Коленчатый вал и маховик

03/02/2012 в 10:36

Коленчатый вал относится к числу наиболее сложных, напряженных и дорогостоящих деталей двигателя. Масса вала составляет около 10% массы двигателя, а стоимость его изготовления иногда достигает 25-30% стоимости изготовления двигателя. Вал воспринимает периодические нагрузки от давления газов и сил инерции возвратно-поступательно движущихся и вращающихся частей, поэтому он подвергается значительным изгибающим и скручивающим усилиям. Эти силы вызывают трение и износ коренных и шатунных шеек вала и подшипников, усталостные трещины в местах переходов шеек в щеки и выходов масляных каналов.

Коленчатому валу необходима достаточная прочность, жесткость и износостойкость при небольшой массе. Коренные и шатунные шейки его должны быть изготовлены с высокой степенью точности, а поверхности шеек достаточно твердыми и обработаны с высокой степенью чистоты.

Конструкция коленчатого вала зависит от числа и расположения цилиндров, равномерности чередования вспышек и показателей уравновешенности. Количество шатунных шеек вала при расположении цилиндров в ряд равно числу цилиндров, а у V-образных двигателей- вдвое меньше.

Коленчатый вал и маховик

Рис. 30. Коленчатый вал двигателя с маховиком: 1 5 и 6 - маслоотражатели, 2 и 3 - коренная и шатунная шейки, 4 - шестерня, 7 - шкив, в -храповик, 9 - дистанционная втулка. 10 - заглушка, 11 - стяжной болт, 12 - маслопро-водпьш канал, 13 - щека, 14-маховик. 15-зубчатый венец, 16-палец, 17 - трубка

Коленчатые валы двигателей малой и средней мощности выполняют обычно цельными, крупных двигателей - чаще всего составными. Соединительные фланцы отдельных частей вала скрепляют болтами или шпильками. Валы изготовляют из качественной углеродистой или легированной стали ковкой и штамповкой. В некоторых случаях применяют литые коленчатые валы из специального модифицированного чугуна с шаровидным графитом и из стали. Литые валы значительно дешевле, кроме того, на них расходуется меньше металла и времени на обработку, чем на кованые.

Коленчатый вал (рис. 30) имеет коренные 2 и шатунные 3 шейки, охватываемые нижними головками шатунов, а также щеки (колена) 13, связывающие шатунные шейки с коренными.

Коренные и шатунные шейки для уменьшения массы часто делают полыми, а полости используют как каналы для подвода смазки, закрывая с торцов заглушками 10, стянутыми болтами 11. Наружную поверхность шеек вала шлифуют и полируют. Переходы от щек к шейкам (гантели) также тщательно шлифуют и полируют до полного выведения рисок.

В некоторых двигателях применяют нерегулируемые взаимозаменяемые подшипники, поэтому к соблюдению точных размеров всех шеек вала предъявляют очень высокие требования. Чтобы повысить твердость и износостойкость поверхности шеек, их закаливают токами высокой частоты. Это особенно необходимо, если в двигателе используют подшипники скольжения, залитые свинцовистой бронзой.

У многих двигателей коленчатые валы снабжают противовесами (рис. 31), которые устанавливаются на щеки и способствуют разгрузке коренных подшипников от центробежных сил шатунной шейки, шатуна и неуравновешенной части щек.

Коленчатый вал и маховик

Рис. 31. Крепление противовесов: а, б - с помощью болтов, в - с помощью шпилек, 1 - противовес, 2 - болт. 3 - щека коленчатого вала, 4 - шпилька

Противовесы размещают на коленчатом валу таким образом, чтобы их центры тяжести располагались на возможно большем расстоянии от оси коленчатого вала. В этом случае масса противовесов будет значительно меньше. Масса противовесов коленчатого вала составляет 70-80% суммарной массы вращающихся частей. У некоторых двигателей противовесы отковывают или отливают как одно целое со щеками коленчатого вала. Толщина противовеса не должна превышать толщины щеки. У большинства двигателей противовесы изготовляют отъемными. Противовесы 1 крепят к щекам 3 коленчатого вала болтами 2 (см. рис. 31, а, б) или шпильками 4 (см. рис. 31, в). Для большей надежности головки болтов приваривают к противовесам.

У двигателей с кривошипно-камерной продувкой противовесы заполняют кривошипную камеру, что способствует созданию необходимого давления свежего заряда.

Коленчатые валы двигателей воспринимают нагрузки от крутильных колебаний. Во время рабочего хода в цилиндре сила, передаваемая поршневой группой шатунным шейкам коленчатого вала, сильно возрастает и скручивает коленчатый вал.

В конце рабочего хода сила, действующая на коленчатый вал, уменьшается и вал раскручивается. Таким образом, возникают так называемые крутильные колебания коленчатого вала. Если при некоторой частоте вращения частота крутильных колебаний совпадет или станет кратной частоте собственных колебаний коленчатого вала, возникает явление резонанса, создающее большие напряжения в металле и вызывающее поломку вала.

Гашение крутильных колебаний и частичное поглощение энергии, вносимой при резонансе в еистему коленчатого вала, производитея гасителем (демпфером) или антивибратором. В двигателях применяют гасители крутильных колебаний молекулярного и жидкостного трения, а также фрикционные (Gyxoro трения).

На рис. 32 показан гаситель крутильных колебаний молекулярного трения, устанавливаемый на ступице шкива привода вентилятора, т. е. в том месте, где угол закручивания коленчатого вала наибольший. Маховичок 1 привулканизирован резиновой прокладкой 2 к штампованному фланцу 3, который болтами крепится к ступице привода вентилятора. Крутильные колебания, возникающие в коленчатом валу, вызывают колебания маховичка отноеительно носка коленчатого вала. Благодаря большому молекулярному трению в массе резины крутильные колебания гасятся. Энергия молекулярного трения превращается в тепло и рассеивается в атмосферу. Резиновые гасители просты по устройству и надежны в работе.

Коленчатый вал и маховик

Рис. 32. Гаситель крутильных колебаний молекулярного трения: 1 - маховичок, 2 - резиновая прокладка. 3 - фланец

В гасителях крутильных колебаний жидкостного трения используют силиконовую жидкость, обладающую большой вязкостью и пологой вязкостно-температурной кривой. В замкнутое кольцевое пространство помещают свободную инерционную массу в виде кольца. Пространство между инерционной массой и кольцевой полостью заливают сили коновой жидкостью. Трение, возникающе между силиконовой жидкостью и подвижной инерционной массой, служит для гашения крутильных колебаний.

В фрикционных (сухого трения) гасителях крутильных колебаний используют сухие диски, трение между которыми гасит крутильные колебания.

Маятниковый антивибратор (рис. 33) состоит из етупицы 3, установленной на коленчатом валу, большого груза 6 и малого груза 7. Грузы прикрепляют к ступице при помощи пальцев 8. При колебании грузов пальны могут перекатываться во втулках 2, которые запрес-вованы в етупице, а также во втулках 4, рапревсованных в грузах. От перемещения в осевом направлении пальцы удерживаются крышками 5, а грузы - специальными поясками 1.

Коленчатый вал и маховик

Рис. 33. Маятниковый антивибратор: 1 - поясок, 2 и 4-втулки, 3 -ступица. 5 - крышка, 6 в 7 - большой я малый грузы, 8 - палец

Массы и габариты грузов, пальцев и втулок таковы, что каждая из пар грузов настраивается на одну из наиболее сильно выделяющихся частей крутильных колебаний и гасит их.

Маховик 14 (см. рис. 30) крепят к фланцу коленчатого вала (хвостовику). Маховик служит для обеспечения равномерности хода двигателя. Он накапливает кинетическую энергию в течение рабочего хода, когда давление газов на поршень значительно превышает атмосферное, и отдает ее часть кривошипно-шатунному механизму, когда крутящий момент двигателя оказывается меньше момента сопротивления вращению вала двигателя, т. е. в момент прекращения расширения газов в цилиндре. Маховик также выводит коленчатый вал из мертвых точек и значительно облегчает пуск, особенно двигателей с малым числом цилиндров. При окружной скорости маховика 30- 32 м/с его отливают из чугуна, при 40-60 м/с изготовляют из стального литья.

Маховик присоединяют к фланцу на конце коленчатого вала болтами, которые контрят проволокой. На ободе маховика закреплен зубчатый венец 15, предназначенный для проворачивания двигателя от стартера. К диску маховика крепят пальцы 16 с резиновыми втулками, на которые надевают муфту для соединения двигателя g приводимыми агрегатами. На маховик наносят метки для установки кривошипно-шатунного механизма в мертвых точках, проверки фаз газораспределения и угла впрыска топлива.

Свободный конец вала (носок) со стороны, противоположной маховику, служит для монтажа шестерни 4, приводящей в действие масляный и топливный насосы, а также другие механизмы и вспомогательные агрегаты двигателя. На носке установлены маслоотражатели 5 и 6, а также шкив 7 клнноременной передачи для привода водяного насоса и других агрегатов. Шкив прижимается к дистанционной втулке 9 храповиком 8, ввернутым в торец вала и предназначенным для проворачивания коленчатого вала при техническом обслуживании двигателя.

Масло для смазывания коренных и шатунных подшипников подается по каналам в перегородках картера. По косым сверленым каналам 12 в коленчатом валу масло поступает в полости шатунных шеек, где происходит его центробежная очистка, а затем по завальцованным медным трубкам 17 направляется на смазку поверхностей шатунных шеек,

Еще по теме

  • Смесеобразование в дизелях. Типы камер сгорания
    Камеры сгорания у дизельных двигателей бывают неразделенные и разделенные. У неразделенных камер сгорания все пространство сжатия представляет собой единый объем, в который непосредственно впрыскивается топливо. Поэтому эти камеры часто называют камерами непосредственного впрыска. По способу смесеобразования неразделенные камеры делят на три группы: с объемным, пленочным и смешанным (объемно-пленочным) смесеобразованием. У[..]
  • Цилиндры
    Цилиндры являются направляющими для поршней. Внутренняя часть цилиндров образует рабочую полость, которая ограничивается днищем поршня и головкой цилиндра. В рабочих полостях совершается рабочий цикл двигателя. Гильзы цилиндров устанавливают в блок-цилиндры. У четырехтактных дизелей блок-цилиндры имеют простую конструкцию коробчатой формы, которая состоит из верхней и нижней досок с отверстиями для установки[..]
  • Неисправности кривошипно-шатунного механизма и способы их устранения
    Неисправности кривошипно-шатунного механизма могут быть выявлены в результате наблюдения за работой двигателя. К основным неисправностям двигателя, вызванным нарушением работы кривошипно-шатунного механизма, относят: падение компрессии, детона ционное сгорание и преждевременные вспышки топлива, стуки поршней, пальцев, стуки в шатунных и коренных подшипниках, перегрев двигателя, падение мощности и давления масла в системе смазки,[..]