Состав и структура коленчатого вала

Коленчатый вал состоит из кривошипов, ориентированных от-
носительно друг друга в пространстве, носка 5 (рис. 13.1) и хво-
стовика 1.

Кривошип формируется из двух коренных шеек 4, шатунной
шейки 2 и элементов соединяющих их, называемых щеками 3.

Приоритет требований при выборе пространственной схемы
расположения кривошипов коленчатого вала, от которого в реша-
ющей степени зависят уравновешенность двигателя, равномерность
его хода, параметры крутильных колебаний, следующий: равно-
мерное чередование рабочих ходов и рациональный порядок рабо-
ты двигателя; внешняя уравновешенность двигателя по силам инер-
ции и моментам от них; внутренняя уравновешенность двигателя.

Коленчатые валы могут быть монолитными или составнымц.

Коленчатые валы современных двигателей в основном изго-
товляют полноопорными, когда число коренных шеек на едини-
цу больше числа кривошипов. Этим обеспечивается большая жест-
кость вала.

В ряде У-образньцх двигателей для обеспечения равномерного
чередования рабочих ходов шатунные шейки одноименных ци-

/ 2 3 4

Рис. 13.1. Коленчатый»ал*. а — стальной; 6 — чугунный; 1 — хвостовик; 2 — шатунная шейка; 3 — щека; 4 — коренная шейка; 5 — носок

линдров левого и правого рядов делают со сдвигом друг относи-
тельно друга на угол 5.

Коренные шейки нагружаются в основном крутящим моментом.
На шатунные шейки действуют одновременно переменные крутя-
щие и изгибающие моменты, экстремальные значения которых

не совпадают по времени.

Применение в коленчатых валах современных двигателей ко-
ренных и шатунных шеек больших диаметров приводят к тому,
что их сечения перекрывают друг друга в плане. Это повышает
изгибную жесткость коленчатого вала.

Для уменьшения массы вала и подачи масла к подшипникам внут-
ри шеек и щек вала выполняют систему каналов, полостей и отвер-
стий. Наиболее удаленные от оси вала полости могут быть использо-
ваны в качестве уловителей механических частиц. В основном в со-
временных двигателях используются подшипники скольжения, а в тя-
желых двигателях могут применяться и подшипники качения.

Подвод масла к коренным подшипникам осуществляется от
главной масляной магистрали в их малонагруженную зону, а к
шатунным подшипникам — по просверленным отверстиям в ще-
ках и по радиальным отверстиям в шатунной шейке.

Щеки вала имеют эллиптическую, прямоугольную или круг-
лую форму. Ее выбирают исходя из максимально рационального
использования металла без снижения прочности вала.

Щеки подвергаются изгибу в двух плоскостях, растяжению и
сжатию, а также кручению. Они являются наиболее сложно на-
труженными элементами коленчатого вала, а наибольшие кон-
центрации напряжений отмечаются в галтелях. Для снижения кон-
центрации изгибных напряжений места перехода от щек к шей-
кам выполняют в виде галтелей по двум или трем радиусам или с
поднутрением в щеку, что обеспечивает максимально возможную
длину опорной длины шейки.

На продолжении щек коленчатого вала могут располагаться
противовесы, которые изготовляют заоднр с коленчатым валом
или крепят к нему на продолжении щек в виде автономных эле-
ментов. Их количество, размеры и размещение должно при мини-
мальной металлоемкости обеспечивать внешнюю и минимизиро-
вать внутреннюю неуравновешенность двигателя.

Рис. 13.2. Осевая фиксация коленчатого вала: а — вкладышами с буртиками; б — упорными кольцами; в — упорным шарико- ■ подшипником

В процессе работы коленчатый вал подвергается воздействию
значительных осевых усилий, возникающих из-за изменения ори-
ентации транспортного средства и двигателя относительно гори-
зонта в результате ускорения и замедления транспортногр сред-
ства, работы на валу косозубых шестерен и при выключении сцеп-
ления. Осевая фиксация вала по одной шейке относительно картера
обеспечивается упорными кольцами, буртами вкладышей или упор-
ным подшипником (рис. 13.2) при осевых зазорах 0,05...0,15 мм
Упорные кольца изготовляют из бронзы, стали или металдокера-
мики и фиксируют от проворачивания штифтами. Для снижения
потерь на трение стальные кольца и упорные бурты вкладышей
заливают антифрикционным сплавом.

На носке коленчатого вала устанавливают шкивы или шестер-
ни для привода механизма газораспределения, насосов, вентиля-
тора, демпфера крутильных колебаний и др.

На хвостовике коленчатого вала устанавливают маховик с зуб-
чатым венцом для пуска двигателя. Чем больше момент инерции
маховика, тем выше равномерность хода двигателя, однако пере-
ход с одного скоростного режима на другой в силу его инерцион-
ности будет более медленный. В ряде конструкций на хвостовике
может быть организован привод механизма газораспределения.

Для предупреждения вцхода масла из внутреннего объема кар-
тера на носке и хвостовике коленчатого вала устанавливают мас-
лоудерживающие сальники.

Коленчатые валы в сборе со всеми элементами группы подвер-
гают статической и динамической балансировке по техническим
условиям, установленным заводом-изготовителем.

Коленчатые валы штампуют из стали или отливают из специ-
альных чугунов. Для штампованных валов применяют стали 45,
45Х, 40ХФА, 42ХМФА, 18Х2Н4ВА (рис. 13.1, а).

Коленчатые валы двигателей с искровым зажиганием отливают
из высокопрочного чугуна (рис. 13.1, б). Они имеют меньшую сто-
имость, небольшие припуски на механическую обработку, в них
можно придать более рациональную форму внутренним полостям
щеек щек и обеспечить повышение усталостной прочности. Однако
предел выносливости чугуна на изгиб существенно ниже, чем ста-
ди, поэтому такие валы редко применяются в дизелях.