Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания


* * *

Коленчатый вал является одним из наиболее нагруженных, напряжённых и дорогостоящих элементов двигателя внутреннего сгорания. Действие газовых и инерционных сил формирует значительные скручивающие, а также изгибающие напряжения в коленчатом валу. Помимо этого, периодическое изменение крутящих моментов вызывает его крутильные колебания.

Форма коленчатого вала имеет прямую зависимость не только от количества и расположения цилиндров, но и от тактности и порядка работы двигателя [рис. 1].

Схема работы кривошипно-шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания

Рис. 1. Схема работы кривошипно-шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания.

а) – Четырёхцилиндровый рядный двигатель;

б) – Шестицилиндровый рядный двигатель;

в) – V-образный шестицилиндровый двигатель;

г) – V-образный восьмицилиндровый двигатель.

У четырёхцилиндровых двигателей кривошипы валов располагаются симметрично: первое и четвёртое колена направлены в одну стороны, а второе и третье – в противоположные, то есть смещены относительно первой пары на 180 градусов [рис. 1, а)]. Расположение кривошипов в рядных шестицилиндровых двигателях также попарно симметричное (1 и 6, 2 и 5, 3 и 4), а пары колен развёрнуты под углом 120 градусов, что позволяет равномерно чередовать рабочие ходы в отдельных цилиндрах, а также уравновешивает силы инерции [рис. 1, б)].

Рядные двигатели современных грузовых автомобилей комплектуются полноопорными коленчатыми валами, где коренные подшипники расположены с обеих сторон шатунной шейки. В рядных тракторных двигателях (А-01, Д-240, А-41 и прочие) коленчатые валы также имеют полноопорное исполнение. Данная форма коленчатого вала позволяет снизить напряжения и изгибающие моменты.

Коренные опоры коленчатого вала в V-образных двигателях размещают через отсек двух цилиндров, чьи шатуны опираются на одну шейку вала (ЗМЗ-35, ЗИЛ-130, СМД-60 и все двигатели КамАЗ и ЯМЗ). Коленчатые валы V-образных двигателей (в сравнении с рядными двигателями) не только короче, но и менее чувствительны к крутильным колебаниям [рис. 1, в) и г)].

Коленчатые валы современных двигателей изготавливаются посредством штамповки из стали либо отливки из специальных чугунов. Штампованные коленчатые валы производятся из среднеуглеродистых и марганцовистых сталей (двигатели ЗИЛ-130, СМД-60, КамАЗ, ЯМЗ, Д-240), а также легированных сталей для модификаций данных двигателей с турбонаддувом. Широкое применение в автомобильных карбюраторных двигателях (ВАЗ, ЗМЗ и прочие) нашли литые коленчатые валы, изготовленные из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Литые коленчатые валы имеют меньшую массу и сравнительно низкую стоимость производства. Включённый в структуру чугуна графит не только улучшает антифрикционные свойства, но уменьшает износ шеек. С целью повышения долговечности и износостойкости коренных и шатунных шеек коленчатых валов из стали их поверхности подвергают термообработке посредством закалки ТВЧ (токи высокой частоты), с последующей шлифовкой и полировкой.

Коленчатый вал [рис. 2] включает в себя следующие основные элементы: коренные шейки (1), которыми вал опирается на расположенные в блок-картере коренные подшипники; шатунные шейки (11); щёки (2) и (12), связывающие коренные и шатунные шейки; носок (переднего конца) и хвостовик (заднего конца). Переход от рабочей поверхности шейки к щеке должен быть плавным – галтель (13). Противовесы (14), установленные на щеках коленчатого вала, служат для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил инерции.

Коленчатые валы

Рис. 2. Коленчатые валы.

а) – Коленчатый вал дизельного двигателя Д-240:

1) – Коренная шейка;

2) – Щека;

3) – Упорные полукольца;

4) – Нижний вкладыш пятого коренного подшипника;

5) – Маховик;

6) – Маслоотражательная шайба;

7) – Установочный штифт;

8) – Болт;

9) – Зубчатый венец;

10) – Верхний вкладыш пятого коренного подшипника;

11) – Шатунная шейка;

12) – Щека;

13) – Галтель;

14) – Противовес;

15) – Болт крепления противовеса;

16) – Замковая шайба;

17) – Шестерня коленчатого вала;

18) – Шестерня привода масляного насоса;

19) – Упорная шайба;

20) – Болт;

21) – Шкив;

22) – Канал подвода масла в полость шатунной шейки;

23) – Пробка;

24) – Полость в шатунной шейке;

25) – Трубка для чистого масла;

б) – Упорный подшипник коленчатого вала карбюраторных двигателей:

1) – Сальник;

2) – Пылеотражатель;

3) – Шкив;

4) – Ступица;

5) – Храповик;

6) – Коленчатый вал;

7) – Крышка распределительных шестерён;

8) – Штифт;

9) – Блок-картер;

10) – Задняя неподвижная шайба;

11) – Передняя неподвижная шайба;

12) – Шпонка;

13) – Вкладыш;

14) – Крышка коренного подшипника;

15) – Штифт;

16) – Упорная вращающаяся шайба;

17) – Распределительная шестерня;

18) – Маслоотражатель;

в) – Коленчатый вал дизельного двигателя ЯМЗ-240Б:

1) – Коренная шейка;

2) – Шатунная шейка;

3) – Роликоподшипник.

На носке коленчатого вала закрепляется одна либо две (двигатель Д-240) шестерни (17) и (18), которые передают вращение газораспределительному механизму и прочим механизмам двигателя, маслоотражательная шайба (6) и шкив (21) привода вентилятора. В двигателях ЗМЗ-53, ЗИЛ-130 и прочих на конце носка смонтирован храповик для проворачивания коленчатого вала посредством специальной рукоятки. На хвостовике коленчатого вала (за задним коренным подшипником) на некоторых двигателях выполнена маслосгонная резьба. Передний и задний концы коленчатого вала (в местах выхода из блок-картера) уплотнены сальниками.

С целью снижения массы коленчатого вала в высокооборотных двигателях шатунные шейки изготавливаются полыми. Данная полость (24) [рис. 2, а)] служит для центробежной очистки масла, которое поступает к шатунным шейкам. При увеличении относительных диаметров коренных и шатунных шеек возникает перекрытие шеек. Особенно большое перекрытие получается в низкооборотных двигателях. И в данном случае полости (19) [рис. 3] в шатунных шейках размещают наклонно. Жёсткость коленчатого вала возрастает с увеличением перекрытия шеек.

Кривошипно-шатунный механизм дизельного двигателя СМД

Рис. 3. Кривошипно-шатунный механизм дизельного двигателя СМД.

1) – Шкив коленчатого вала;

2) – Шестерня привода масляного насоса;

3) – Коленчатый вал;

4) – Шатун;

5) – Втулка верхней головки шатуна;

6) – Поршень;

7) – Стопорное кольцо;

8) – Поршневой палец;

9) – Расширитель;

10) – Поршневое маслосъёмное кольцо;

11) – Поршневые компрессионные кольца;

12) – Вкладыши коренных подшипников;

13) – Упорные полукольца;

14) – Маховик коленчатого вала;

15) – Гайка;

16) – Фланец крепления маховика;

17) – Маслоотражатель;

18) – Шестерня привода газораспределения;

19) – Масляная полость шатунной шейки;

20) – Шатунный болт;

21) – Крышка нижней головки шатуна;

22) – Вкладыш шатунного подшипника;

23) – Противовес;

24) – Маслоотражатель.

У большей части двигателей в коленчатом валу выполняются сверления для подвода масла к шатунным и коренным подшипникам.

17*

Яндекс.Метрика