Коленчатый вал

Форма коленчатого вала зависит от тактности двигателя, числа, расположения (рядности) и порядка работы цилиндров. Формы валов, количество опор и наиболее распространенные порядки работы цилиндров четырехтактных двигателей указаны в таблице 1.

Таблица 1. Формы коленчатых валов и порядок работы цилиндров четырехтактных двигателей с рядным и V-образным расположением цилиндров

Число цилиндров	Формы коленчатых валов	Количество опор	Наиболее распространенные порядки работы цилиндров
		2, 3, 4 и 5	1-3-4-2 1-2-4-3
		3, 4 и 7	1-5-3-6-2-4 1-4-2-6-3-5
V6			1-4-2-5-3-6
V8			1-5-4-2-6-3-7-8

.

Коленчатые валы штампуют из стали или отливают из магниевого чугуна (ЗМЗ-66). Коренные шейки имеют больший диаметр, чем шатунные; для подвода смазки от коренных шеек к шатунным просверливают наклонные каналы. Коренные и шатунные шейки коленчатого вала выполняют полыми; полости шатунных шеек представляют собой грязеуловители, которые при ремонте можно очищать, отвертывая пробки. Эти пробки для предотвращения самоотвертывания раскернивают.

Для уравновешивания центробежных сил и ослабления вибрации двигателя применяют противовесы, которые выполняют как одно целое с валом или крепят к щекам вала винтами (ЯМЗ). Двигатели ЯМЗ имеют, кроме того, выносные противовесы на носке коленчатого вала и на маховике. Коренные и шатунные шейки коленчатого вала закалены нагревом токами высокой частоты.

В коренных подшипниках коленчатых валов применяют тонкостенные вкладыши той же конструкции, что и в шатунных. Вкладыши коренных подшипников двигателей Заволжского моторного завода изготовляют из триметаллической ленты: стальная лента, металлокерамический подслой (60% меди и 40% никеля) и антифрикционный сплав СОС-6-6.

Осевые нагрузки коленчатого вала в большинстве двигателей воспринимаются упорной стальной шайбой 10 (рис. 5) и стальными, залитыми с одной стороны баббитом шайбами 8 и 3, расположенными по обе стороны переднего коренного подшипника. Передняя шайба 9 стороной, залитой баббитом, обращена к упорной шайбе 10. Задняя шайба 8 стороной, залитой баббитом, обращена к торцу щеки коленчатого вала. В двигателях ЗИЛ упорные шайбы имеют медноникелевый подслой, покрытый сплавом СОС-6-6. В двигателях ЯМЗ осевые нагрузки воспринимаются бронзовыми полукольцами, расположенными в заднем подшипнике. Осевой зазор коленчатого вала в двигателях ЗМЗ составляет 0,075—0,175 мм, в двигателях ЯМЗ — 0,121—0,265 мм. Коленчатый вал балансируют динамически в сборе с маховиком и сцеплением путем удаления излишнего металла со щек и противовесов вала или обода маховика или при помощи балансировочных грузиков, устанавливаемых на фланце ведомого диска сцепления.

Рисунок 5. Передний конец коленчатого вала и привод распределительного вала (ЗМЗ-66): 1 — шкив коленчатого вала; 2 — датчик ограничителя оборотов; 3 — эксцентрик привода топливного насоса; 4 — балансир; 5 — упорный фланец; 6 — шестерня распределительного вала; 7 — штифт; 8 и 9 — стальные шайбы; 10 — упорная шайба; 11 — шестерня коленчатого вала

.

Крутильные колебания коленчатого вала. Если носок вала закрепить неподвижно, а к маховику приложить силу, коленчатый вал будет скручен на некоторый угол. Если прекратить действие скручивающей силы, то вал под влиянием сил упругости и сил инерции маховика будет раскручиваться и начнет колебаться с частотой, зависящей от его длины, поперечного сечения и материала. Такие колебания называют свободными, упругими колебаниями кручения, а их частоту — собственной частотой. При работе двигателя переменные силы S (см. рис. 1) в течение цикла создают второй вид колебаний вала — вынужденные колебания, частота которых зависит от числа оборотов вала, числа цилиндров и тактности двигателя.

Рис 6. Гаситель крутильных колебаний коленчатого вала двигателя

При некотором (критическом) числе оборотов частота свободных колебаний кручения и частота вынужденных колебаний вала совпадают или становятся кратными, наступает явление резонанса. При резонансе колебаний в материале вала возникают высокие внутренние напряжения, амплитуда колебаний вала при этом возрастает до пределов, при которых возможно его разрушение.

Для ослабления крутильных колебаний применяют особые гасители — демпферы; принцип их действия основан на приложении к валу противодействующих сил, вызывающих затухание колебаний. Гасители устанавливают на ступице шкива привода вентилятора, т. е. там, где амплитуда колебаний достигает наибольшей величины и где гаситель лучше охлаждается.

Гаситель (рис. 6) состоит из двух маховичков — большого 3 и малого 2, привулканизованных слоями резины к фланцам 1 и 4, укрепленным на шкиве 5. Крутильные колебания коленчатого вала вызывают колебательное движение маховичков 2 и 3 относительно переднего конца вала, поэтому в слоях резины возникает внутреннее (молекулярное) трение, уменьшающее амплитуду колебаний вала. Описанный гаситель крутильных колебаний устанавливают в двигателях ЯМЗ-М206А.

Принцип действия кривошипно-шатунного механизма:

Под воздействием давления газов, поршневая система начинает совершать поступательные движения относительно коленвала. При помощи «шатуна-вала» и «поршня-шатуна», это поступательное движение поршневой переходит во вращательное.

Рисунок 2 Кривошипно-шатунный механизм

Гайка крепления шкивов; 2. Шкив привода генератора и насоса охлаждающей жидкости; 3. Ось натяжного ролика; 4. Натяжной ролик; 5. Шкив распределительного вала; 6. Сальник распредепительного вала; 7. Держатель сальника; 8. Упорный фланец распределительного вала; 9. Корпус подшипников распределительного вала; 10. Распределительный вал; 11. Терморегулирующая пластина поршня; 12. Поршень; 13. Верхнее компрессионное кольцо; 14. Нижнее компрессионное кольцо; 15. Маслосъемное кольцо; 16. Палец поршня; 17. Болт крепления крышки шатуна; 18. Маховик; 19. Упорное полукольцо коленчатого вала; 20. Передний подшипник первичного вала коробки передач; 21. Зубчатый обод маховика; 22. Вкладыши З-го (центрального) коренного подшипника коленчатого вала; 23. Вкладыши 1, 2, 4 и 5-го коренных подшипников коленчатого вала; 24. Коленчатый вал; 25. Впускной клапан; 26. Направляющая втулка клапана; 27. Стопорное кольцо; 28. Выпускной клапан; 29. Зубчатый шкив коленчатого вала; 30. Зубчатый ремень; 31. Маслоотражательный колпачок; 32. Шкив привода масляного насоса, распределителя зажигания и топливного насоса; 33. Кронштейн натяжного ролика; 34. Пружина натяжного ролика; 35. Наружная пружина клапана; 36. Тарелка пружин; 37. Сухари клапана; 38. Рычаг привода клапана; 39. Пружина рычага; 40. Стопорная пластина пружины рычага; 41. Вкладыш и шатуна; 42. Крышка шатуна; 43. Шатун; 44. Регулировочный болт клапана; 45. Внутренняя пружина клапана; 46. Опорная шайба внутренней пружины; 47. Опорная шайба наружной пружины; 48. Метки в.м.т. поршней 1 и 4-го цилиндров;

Кривошипно-шатунный механизм – это механизм, который осуществляет процесс функционирования двигателя. Предназначен для действия возвратно-поступательных движений поршневой во вращательные на коленвал. Тип двигателя автомобиля определяется по расположению своих цилиндров.

Детали кривошипно-шатунного механизма можно разделить на:

· неподвижные - картер, блок цилиндров, цилиндры, головка блока цилиндров, прокладка головки блока и поддон. Обычно блок цилиндров отливают вместе с верхней половиной картера, поэтому иногда его называют блок-картером.

· подвижные — поршни, поршневые кольца и пальцы, шатуны, коленчатый вал и маховик.

Кроме того, к кривошипно-шатунному механизму относятся различные крепежные детали, а также коренные и шатунные подшипники.

Энергия расширения продуктов сгорания топлива через кривошипно-шатунный механизм двигателя передается на коленчатый вал двигателя. Детали кривошипно-шатунного механизма при этом подвергаются воздействию значительных механических и термических нагрузок. Подбор материалов поршня, пальца, поршневых колец и их конструкция обеспечивают надежное уплотнение цилиндра, эффективный теплоотвод, малую массу деталей, минимальный коэффициент трения, высокую прочность и надежность.