Группа коленчатого вала

В группу коленчатого вала входят коленчатый вал, противовесы, маховик, элементы привода газораспределительного и других вспомогательных механизмов, узел осевой фиксации и детали маслоуплотняющих устройств.

Наиболее сложной деталью группы коленчатого вала является сам коленчатый вал. От технического совершенства конструкции и качества изготовления коленчатого вала во многом зависят потери на трение, долговечность и надежность двигателя.

Коленчатый вал воспринимает усилия со стороны шатуна и преобразует их в крутящий момент. Кроме того, коленчатый вал обеспечивает движение поршней во время вспомогательных тактов и пуска двигателя, а также приводит в действие вспомогательные механизмы и приборы.

Усилия со стороны газов и силы инерции при большой длине вала вызывают заметные продольные и угловые деформации, а при продолжительных воздействиях могут привести к усталостным разрушениям.

Шейки коленчатого вала работают при больших скоростях и значительных тепловых и механических нагрузках.

Требования, предъявляемые к коленчатому валу:

• форма должна обеспечивать уравновешенность двигателя;

• высокая жесткость;

• высокая усталостная прочность;

• высокая износостойкость трущихся поверхностей;

• минимальная масса.

Основными элементами коленчатого вала (рис. 3.28) являются коренные 4 и шатунные 2 шейки, соединяющие щеки 3, носок 5 и хвостовик 1. Две коренные шейки, шатунная шейка и щеки, соединяющие их, образуют кривошип.

Рис. 3.28. Коленчатый вал: а — стальной; б — чугунный; 7 — хвостовик; 2— шатунная шейка; 3 — щека; 4 — коренная шейка; 5 — носок

Торцевые поверхности щек, выступающие за шейки, шлифуются и образуют кольцевые пояски, используемые для осевой фиксации шатунов и самого коленчатого вала. Эти кольцевые пояски сопрягаются с цилиндрической поверхностью шеек плавными переходами — галтелями.

Внутри шеек и щек имеется система каналов и отверстий для подачи смазочного материала к подшипникам. Масло, как правило, поступает к шатунным вкладышам по каналам из смежных коренных подшипников.

Достаточную жесткость на изгиб обеспечивают так называемые полноопорные валы, в которых число коренных шеек на одну больше, чем число шатунных шеек.

Расположение шатунных шеек определяется из условия равномерного распределения воспламенения и уравновешенности деталей.

Коленчатые валы могут быть цельными или состоять из отдельных кривошипов. Составные валы применяются редко, только в случае использования коренных подшипников качения (рис. 3.29).

Рис. 3.29. Составной коленчатый вал с коренными подшипниками качения

Щеки коленчатого вала со стороны коренных шеек часто имеют продолжение, заканчивающееся противовесами, предназначенными для разгрузки коренных подшипников от действия центробежных сил вращающихся масс либо для общего уравновешивания двигателя. Противовесы выполняются заодно с валом, но в случае большой их массы (например, в дизелях) их изготовляют отдельно от вала и крепят к щеке болтами, шпильками или штифтами.

На носке коленчатого вала устанавливают шкивы или зубчатые колеса для привода механизма газораспределения, насосов, вентилятора и др.

На хвостовике коленчатого вала устанавливается маховик с зубчатым венцом для пуска двигателя. Иногда зубчатые колеса привода газораспределительного механизма устанавливают не на носке, а на хвостовике, где имеются элементы уплотнения — гребень и маслосгонная резьба или накатка.

Коленчатый вал воспринимает значительные осевые усилия, возникающие при работе косозубых распределительных зубчатых колес и при выключении сцепления. Для того чтобы предотвратить перемещение вала от воздействия этих усилий, применяется осевая фиксация, которая обеспечивается упорными буртами вкладышей или упорным подшипником (рис. 3.30). В собранном узле образуется осевой зазор 0,05—0,15 мм, обеспечивающий свободное вращение вала.

в)

Рис. 3.30. Осевая фиксация коленчатого вала: а — вкладышами с буртиками; б — упорными кольцами; в — упорным шарикоподшипником

Для уменьшения трения рабочая поверхность упорных колец покрывается антифрикционным сплавом. От проворачивания упорные кольца фиксируются штифтами.

После изготовления коленчатые валы подвергаются статической и динамической балансировке.

Жесткость и прочность коленчатого вала достигается:

• увеличением поперечного сечения шеек и щек;

• максимальным уменьшением массы шатунных шеек;

• рациональным размещением противовесов;

• уменьшением концентрации напряжений, создаваемых шатунными шейками.

Концентрацию напряжений уменьшают увеличением радиуса галтелей, наклонным расположением отверстий в шатунной шейке, применением бочкообразной формы полости внутри шатунной шейки.

Высокая износостойкость шеек коленчатого вала достигается ограничением усилий воздействия на подшипники, оптимальным выбором материала антифрикционного слоя, закалкой шеек и галтелей вала токами высокой частоты с последующим отпуском, азотированием шеек и галтелей, а также обеспечением оптимального режима смазывания.

Коленчатые валы выполняются штамповкой из стали или отливаются из специальных чугунов. Для штампованных валов используют стали 45, 45Х, 40ХФА, 42ХМФА, 18Х2Н4ВА.

Коленчатые валы бензиновых двигателей отливают из чугуна. Их производство дешевле, им легко придать необходимую форму, однако нагрузки на изгиб они выдерживают значительно хуже, чем валы из стали, поэтому в дизелях эти валы применяют редко.

Маховикслужит для накопления кинетической энергии во время рабочего хода, уменьшения неравномерности вращения коленчатого вала, сглаживания момента перехода поршня через ВМТ и НМТ, облегчения пуска двигателя и трогания автомобиля с места. Маховик отливают из серого чугуна, располагая основную массу металла на ободе для увеличения момента инерции. Для осуществления пуска двигателя электростартером на обод маховика напрессовывается зубчатый венец 2 (рис. 3.31), либо его крепят специальными болтами.

На ободе или торце маховика мо­гут быть нанесены метки для уста­новления поршня первого цилиндра в ВМТ или градусная шкала для установки момента зажигания (в градусах).

Для установки маховика на фла­нец коленчатого вала в однозначном положении одно из отверстий крепления маховика смещают на небольшой угол (примерно 2°). В противном случае применяются установочные штифты и установочную втулку 4.

Рис. 3.31. Маховик: 7 — передняя манжета

ведущего вала; 2 — зубчатый венец; 3 —

маховик; 4 — установочная втулка; 5 —

упорное пружинное кольцо