Коленчатые валы


Вал воспринимает периодические нагрузки от сил давления газов и сил инерции поступательно движущихся масс, а также от сил инерции вращательно движущихся масс.
Коленчатый вал является одной из наиболее ответственных, напряженных и дорогостоящих деталей двигателя.
Силы, действующие на вал, вызывают трение и изнашивание его шеек и подшипников, усталостные разрушения в местах переходов шеек в щеки и в местах выходов масляных каналов, а также крутильные, изгибные, поперечные и осевые колебания. Основные требования, предъявляемые к конструкции вала: достаточные прочность, жесткость и износостойкость при относительно небольшой массе; надежность работы при различных эксплуатационных условиях;
высокая точность изготовления шатунных и коренных шеек; достаточные твердость и степень чистоты обработки поверхности шеек;
динамическая уравновешенность и отсутствие вибраций; для быстроходных двигателей -разгруженность коренных подшипников от центробежных сил.
Анализ конструкций коленчатых валов
Рациональную схему коленчатого вала выбирают после определения расположения колен вала, которое выполняют после динамического расчета и эскизных разработок, связанных с назначением и размерами двигателя. Взаимное расположение колен вала зависит от числа тактов двигателя, числа и расположения цилиндров и порядка работы цилиндров. Колена вала располагают так, чтобы получить: наибольшую равномерность хода, т.е. равномерность изменения крутящего момента по времени; наилучшую уравновешенность двигателя; равномерное нагружение частей коленчатого вала (последовательно работающие цилиндры не должны быть смежными, их следует располагать по возможности по обе стороны от среднего коренного подшипника);
наименьшие напряжения от крутильных и изгибных колебаний;
наилучшее использование энергии выпускных газов при наличии газовой турбины.
б)
Размеры элементов колена вала определяются в основном расстоянием между осями цилиндров, в свою очередь зависящим от диаметра цилиндра, толщины стенок гильзы и рубашки цилиндра, пространства для охлаждающей жидкости, а также каналов для продувочного воздуха и отработавших газов в двухтактном двигателе.
В зависимости от размера шеек и щек, а также от числа колен валы изготовляют цельными (рис. 145, а), с составными коленами (рис. 145,6) и составными из двух или более участков, соединяемых фланцами.
Цельные валы применяют в двигателях внутреннего сгорания всех типов.
Валы с составными коленами устанавливают в крупных (малооборотных) двигателях. Шейки и щеки таких валов изготовляют отдельно. В этих двигателях применяют полусоставные колена, в которых шатунные шейки выполняют как одно целое со щеками.
В составных или полусоставных коленах шейки запрессовывают в щеки обычно при слабом нагреве (до 200-300 °С) при натяге, обеспечивающем достаточную прочность соединения.
Части колена звездообразных двигателей (в которых главный шатун выполнялся нередко с неразъемной кривошипной головкой) соединяют или шлицами, или болтом, стягивающим разрезную щеку.
Составные валы, состоящие из нескольких участков, соединяют фланцами, откованными как одно целое с валом. Фланцы имеют центрирующие заточки или монтажные центрирующие шайбы (рис. 146). Последние закладывают между фланцами на время развертки отверстий для болтов. После проверки линии •вала шайбы удаляют и фланцы жестко соединяют болтами, которые и служат для центрования. Это позволяет в дальнейшем разбирать вал на части без передвижения его вдоль оси.
Наиболее часто коленчатые валы имеют число опор, превышающее на единицу число колен (полноопорные валы), в частности, валы двигателей с воспламенением от сжатия.
Вал состоит из колен и концевых участков (со стороны отбора мощности и свободного заднего конца).
При уменьшении расстояния между осями цилиндров наряду с уменьшением габаритных размеров двигателя увеличиваются жесткость и прочность вала, но работа подшипников вследствие уменьшения их длины может стать ненадежной.
Коленчатые валы некоторых малофорсированных карбюраторных двигателей имели меньшее число опор. В этом случае между двумя опорами располагают два колена вала, что позволяет сократить длину вала и габаритные размеры двигателя. При уменьшении числа опор увеличиваются деформация вала и нагрузки на подшипники, связанные с увеличением износа подшипников и шеек.
струкциях отбор мощности производится с обоих концов вала. Типичная конструкция колена вала двигателя показана на рис. 147. На рис. 148 приведены конструкции колен валов малооборотных двигателей большой мощности, на рис. 149 — стальные и чугунные коленчатые валы транспортных двигателей различного назначения отечественного производства.
Конец вала со стороны отбора мощности для соединения с генератором, муфтой, маховиком, винтом, упругим элементом и т.д. имеет участок со шлицами или фланцем. На концевых участках монтируют шестерню передачи к распределительному валу.
Коренные шейки, как правило, выполняют одинакового диаметра dl (см. рис. 147). От осевых перемещений вал фиксируют на средней или крайней шейке специальным упорным подшипником.
Шатунные шейки имеют тот же диаметр, что и коренные, или несколько меньший. Как в коренных, так и в шатунных шейках часто сверлят отверстия для уменьшения массы. Увеличение диаметра шатунной шейки приводит к росту размеров кривошипной головки шатуна и размеров картера; кроме того, повышаются вращающиеся массы, силы инерции, а частота свободных колебаний системы вала уменьшается. Коренные шейки чаще, чем шатунные, выполняют без полостей.

1 2 3 4 5 6