Коленчатый вал или просто "колено"
Коленчатый вал — деталь (или узел деталей в случае составного вала) сложной формы, имеющая шейки для крепления шатунов, от которых воспринимает усилия и преобразует их в крутящий момент. Составная часть кривошипно-шатунного механизма (КШМ).
Основные элементы коленчатого вала
Коренная шейка — опора вала, лежащая в коренном подшипнике, размещённом в картере двигателя.
Шатунная шейка — опора, при помощи которой вал связывается с шатунами (для смазки шатунных подшипников имеются масляные каналы).
Щёки — связывают коренные и шатунные шейки.
Передняя выходная часть вала (носок) — часть вала на которой крепится зубчатое колесо или шкив отбора мощности для привода газораспределительного механизма (ГРМ) и различных вспомогательных узлов, систем и агрегатов.
Задняя выходная часть вала (хвостовик) — часть вала соединяющаяся с маховиком или массивной шестернёй отбора основной части мощности.
Противовесы — обеспечивают разгрузку коренных подшипников от центробежных сил инерции первого порядка неуравновешенных масс кривошипа и нижней части шатуна.
Материал и способы получения заготовок для коленчатых валов
Коленчатые валы изготовляют из углеродистых, хромомарганцевых, хромоникельмолибденовых, и других сталей, а также из специальных высокопрочных чугунов. Наибольшее применение находят, стали марок 45, 45Х, 45Г2, 50Г, а для тяжело нагруженных коленчатых валов дизелей — 40ХНМА, 18ХНВА и др.
Заготовки стальных коленчатых валов средних размеров в крупносерийном и массовом производстве изготовляют ковкой в закрытых штампах на молотах или прессах при этом процесс получения заготовки проходит несколько операций. После предварительной и окончательной ковки коленчатого вала в штампах производят обрезку облоя на обрезном прессе и горячую правку в штампе под молотом.
В связи с высокими требованиями механической прочности вала большое значение имеет расположение волокон материала при получении заготовки во избежание их перерезания при последующей механической обработке. Для этого применяют штампы со специальными гибочными ручьями. После штамповки перед механической обработкой, заготовки валов подвергают термической обработке — нормализация — и затем очистке от окалины травлением или обработкой на дробеметной машине.
Литые заготовки коленчатых валов изготовляют обычно из высокопрочного чугуна, модифицированного магнием. Полученные методом прецизионного литья (в оболочковых формах) валы по сравнению со «штампованными» имеют ряд преимуществ, в том числе высокий коэффициент использования металла. В литых заготовках можно получить ряд вк.ком/карс.бест внутренних полостей при отливке.
Припуск на обработку шеек чугунных валов составляет не более 2,5 мм на сторону при отклонениях по 5-7-му классам точности. Меньшее колебание припуска и меньшая начальная неуравновешенность благоприятно сказываются на эксплуатации инструмента и «оборудования» особенно в автоматизированном производстве.
Правку валов производят после нормализации в горячем состоянии в штампе на прессе после выемки заготовки из печи без дополнительного подогрева.
Механическая обработка коленчатых валов
Сложность конструктивной формы коленчатого вала, его недостаточная жесткость, высокие требования к точности обрабатываемых поверхностей вызывают особые требования к выбору методов базирования, закрепления и обработки вала, а также последовательности, сочетания операций и выбору оборудования. Основными базами коленчатого вала являются опорные поверхности коренных шеек. Однако далеко не на всех операциях обработки можно использовать их в качестве технологических. Поэтому в некоторых случаях технологическими базами выбирают поверхности центровых отверстий. В связи со сравнительно небольшой жесткостью вала на ряде операций при обработке его в центрах в качестве дополнительных технологических баз используют наружные поверхности предварительно обработанных шеек.
При обработке шатунных шеек, которые в соответствии с требованиями технических условий должны иметь необходимую угловую координацию, опорной технологической базой являются специально фрезерованные площадки на щеках.©
9.1.9. Укладка коленчатого вала в блок цилиндров
Для укладки коленчатого вала блок устанавливается постелями коренных подшипников вверх. Протирается безворсными салфетками и обдуваются сухим сжатым воздухом детали коренных подшипников и шейки коленчатого вала и подвески. Смазываются сопрягаемые поверхности коренных подшипников и шейки вала маслом, применяемым для смазки дизеля.
Укладываются в постели верхние вкладыши и опускается на них коленчатый вал. Вкладыши и другие детали устанавливаются согласно клейм и тех мест, с которых они были сняты при разборке.
Смазывается сферическая поверхность шайб и гаек, резьба болтов и гаек дизельным маслом.
Устанавливаются в подвесках нижние вкладыши и болты, а затем подвески с болтами и нижними вкладышами по местам в блок.
Затяжка болтов подвесок производится равномерно и предварительно усилием одного человека ключом 40д.181.03, имеющим плечо 1000мм в два- три приема, чередуя гайки одной подвески , затем затяжка ослабевается и производится вторичная затяжка. Первый болт затягивается усилием одного человека до отказа ключом 30д.181.03., имеющим плечо 500мм (момент затяжки 25кгс.м). Второй болт затягивается усилием одного человека до отказа ключом, имеющим плечо 1000мм (момент затяжки 50кгс.м), после чего затягивается первый болт усилием аналогичным затяжке второго болта.
Это положение считается отправной точкой окончательной затяжки. Окончательная затяжка болтов осуществляется поворотом гаек от отправной точки на 17 делений (при отсутствии делений на 2,5+0,25 грани в три –четыре приема, чередуя гайки одной подвески. При несовпадении отверстий под шплинт в болте и гайке дополнительно завертывается гайка, но не более чем на два деления.
После окончательной затяжки, щупом осуществляется контроль прилегания головок болтов и гаек , а также вкладышей к постелям. Прохождение щупа толщиной 0,03мм не допускается.
Установка коленчатого вала должна соответствовать требованиям Руководства по эксплуатации и. обслуживанию тепловоза М62 завода изготовителя.
9.1.10. Распределительный вал , закрытие его привода, лоток и толкатели привода клапанов
Выполняются работы в соответствии с п. 8.1.6. настоящего Руководства.
Распределительный вал и его привод.
Снимается распределительный вал, очищаются и продуваются масляные каналы. Проводится магнитная дефектоскопия открытых частей вала, кулачков и шайб.
Кулачки и шайбы, имеющие трещины, выкрашивание цементированного слоя и питтинги, износ рабочей поверхности кулачков более 0,5 мм, определяемого по обмеру, ослабление по посадке, заменяются новыми или отремонтированными, удовлетворяющими требованиям чертежа. Шайбы и кулачки устанавливаются с натягом 0.01-0,05 мм.
Разрешается увеличение ширины шпоночных пазов до 19 мм. Разрешается установка ступенчатых шпонок. В стык между боковыми поверхностями шпонки и шайбы или кулачка щуп 0.03 мм может заходить на глубину до 10 мм.
Заменяются муфта и втулка с трещинами, изломом или износом шлицев.
Снимаются, разбираются, тщательно промываются и осматриваются детали привода распределительного вала. Подшипники качения заменяются новыми или отремонтированными.
Трещины в кронштейнах завариваются электродуговой сваркой. Изношенные посадочные места под подшипники восстанавливаются вибродуговой наплавкой.
Отверстия под призонные болты и штифты разрешается увеличивать до 15 мм и 22,0 мм соответственно.
Шестерни проверяются (дефектоскопом) и заменяются:
при наличии износов или трещин в зубьях и теле шестерни;
покрытия более 10% поверхности зубьев коррозийными язвами;
разрушения цементированного слоя.
Изношенные посадочные и сопрягаемые поверхности, шпоночные пазы и поврежденная резьба М12х2 восстанавливаются вибродуговой наплавкой. Диаметр отверстия под штифты и призонные болты шестерен разрешается увеличивать на 1мм.
При сборке кронштейна с шестернями следует соблюдать следующие условия:
I) несовпадение торцовых поверхностей шестерен допускается
2) боковой зазор между зубьями шестерен 0,16-0,45 мм;
3) прилегание зубьев шестерен, проверенное по краске должно быть
не менее по высоте зуба 45% и по длине зуба 60%;
4) запрещается запрессовка подшипников в кронштейн или шестерен в подшипники посредством ударов.
Отверстия под штифты и болты разрешается увеличить до 15мм и l4 мм соответственно. Втулка на вал устанавливается с зазором 0,34-0,53 мм, муфту — 0,05-0,13 мм.
После установки деталей привода распределительного вала производятся следующие контрольные проверки:
I) по плоскости разъема сопряженных поверхностей шестерен коленчатого вала щуп 0,03 мм не должен проходить;
2) прилегание головок болтов крепления шестерни коленчатого вала к фланцу коленчатого вала должно быть плотным, щуп 0,03 мм не должен проходить;
3) не должен проходить щуп 0,05 мм в стык сопрягаемых поверхностей блока и кронштейна торцевой поверхности фланца коленчатого вала и шестерни коленчатого вала;
4) несовпадение торцевых поверхностей шестерен допускается
5) боковой зазор между зубьями шестерен коленчатого вала, шестернями распределительного вала и паразитными шестерням кронштейна допускается 0,13-0,22 мм. Прилегание зубьев, проверенное по краске, должно быть не менее 45% по высоте зуба и 60% по длине зуба.
При установке редуктора привода топливного насоса и тахометра боковой зазор в зубчатом зацеплении должен быть 0,16-0,32 мм.
Как устроен коленчатый вал и как он устанавливается?
Коленчатый вал – это неотъемлемая функциональная часть двигателя внутреннего сгорания. Именно эта деталь преобразует возвратно-поступательные движения поршневой группы в крутящий момент, который передается на колеса. А состоит он из 6 деталей – щёк, шатунных и коренных шеек, хвостика, фланца и противовесов.
Сколько может служить данная деталь?
Вообще данного механизма может хватать и на 500 тысяч километров (больше, чем у всех остальных агрегатов двигателя). После этого автомобилю требуется ремонт коленчатого вала. Но если мотор будет небрежно эксплуатироваться, коленвал можно угробить и за 100 тысяч километров. Определить необходимость грядущего ремонта данного механизма можно и самостоятельно. Для этого достаточно выявить степень износа коренной и шатунной шеек. Если их состояние критичное, производится шлифовка коленчатого вала, после которой деталь снова может быть пригодна к эксплуатации. Делается вся работа исключительно на профессиональном оборудовании, поскольку она требует высокой точности и соблюдения всех требований. Самостоятельно можно лишь установить коленчатый вал на автомобиль, сэкономив при этом деньги на услугах СТО.
Как установить деталь? Способ номер 1
Для начала нам нужно открутить пробки и вычистить отложения, образовавшиеся в шатунных шейках. Для этого нам понадобится применить специальные крючки. После этого можно протереть внутренности тряпкой, смоченной в бензине. Затем закручиваем пробки. Герметик при этом использовать не обязательно. После этого промываем все полости тем же бензином. Затем прокручиваем коленчатый вал, дабы устранить образовавшуюся жидкость. Теперь можно переходить к установке. Сначала фиксируем данную деталь. Для этого включаем 4 передачу и выжимаем ножной тормоз. Затем блокируем зубчатый венец маховика. Не стоит применять для фиксации стержень, продетый в блокировочное отверстие шкива. Если коленчатый вал находится в разукомплектованном состоянии, нужно собрать его в одно целое. Для этого устанавливаем шестерню привода, упорную шайбу и опорные кольца на место, при этом смазываем их машинным маслом. После монтируем шпонку распредвала и шестерню привода. И напоследок смазываем сальник.
Способ номер 2
Если этот способ кажется вам трудным, можете попробовать более простой метод установки коленчатого вала.
- Демонтируем поддон, масляный насос и ремень генератора.
- Меняем шатунные шейки.
- Немного ослабляем крышки заднего сальника и коренных подшипников, предварительно опустив коленчатый вал вниз на пару миллиметров.
- Выворачиваем вкладыш и на его место устанавливаем новый.
- Протягиваем крышки коренных опор.
- Проверяем, все ли установлено на своих местах.
- Вращаем коленчатый вал и проверяем затяжку.
- Доливаем масло и обратно устанавливаем масляный насос и поддон.
Все, установка завершена!
Заключение
Напоследок немного полезной информации. Для того чтобы коленчатый вал прослужил как можно дольше, можно произвести хромирование шеек, благодаря чему они станут более прочными и износостойкими.
Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы
Без рубрики
Коленчатый вал (коленвал) двигателя – это одна из важных деталей КШМ, расположенная в цилиндровом блоке. Вал преобразует поступательные движения поршней во вращательный момент, который через трансмиссию передается на колеса автомобиля.
Устройство коленчатого вала
Сложная конструкция коленвала представлена в виде расположенных по одной оси колен – шатунных шеек, соединенных специальными щеками. При этом количество колен зависит от числа, формы и месторасположения цилиндров, а также тактности двигателя автомобиля. С помощью шатунов шейки соединяются с поршнями, совершающими поступательно-возвратные движения.
В зависимости от расположения коренных шеек коленвал может быть:
- полноопорным – когда коренные шейки расположены по две стороны от шатунной шейки;
- неполноопорным – когда коренные шейки расположены только по одну из сторон от шатунной шейки.
В большинстве современных автомобильных двигателей применяются полноопорные коленвалы.
Итак, основными элементами коленвала являются:
- Коренная шейка – основная часть вала, которая размещается на коренных вкладышах (подшипниках), находящихся в картере.
- Шатунная шейка – деталь, соединяющая коленвал с шатунами. При этом смазка шатунных механизмов осуществляется благодаря наличию специальных масляных каналов. Шатунные шейки в отличие от коренных шеек всегда смещены в стороны.
- Щеки – детали, соединяющие два типа шеек – коренные и шатунные.
- Противовесы – детали, которые предназначены для уравновешивания веса поршней и шатунов.
- Фронтальная (передняя) часть или носок – часть механизма, оснащенная колесом с зубцами (шкивом) и шестерней, в некоторых случаях гасителем крутильных колебаний, который осуществляет контроль над мощностью привода ГРМ (газораспределительного механизма), а также других механизмов устройства.
- Тыльная (задняя) часть или хвостовик – часть механизма, соединенная с маховиком при помощи маслоотражающего гребня и маслосгонной резьбы, осуществляет отбор мощности вала.
Фронтальная и тыльная сторона коленчатого вала уплотняется защитными сальниками, которые препятствуют протеканию масла там, где выступающие части маховика выходят за пределы блока цилиндров.
Вращательные движения всего механизма коленвала обеспечивают подшипники скольжения – тонкие стальные вкладыши, с защитным слоем антифрикционного вещества. Для предотвращения осевого смещения вала, применяется упорный подшипник, установленный на коренной шейке (крайней или средней).
Коленвал двигателя изготавливается из износостойкой стали (легированной или углеродистой) или модифицированного чугуна, методом штамповки или литья.
Принцип действия коленчатого вала
Несмотря на сложность самого устройства, принцип работы коленвала достаточно прост.
В камерах сгорания происходит процесс сжигания поступившего туда топлива и выделения газов. Расширяясь, газы воздействуют на поршни, совершающие поступательные движения. Поршни передают механическую энергию шатунам, соединенным с ними втулкой или поршневым пальцем.
Шатун в свою очередь соединен с шейкой коленвала подшипником, вследствие чего каждое поступательное поршневое движение преобразуется во вращательное движение вала. После того как происходит разворот на 180˚, шатунная шейка движется уже в обратном направлении, обеспечивая возвратное движение поршня. Затем циклы повторяются.
Процесс смазки коленчатого вала
Смазка коленвала обеспечивается за счет шатунных и коренных шеек. Важно помнить, что смазка коленчатого вала всегда происходит под давлением. Каждая коренная шейка обеспечена индивидуальным подводом масла от общей смазочной системы. Поступившее масло попадает на шатунные шейки по специальным каналам, расположенным в коренных шейках.