или связанные с этим расходы. Комплектов литых коленчатых валов, вероятно, будет достаточно для 99 процентов вашей клиентской базы, с несколькими запросами на кованые коленчатые валы здесь и там.

Материалы для коленвала

Материалы для коленчатых валов должны легко поддаваться формованию, механической обработке и термообработке, а также должны обладать достаточной прочностью, ударной вязкостью, твердостью и высокой усталостной прочностью. Коленчатый вал изготавливается из стали методом ковки или литья. Вкладыши коренных и шатунных подшипников изготовлены из баббита, сплава олова и свинца. Кованые коленчатые валы прочнее литых, но стоят дороже. Кованые коленчатые валы изготавливаются из стали SAE 1045 или аналогичной стали. Ковка позволяет получить очень плотный и прочный стержень с волокнами, идущими параллельно основному направлению напряжения. Коленчатые валы отлиты из стали, модульного чугуна или ковкого чугуна. Основным преимуществом процесса литья является то, что материал коленчатого вала и затраты на его обработку сокращаются, поскольку коленчатый вал может быть изготовлен близко к требуемой форме и размеру, включая противовесы. Литые коленчатые валы могут выдерживать нагрузки со всех направлений, поскольку структура зерна металла однородна и беспорядочна. Противовесы на литых коленчатых валах немного больше, чем противовесы на кованых коленчатых валах, потому что литой металл менее плотный и, следовательно, несколько легче.

Обычно автомобильные коленчатые валы в прошлом ковали, чтобы они обладали всеми желаемыми свойствами. Однако с развитием чугунов с шаровидным графитом и усовершенствованием методов литья литые коленчатые валы теперь предпочтительнее для умеренных нагрузок. Только для тяжелых условий эксплуатации предпочтительны кованые валы. Выбор материалов коленчатого вала и термическая обработка для различных применений заключаются в следующем.


(i) Марганцево-молибденовая сталь.

Это относительно дешевая кованая сталь, которая используется для изготовления коленчатых валов бензиновых двигателей средней мощности. Этот сплав имеет состав 0,38% углерода, 1,5% марганца, 0,3% молибдена и остального железа. Сталь подвергают термообработке закалкой в ​​масле с температуры 1123 К с последующим отпуском при 973 К, что дает поверхностную твердость около 250 чисел Бринелля. С такой твердостью поверхности вал подходит как для подшипников с оловянно-алюминиевым, так и свинцово-медным покрытием.

(ii) 1%-хромомолибденовая сталь.

Эта кованая сталь используется для изготовления коленчатых валов бензиновых и дизельных двигателей средней и большой мощности. Состав этого сплава: 0,4% углерода, 1,2% хрома, 0,3% молибдена и остальное железо. Сталь подвергается термообработке путем закалки в масле с температуры 1123 К и последующего отпуска при 953 К. Это дает поверхностную твердость около 280 чисел Бринелля. Для использования более твердых подшипников шейки могут быть закалены пламенем или индукционной поверхностной закалкой до числа Бринелля 480. Для очень тяжелых условий эксплуатации процесс азотирования может привести к получению поверхности с числом алмазной пирамиды 700 (DPN). Эти опорные поверхности подходят для всех подшипников с алюминиевым и бронзовым покрытием.

(iii) 2,5%-никель-хром-молибденовая сталь.

Эта сталь предназначена для тяжелых дизельных двигателей. Состав этого сплава: 0,31% углерода, 2,5% никеля, 0,65% хрома, 0,55% молибдена и остальное железо. Сталь сначала подвергают термообработке путем закалки в масле с температуры 1003 К, а затем отпускают при подходящей температуре не выше 933 К. Это дает поверхностную твердость в районе 300 чисел Бринелля. Эта сталь несколько дороже марганцево-молибденовых и хромомолибденовых сталей, но обладает улучшенными механическими свойствами.

(iv) 3%-хромомолибден или 1,5%-хром-алюминий-модибден Сталь.

Эти кованые стали используются для коленчатых валов дизельных двигателей, подходящих для подшипников из твердых материалов с высокой усталостной прочностью. Легирующие составы включают 0,15% углерода, 3% хрома и 0,5% молибдена или 0,3% углерода, 1,5% хрома, 1,1% алюминия и 0,2% молибдена. Начальная термообработка обеих сталей – закалка в масле и отпуск при 1193 К и 883 К или 1163 К и 963 К соответственно для двух сталей. Валы закалены путем азотирования, так что азот поглощается их поверхностными слоями. При хорошем азотировании галтелей шейки усталостная прочность этих валов увеличивается не менее чем на 30 % по сравнению с валами с индукционной закалкой и поверхностной закалкой пламенем. Сталь с 3% хрома имеет относительно прочную поверхность и твердость от 800 до 900 DPN. С другой стороны, корпус из 1,5%-ной хромистой стали имеет тенденцию быть немного более хрупким, но имеет повышенную твердость порядка 1050-1100 DPN.

(v) Чугуны с шаровидным графитом.

Эти чугуны также известны как чугуны с шаровидным графитом или ковкие чугуны. Эти серые чугуны содержат от 3 до 4% углерода и от 1,8 до 2,8% кремния, а графитовые конкреции диспергированы в перлитной матрице вместо формирования искусственного графита. Для получения такой структуры в расплав добавляют около 0,02% остаточного церия или 0,05% остаточного ниагния или даже того и другого, благодаря чему удаляется сера и образуется множество мелких сфероидов в литом материале. Поверхностная твердость литого чугуна с шаровидным графитом больше, чем у стали аналогичной прочности, их твердость составляет от 250 до 300 и от 200 до 250 чисел Бринелля. Пламенная или индукционная закалка позволяет получить поверхность с числом Бринелля от 550 до 580, а также при необходимости может быть применена форма азотирования.

Чугун с шаровидным графитом обладает преимуществами свойств серого чугуна (т. е. низкая температура плавления, хорошая текучесть и литейность, отличная обрабатываемость и износостойкость), а также механическими свойствами стали (относительно высокая прочность, твердость, прочность, обрабатываемость и способность к закалке). В настоящее время большое количество коленчатых валов как для бензиновых, так и для дизельных двигателей изготавливается из чугуна с шаровидным графитом, а не из более дорогой кованой дорогой кованой стали. Чтобы поддерживать несколько меньшую ударную вязкость и усталостную прочность этих чугунов, используются более крупные сечения и максимальное количество коренных шеек.

(a) Пламенная и индукционная поверхностная закалка.

Это методы поверхностного упрочнения стали с содержанием углерода от 0,3 до 0,5% без использования специальных составов или газов. Основной принцип заключается в быстром нагревании поверхности с последующим охлаждением водой. Поскольку он нагревается локально, а не нагревает всю массу, закалка значительно снижается и предотвращается деформация шейки.

Пламенная закалка проводится кислородно-ацетиленовым пламенем при температуре поверхностного слоя от 993 и 1173 К. Температура поверхности зависит от эквивалента содержания углерода в различных легирующих элементах стали. За процессом нагрева следует операция закалки струей воды. Поскольку фактический период нагрева и охлаждения имеет решающее значение, он определяется заранее и в большинстве случаев контролируется автоматически.

Индукционная закалка осуществляется путем электрического нагрева поверхности, подлежащей закалке. В этом случае исключается опасность либо перегрева, либо ожога поверхности металла, как при закалке пламенем. Индукционная катушка окружает цапфу и пропускает высокочастотный ток. Это индуцирует циркулирующие вихревые токи на поверхности шейки, тем самым повышая ее температуру, и тепло в основном концентрируется на внешней поверхности шейки. При этом чем выше частота тока, тем ближе тепло к коже. Ток автоматически отключается при достижении необходимой температуры и одновременно происходит охлаждение поверхности струей воды, которая проходит через отверстия в индукционном блоке.

(b) Процесс азотирования с поверхностным упрочнением.

В этом процессе шейки нагреваются до 773 К в течение заданного времени в атмосфере газообразного аммиака, так что азот в газе поглощается поверхностным слоем. Легирующие элементы, такие как хром, алюминий и молибден, присутствующие в стали, из твердых нитридов. Нитриды алюминия образуют чрезвычайно твердый неглубокий корпус. Нитриды хрома диффундируют на большую глубину, чем нитриды алюминия. Молибден увеличивает прокаливаемость, обеспечивает измельчение зерна и улучшает ударную вязкость сердцевины.

В этом процессе можно использовать непосредственно шейки, отшлифованные до их окончательного размера, поскольку после азотирования закалка не производится, что позволяет избежать деформации, в отличие от других процессов поверхностного упрочнения. Низкая скорость проникновения в поверхность увеличивает стоимость процесса, например, требуется 20 часов для изготовления корпуса толщиной около 0,2 мм.

(c) Процесс карбонитрации с поверхностным упрочнением.

Tufftride — наиболее известный процесс карбонитрации в солевых ваннах. Коленчатый вал погружают в ванну с расплавленными солями при температуре около 853 К на относительно короткое время цикла, составляющее два-три часа. При этом углерод и азот отделяются от солей и диффундируют на поверхность. Поскольку азот более растворим в железе, чем углерод, он глубже диффундирует в материал. На поверхности образуются твердые карбиды железа и прочные нитриды железа, что значительно увеличивает сопротивление износу, истиранию (отслаиванию поверхности), заеданию и коррозии.