Двигатели
внутреннего сгорания

 
         

 

Главная
Основы конструирования
Расчеты
Силы и моменты
Поршневая группа
Шатуны и штоки
Коленчатые валы
Подшипники
Система газораспределения
Корпусные детали
Анализ конструкции
Устройство и
принцип действия

КШМ
ГРМ
Система смазки
Система охлаждения
Система питания
Система зажигания
Пуск двигателей
Увеличение мощности
Разное

КОЛЕНЧАТЫЕ ВАЛЫ

Коленчатый вал .является самой трудоемкой в изготовлении и самой дорогостоящей деталью поршневых двигателей. Под действием резко изменяющихся по величине и направлению газовых сил и сил инерции коленчатый вал вращается-с переменной угло-
вой скоростью, вследствие чего испытывает упругие колебания, подвергается скручиванию, изгибу, сжатию или растяжению, а также тепловым воздействиям. Все это вызывает деформацию элементов вала и порождает осевые и крутильные колебания его, явления усталости материала и, как следствие, повышенный износ шеек, а иногда и поломку вала. Поэтому вал должен обладать достаточной прочностью, жесткостью и износостойкостью при сравнительно небольшой массе.
Конструкции коленчатых валов имеют сложную пространственную форму, предопределяемую числом цилиндров и коренных . опор. Их разделяют на полноопорные и неполноопорные. Примеры конструкций валов двигателей . автотракторного типа показаны на у не. 2.28. Изготовляют их методом ковки или литья из сред-неуглеродистых сталей, например, марок 45А, 45Г2, 50Г; легированных сталей 45ХН, 40ХНМА или из высококачественных проч-. ных чугунов (магниевого, никельмолибденового и др.).
Кроме коренных 12, шатунных 11 шеек и щек •13 к элементам коленчатых валов относят также его хвостовик 6 и носок 1, а иногда и противовесы 14. Представленный на рисунке вал бензинового двигателя выполнен совместно с противовесами, а вал дизеля — со съемными противовесами.
Хвостовиком называют заднюю часть 6 вала, которая в автомобильных и некоторых тракторных двигателях заканчивает-
ся фланцем 7, снабженным отверстиями для крепления маховика. В. торце хвостовика растачивают гнездо 8 под опорный подшипник первичного вала коробки передач (см. также позицию 11 на рис. 2.32), а на цилиндрической его поверхности размещают мас-лоотражательный буртик 10 и маслоотгонную нарезку (спиральную канавку) 9 или' же делают гладкую шейку под уплотнитель-ный сальник.
Носком называют переднюю часть 1 вала, на которой ус.та-танавливают: шестерню 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 ставят болт, обеспечивающий только крепление деталей на носке .вала. В канавку 2 закладывают шпонку, фиксирующую в строго заданном положении шестерню привода газораспределения и удерживающую от проворачивания на носке другие детали.
Противовесы 14 устанавливают на щеках 13 со стороны, противоположной кривошипу; в многооборотных двигателях они служат для полной или частичной разгрузки коренных опор от местных центробежных сил. Используют их и в целях уравновешивания двигателей, например, от продольного момента.
У п о л н о о .п о р н ы х валов между двумя смежными коренными опорами размещается только одна шатунная шейка, а число коренных шеек всегда у них на одну больше числа шатунных шеек (рис. 2.28). Такие валы применяют в дизелях, бензиновых V-образных и других двигателях, работающих с большими нагрузками на подшипники.
Неполноопорные коленчатые валы имеют по две и более шатунных шеек 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 валы не обладают достаточной жесткостью.
Для увеличения износостойкости шеек вала наружные поверхности их закаливают токами высокой частоты на глубину примерно 3 мм до твердости HRC 45—55 (не менее) и тщательно обрабатывают (шлифуют и полируют, причем овальность шеек 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 выполняют полыми, что легко достигается при отливке валов (рис. 2.29). Масло от коренных к шатунным шейкам подают здесь 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. 2.29, а. Полости 7 в шатунных шейках, закрытые с двух сторон резьбовыми пробками, образуют грязеуловители. Однако отвер-
стия 4 для подачи масла к шатунным подшипникам при таком со-осном с шейкой расположении полости должны быть просверлены на уровне оси шейки или несколько ниже ее и перпендикулярно .плоскости кривошипа. 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.
Дополнительная центробежная очистка масла в грязеуловителях шатунных шеек получила широкое распространение в автотракторном двигателестроении. Шатунные шейки кованых валов с этой целью специально рассверливают. Получаемые таким образом грязеуловители изображены на рис. 2.28, а, б и рис. 2.29, б, в, где показаны кривошипы .рядных и V-образных двигателей. Подвод масла к шатунному подшипнику осуществляют иногда через медную трубочку, погружаемую своим заборным концом непосредственно в грязеулавливающую полость. На каждой шатунной шейке V-образных двигателей размещают по два шатуна, поэтому и грязеулавливающие полости 4, закрываемые резьбовыми пробками 3 (см. рис. 2.28, а), высверлены здесь с двух сторон кривошипа, масло в которые подводят по каналу I; от коренных шеек 12. При наличии на шейке одного шатуна достаточно одной полости, выполненной по схеме рис. 2.29,»
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. Разные по длине коренные шейки и в дизелях Д-144, Д-240, А-41Т, а вот в дизеле Д-160 и бензиновом двигателе ЗМЗ-66 все коренные шейки одинаковой длины. Это
позволяет применять взаимозаменяемые вкладыши для всех его коренных подшипников, что экономически более оправдано.
Наряду с крайними шейками в ряде конструкций удлиняют средние коренные опоры (например, дизель Д-260Т), 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 /к+Гш коренной и шатунной шеек' всегда бывает больше радиуса г кривошипа (рис. 2.30, б).

Для повышения общей и усталостной прочности вала сопряжение его щек с шейками выполняют с плавными переходами (рис. 2.30,6)—галтелями. Радиусы галтелей рекомендуется выбирать в пределах 0,06—0,1 от диаметра шеек, но поскольку развитые, галтели уменьшают активную длину шеек (их цилиндрическую часть, находящуюся под вкладышами), то целесообразно галтели делать двойными: от шейки к технологическому пояску с радиусом г\ (основная доля радиусного перехода) и далее к телу щеки с радиусом Щ как показано на рис. 2.30, б. С целью увеличения радиуса галтели выполняют иногда в виде так называемого поднутрения (см. рис. 2.28). 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.

Щеки вала имеют овальную, круглую или призматическую (прямоугольную) формы. Призматические щеки наиболее простые, но по условиям прочности они получаются сравнительно толстыми, что переутяжеляет вал и увеличивает его ^габарит. Поэтому валы с призматическими щеками выполняют *с округлыми кромками и углами (рис. 2.30, а). Следует отметить, что с целью уменьшения массы вала малонагруженные части щек (кромки со стороны, противоположной сопряжению с шейками вала) при любой их форме срезают, как показано на рис. 2.30, а — д.
Круглые щеки (рис. 2.30, в) удобны -для механической обработки и обладают достаточной прочностью при относительно малой толщине. Круглые щеки имеют, например, коленчатые валы V-образных двенадцатицилиндровых дизелей ЯМЗ-240 и Д-12. Такие щеки можно использовать непосредственно в качестве коренных опор на подшипниках качения. В этих случаях применяют иногда разборные коленчатые валы, снабжаемые шариковыми или роликовыми подшипниками (рис. 2.30, е).
Овальные щеки (рис. 2.30, б) по своей прочности мало чем уступают круглым щекам, но при такой их форме удаётся лучше использовать металл и обеспечивать плавные переходы между отдельными элементами конструкции вала (рис. 2.30,6), поэтому их широко применяют в автомобильных и тракторных быстроходных двигателях.
Противовесы, изготовленные отдельно от щек, крепят к ним на шпильках или болтах (рис. 2.30, г, д): Гайки шпилек и болты тщательно при этом блокируют от возможного ослабления затяжек. Иногда их прихватывают электросваркой.- Толщину противовесов выбирают такой, чтобы при ремонте двигателя последние не затрудняли перешлифовку шеек вала.
Подшипники коренных опор автомобильных и тракторных двигателей изготовляют в виде тонкостенных биметаллических или триметаллических вкладышей, аналогичных с вкладышами шатунных подшипников. От последних они отличаются только большей толщиной стальной ленты, из которой их штампуют. Но для них можно применять и менее ответственные антифрикционные сплавы, например АСМ (4% сурьмы, 0,5% магния, остальное алюминий) с толщиной слоя 0,5—0,7 мм (тракторные дизели ВТЗ). Общий вид вкладышей коренных опор (подшипников) показан на рис. 2.9 (позиция 12). Для большинства рассматриваемых отечественных двигателей применяют вкладыши коренных подшипников с общей толщиной примерно 2,4 мм (в автомобильных) и 4,0 мм (в тракторных).

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 



  Разработано специально для liciss.ru, все права защищены.
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.