Группа коленчатого вала

В эту группу входят коленча­тый вал, противовесы, маховик, распределительная шестерня, шкив, узел осевой фиксации вала, уплотняющие устройства (рис.8.). Коленчатый вал воспринимает усилия со сто­роны шатунов и трансформиру­ет их в крутящий момент, кото­рый используется потребителем.

Рис.8. Коленчатый вал:

1 — коренная шейка; 2 — шатунная шейка; 3 — щека; 4 — галтель; 5 — противовес

Основными элементами кон­струкции коленчатого вала являются:

- носок коленчатого вала, для крепления шкивов привода вспомогательных аг­регатов;

- коренные опоры (шейки), на которых вал установлен в опорах картера;

- шатунные шейки, к которым присоединяются нижние головки шатунов;

- щеки, соединяющие шатунные и коренные шейки и образующие кривошипы вала;

- противовесы, разгружающие коренные опоры от центробежных сил. Для уменьшения вибраций коленчатый вал динамически балансируют, высверливая металл в противовесах;

- хвостовик коленчатого вала для крепления маховика.

Изготовляют вал целиком из одной поковки (отливки) или собирают из отдельных колен (кривошипов), получая составной вал. Внутри вала имеется сеть масляных каналов, обеспечивающий подвод масла под давлением к трущимся частям вала (шатунным и коренным подшипникам), трение в подшипниках жидкостное, толщина масляной пленки 3—15 мкм.

К коленчатым валам предъявляются требования высокой изгибной и кру­тильной жесткости, высо­кой усталостной прочности и износостойкости трущих­ся поверхностей, статичес­кой и динамической урав­новешенности. Изготовля­ют валы из среднеуглеродистых или легированных сталей (сталь 45, 50Т, 18ХНВА, 40XНМА), а в ряде случаев — из высоко­прочного ковкого чугуна, модифицированного магни­ем. Износостойкость чугун­ных валов выше, чем сталь­ных. Они хорошо погло­щают энергию колебаний, однако их прочность при изгибе ниже. Шейки валов закаливают на глубину 3—4 мм. Все переходы в валах выполняют с галте­лями — это повышает уста­лостную прочность. Важ­ным показателем конструк­ции вала, характеризую­щим его жесткость, служит перекрытие шеек.

В рядных двигателях число шатунных шеек со­ответствует числу цилинд­ров, в V-образных двига­телях число шатунных шеек может быть меньше вдвое. Число коренных опор в рядных двигателях может быть на одну боль­ше, чем число цилиндров (полноопорный вал), или меньше числа цилиндров (неполноопорный вал). Ва­лы бывают плоские (все кривошипы лежат в одной плоскости) и неплоские (кривошипы лежат в раз­ных плоскостях).

Коленчатые валы в эксплуатации неоднократно подвергают ре­монтным воздействиям, перешлифовывают шатунные и коренные шейки под меньшие размеры, удаляя дефекты, вызванные износом. При этом жесткость вала уменьшается. Из-за отложений шлама в по­лостях масляных магистралей может нарушиться балансировка всего узла.

На носке коленчатого вала, как правило, устанавливаются шкив с помощью шпоночного соединения, а также распределительная шес­терня и маслоотражательная шайба. На хвостовом фланце крепится маховик (Рис.9.). Хвостовик имеет маслоотражающую накатку и уплотняющий сальник. Маховик крепится болтами.

Рис. 9. Способы крепления маховика к коленчатому валу:

а — фланцевое крепление: б — крепление к торцу вала

При работе двигателя на машине на коленчатый вал могут дейст­вовать усилия вдоль его оси. Они возникают, например, при включе­нии или выключении сцепления, при наличии косозубых шестерен в приводах от вала. Под действием осевых сил вал может сместиться вдоль оси, что нежелательно из-за опасности возникновения повы­шенного трения в подшипниках или просто механического поврежде­ния вала. Для предотвращения осевых смещений используют фикси­рующие узлы (Рис 10.). Это могут быть упорные подшипники скольжения или неподвижные упорные кольца, установленные с обеих сторон одной из коренных опор (передней или задней), коленчатого вала, и подвижные упорные элементы самого вала — кольцевой поясок на щеке вала и стальная упорная шайба. При сборке узла обеспечивается зазор 0,1—0,2 мм во избежание защемления вала. Заднюю опору для фик­сации вала чаще используют в дизелях. В этих двигателях неподвиж­ные упорные элементы изготовляются в виде полуколец из бронзы, устанавливаются в гнезда коренной опоры и фиксируются штифтами. Соответственно вал имеет торцовые упорные элементы в виде поясков.

Рис. 9.13. Способы фиксации коленчатого вала:

а —фиксация в передней опоре; б —фиксация в зад­ней опоре; 1 — упорные кольца.

Повышение усталостной прочности достигается комплексом мероприя­тий: конструктивных (увеличение перекрытия шеек, увеличение их диаметра, уменьшение действующих нагрузок путем уменьшения масс, вызывающих изгиб при вращении); технологических (обработка галтелей роликами большого радиуса и выполнение галтелей из не­скольких элементов разных радиусов, обработка их дробью, шлифо­вание элементов вала, зенковка и обжатие шариком отверстий, вы­ходящих на поверхность вала, а иногда и их полирование, улучшение качества металла заготовок). Перечисленный комплекс мероприятий позволяет избежать раннего развития микротрещин в валах и сущест­венно повысить срок их службы и не лимитировать долговечность дви­гателя.

Маховик - стальной диск, накапливающий энергию во время рабо­чего хода, необходимую для вывода поршней из «мертвых точек».