Освітні послуги ХНТУСГ імені Петра Василенка сертифіковано на відповідність вимогам Міжнародного стандарту системи управління якістю ISO 9001:2008
Середа, 22.11.2017, 12:17
НАВЧАЛЬНО-НАУКОВИЙ ІНСТИТУТ
МЕХАНОТРОНІКИ І СИСТЕМ МЕНЕДЖМЕНТУ
Головна Реєстрація Вхід  
Вітаю Вас, Гість · RSS
Меню

ДІЯЛЬНІСТЬ


Наші друзі

ХНТУСГ

ХНТУСГ

ННІ ТС

ННІ ЕКТ

ННІ БМ

ННІ ПХВ

Партнери

УПЭК

ЛКМЗ

Епіцентр

 ЕЛЕКТРОННИЙ ПІДРУЧНИК - КШМ - Колінчасті вали

Колінчасті вали

До групи колінчастого вала належать: сам колінчастий вал і з'єднані з ним деталі та вузли: корінні й шатунні підшипники, маховик, гасник крутних коливань (останній трапляється лише на деяких двигунах, наприклад, ЯМЗ-240).

Колінчастий вал. Колінчастий вал сприймає зусилля від поршнів через шатуни і передає їх трансмісії, а також приводить у дію різні механізми двигуна (механізм газорозподілу, масляний насос та ін). Загальний вигляд кривошипу колінчастого вала, як складової частини кривошипно-шатунного механізму, зображений на рис.4.1.

Колінчастий вал (рис.4.25) складається з таких основних елементів: корінних (опорних) шийок 1, розміщених по осі обертання колінчастого вала, шатунних шийок 2, щік 3, що з'єднують корінні й шатунні шийки. На носку 4 зазвичай міститься шків вала відбору потужності, а на хвостовику - фланець 5 для кріплення маховика.

Вузол, який складається з двох сусідніх опор і шатунної шийки, з'єднаної з ними щоками, називається кривошипом. Взаємне розміщення кривошипів колінчастого вала (кут розвалу кривошипів) повинно забезпечувати найбільшу рівномірність частоти обертання колінчастого вала, тобто рівномірне чергування робочих ходів у циліндрах; рівномірне навантаження частин колінчастого вала (циліндри, що працюють послідовно, не повинні бути суміжними); найкращу зрівноваженість двигуна.

альтернативное название картинки

Рис. 4.25. Колінчастий вал і його складові:

1 - корінна шийка; 2 - шатунна шийка; 3 - щока; 4 - носок валу; 5 - фланець; 6 - шків; 7 - маховик; 8 – порожнина шийки і заглушка; 9 – комплект корінних вкладишів; 10 – упорні кільця

Кут розвалу кривошипів колінчастого вала визначається як інтервал чергування робочих ходів за куту поворотом колінчастого вала. Для чотиритактного чотирициліндрового двигуна кут розвалу кривошипів становить 720о: 4=180о, а для шестициліндрового - 720о:6=120о.

Що стосується інтервалу чергування робочих ходів у V-подібному двигуні, то він залежить від кута розвалу блоків і особливостей з'єднання шатунів протилежних циліндрів. У разі компонування двигуна з однаковими шатунами, розміщеними поруч на одній шатунній шийці, розвал кривошипів можна визначати так, як і для однорядного двигуна.

Колінчасті вали з числом корінних опор, яке  на одиницю перевищує число шатунних шийок, називаються повноопорними. У разі неповноопорного вала між двома опорами розміщують два кривошипи. Зменшення числа опор дає змогу скоротити довжину двигуна, однак спричиняє збільшення деформацій вала і навантаження на корінні підшипники.

В однорядних двигунах число шатунних шийок відповідає числу циліндрів. При V-подібному розміщенні циліндрів, коли на одній шийці розміщено два шатуни, кількість шатунних шийок вдвічі менша, ніж число циліндрів, а довжина шийки більша, ніж в однорядних двигунах.

У процесі роботи двигуна колінчастий вал навантажується змінними за величиною силами від тиску газів у циліндрі та силами інерції від мас, що рухаються обертально та поступально. Сили, що діють на вал, зумовлюють тертя і спрацювання його шийок та підшипників, скручування й згинання вала, в результаті чого виникають крутильні, згинальні, поперечні й осьові коливання. У зв'язку з цим міцність, жорсткість та зносостійкість є основними вимогами, що ставляться до конструкції вала.

Колінчасті вали виготовляють куванням або штампуванням з високовуглецевих хромистих і хромонікелевих сталей або відливанням із спеціального модифікованого чавуну. Виготовлення литих чавунних валів простіше й економічніше, ніж валів, вироблених куванням чи  штампуванням, потребує менше металу і часу на обробку. Зносостійкість шийок завдяки наявності в чавуні графіту зростає, надійність роботи вала через велику циклічну в'язкість чавуну підвищується. Застосування валів з вуглецевих сталей пояснюється їх високими пластичними властивостями та порівняно простою термообробкою.

Поверхні колінчастого вала, з'єднані з іншими деталями, піддають  механічній обробці. Шийки вала обробляють з підвищеною точністю  (овальність і конусність шийок не повинна перевищувати 0,015 мм). Для підвищення зносостійкості шийки валів піддають термообробці (поверхневому за гартовуванню на глибину 1,5...5 мм).

Максимально допустима овалізація корінних шийок повинна становити не більш як 0,03 мм. Зміщення осей шатунних шийок відносно площини, яка проходить через осі шатунних і корінних шийок, не повинно перевищувати 0,35 мм.

Колінчасті вали виготовляють, як правило, двох номінальних розмірів. У разі ремонту, коли спрацювання шатунних і корінних шийок перевищує допустиме (зазор у з'єднанні понад 0,15 мм), шийки вала шліфують до ремонтних розмірів. Маркування виробничого або ремонтного розміру колінчастого вала виконують на його першій щоці (рис.4.26).

альтернативное название картинки

Рис. 4.26. Кривошип колінчастого вала:

1 - масляна порожнина в шатунній шийці; 2 - місце маркування вала; 3 – галтелі; 4 – масляний канал

Геометрична форма окремих конструктивних елементів колінчастого вала повинна відповідати більш рівномірному розподілу напружень по перерізу.

Щоки кривошипа перебувають під впливом двох сил, що стискають або розтягують щоку. Результуюча цих сил визначає навантаження на щоку і на корінну опору. Досить раціональною з точки зору розподілу напружень є призматична (зокрема, прямокутна) форма щоки. В автотракторних двигунах така форма зустрічається найчастіше.

альтернативное название картинки

Рис. 4.27. Епюра навантаження шатунної шийки

Часткове або повне розвантаження кривошипа, а також зрівноваженість двигуна від впливу сили інерції обертових мас досягається застосуванням противаг 3 (рис.4.24). Противаги, як правило, становлять зі щоками одне ціле. В деяких двигунах (наприклад, ЯМЗ-238НБ) противаги кріпляться до щік болтами.

Жорсткість кривошипа може бути підвищена за рахунок збільшення ширини щік (дизелі типу СМД-31, ЗІЛ-130) або за рахунок перекриття шийок колінчастого вала, що досягається в дизелях типу СМД-60 зменшенням відношення S/D (S - хід поршня, D - діаметр циліндра) в поєднанні зі збільшенням діаметра шийок.

Переходи від шийок до щік здійснюють відносно великим радіусом закруглення (галтелі 3) (рис. 4.26) для зменшення концентрації напружень.

Для підведення масла від корінних до шатунних шийок у колінчастому валу зроблені канали. Масло подається під тиском з головної масляної магістралі двигуна спочатку до корінних опор, а після цього через зазначені канали до шатунних шийок. Для того щоб на поверхню шатунної шийки не потрапляло забруднене масло, в тілі шатунної шийки передбачена порожнина 1, що виконує функції відцентрового сепаратора. З торця порожнина закрита заглушкою. Під час обертання колінчастого вала важкі домішки, що містяться в маслі (бруд, продукти спрацювання тощо), під дією відцентрової сили відкидаються до стінок порожнини, а очищене масло крізь отвір подається в шатунний підшипник.

Маслопідвідні канали деякою мірою послаблюють щоку, а наявність вихідного отвору на поверхні шийки зменшують її несучу поверхню. Аналіз сил, що діють на шатунну шийку (див. розділ 2), дає змогу оцінити раціональне місце розміщення маслопідвідного отвору, вісь В (див. рис. 4.26) якого не повинна знаходитися в зоні А найбільш навантаженої ділянки шийки.

Осьове переміщення колінчастого вала становить 0,25...0,30 мм і обмежується двома упорними сталеалюмінієвими півкільцями 10 (див.рис.4.1), що встановлюються у проточках по торцях задньої докорінної опори. Якщо осьовий зазор перевищує допустимий (0,35 мм), то упорні кільця замінюють нові номінального або ремонтного розміру.

Підшипники колінчастого вала. Колінчастий вал встановлюють у картерній частині блока на корінних підшипниках 9 (рис. 4.25), а з'єднання з шатуном досягають з допомогою шатунних підшипників 5 (рис. 4.22).

Підшипники колінчастого вала являють собою складені підшипники ковзання. Вони виконані у вигляді двох півкілець-вкладишів, один з яких для корінних опор розміщений у розточці (постелі) бугеля блока, а інший - у постелі кришки корінного підшипника. Верхній і нижній вкладиші шатунного підшипника розміщені, відповідно, у постелях кривошипної головки шатуна та його кришки. Виняток становлять деякі модифікації дизелів ЯМЗ, у яких корінними підшипниками є роликові підшипники кочення, а також пускові двигуни, де підшипники кочення використані як на корінних, так і на шатунних шийках колінчастого вала.

Умови роботи вкладишів характеризуються великими питомими навантаженнями (до 20...30 МПа) і відносними швидкостями (до 15...20 м/с). Температура масляного шару перевищує 100оС. Крім того, під час роботи двигуна може спостерігатися деформація корпусу підшипника, що призводить до порушень геометрії з'єднаних деталей і погіршення режиму мащення. У зв'язку з цим конструктивні форми і матеріал вкладишів повинні відповідати вимогам високої якості, забезпечувати гідродинамічний режим мащення і низький коефіцієнт тертя.

Вкладиші виготовляють зі стальної біметалевої стрічки завтовшки 1...3 мм, на робочу поверхню якої нанесений шар антифрикційного матеріалу завтовшки 0,4...0,9 мм (рис.4.28). Для підвищення надійності і довговічності вкладиші інколи виконуються триметалевими: стальна стрічка завтовшки 1,5...1,7 мм, мідно-нікелевий підшар - 0,25...0,45 мм і антифрикційний шар - 0,15...0,35 мм.

альтернативное название картинки

Рис. 4.28. Вкладиші колінчастого вала:

а - шатунний; б - корінний; 1 - стальна стрічка; 2 - антифрикційний шар; 3 - вус; 4 - маслорозподільна канавка; А - холодильники

Як матеріал для антифрикційного шару зазвичай використовують сплави на основі алюмінію. Вони мають високий опір втоми, теплопровідність, корозійну стійкість. Коефіцієнт тертя при роботі з мастильним матеріалом не перевищує 0,009. Сплав АСМ, що містить добавку сурми (3,.5...4,5%) і магнію (0,3...0,7%) допускає навантаження 25 МПа за відносної швидкості до 15 м/с. Аналогічні характеристики має сплав А09-2 (8...10% олова, 0,8...1,2% нікелю, 2...2.5% міді). Алюмінієвий сплав А020-1 (17... 23% олова, 0,7...1,2% міді) використовують за максимального навантаження до 30 МПа і відносної швидкості до 20 м/с.

Вищу несучу здатність мають свинцеві та олов'янисті бронзи. Вкладиші з бронзи БрС30 (27...31% свинцю) допускають навантаження до 35 МПа. Недоліком застосування свинцевої бронзи є необхідність використання валів підвищеної твердості, а також вимивання свинцю з сплаву в разі потрапляння води в масло.

Вкладиші, вкриті шаром алюмінієвого сплаву, для поліпшення прироблюваності покривають гальванічним способом - тонким, до 0,004 мм, шаром олов'янистої полуди. Іноді замість олов'янистої полуди використовують покриття з кадмію або індію.

Вкладиші встановлюють у постіль з таким розрахунком, щоб під час затягування був зроблений натяг, що дорівнює 0,05...0,07 мм. Це забезпечує щільне прилягання вкладишів до постелей і надання з'єднанню підшипника і шийки необхідної геометричної форми. Зазор між вкладишами і шийкою повинен становити 0,03...0.08 мм. Цей зазор можна визначити розрахунком, замірявши діаметри шийки вала і розточки у кривошипній головці шатуна та товщину вкладишів.

Осьовим зміщенням і провертанням вкладишів запобігають їхні виступи - вуса 3 (див.рис.4.28), що входять у відповідні канавки на шатуні та кришці.

У порожнині розніму на робочій поверхні вкладиша для кращого розподілу масла по шийці виконані холодильники А - зрізи завглибшки до 0,05 мм і завширшки 2...4 мм. Наявність холодильників також виключає можливе затиснення шийки вала, пов'язане з деформаціями вкладишів під час установлення їх у постіль.

На внутрішній (робочій) поверхні одного з корінних вкладишів виконана канавка 4. Канавка призначена для підведення масла до корінної шийки і подавання його через канал у кривошип до відповідної шатунної шийки. Розміщення канавки на верхньому або нижньому вкладиші залежить від розташування головної масляної магістралі в блоці двигуна.

У двигунах з примусовим подаванням мастила до поршневого пальця через просвердлину в стрижні шатуна на верхньому шатунному вкладиші виконаний маслопідвідний отвір.

Вкладиші підшипників взаємозамінні, тобто їх можна встановлювати на шатун, не підганяючи на місці, забезпечуючи при цьому необхідний зазор між підшипником і шийкою вала. Спрацьовані вкладиші замінюють на нові номінального розміру, а якщо шийки вала спрацьовані і шліфуються до ремонтного розміру, то вкладиші замінюють на ремонтні (збільшеної товщини).

Маховик 7 являє собою масивний металевий диск, закріплений на фланці хвостовика колінчастого вала. Основне призначення маховика - за рахунок накопиченої під час обертання кінетичної енергії забезпечити необхідну рівномірність частоти обертання колінчастого вала та здійснення допоміжних ходів поршня.

Маса та геометричні розміри маховика визначають його момент інерції і залежать від швидкохідності та числа циліндрів двигуна. Чим вища частота обертання колінчастого вала і більше число циліндрів, тим легший і менший маховик.

На ободі маховика напресовано зубчастий вінець, призначений для обертання колінчастого вала електростартером або пусковим двигуном. До маховика кріпиться муфта зчеплення, і зовнішня торцева поверхня маховика використовується як ведуча поверхня тертя муфти.

Маховики зазвичай використовують для приєднання обладнання відбору потужності, на ньому нанесені позначки ВМТ і НМТ, фаз газорозподілу, моментів запалювання або початку впорскування палива, якими користуються під час складання й регулювання двигуна. На маховику часто є пристрій, за допомогою якого можна фіксувати маховик у певному, необхідному під час регулювання двигуна положенні. Наприклад, для дизелів типу СМД-14, СМД-60 це ВМТ, для поршня першого циліндра, для дизелів типу Д-240 - це момент початку подавання палива.

Маховики багатьох двигунів мають радіальний канал для нагнітання під час технічного обслуговування мастила до підшипника первинного вала муфти зчеплення, який розміщений у торці колінчастого вала.

Маховик у зборі з колінчастим валом динамічно балансується для запобігання виникнення моментів інерції незрівноважених частин. При динамічному балансуванні з ободу маховика, щік і противаг колінчастого вала видаляють зайвий метал, а положення маховика відносно колінчастого вала фіксують установлювальним штифтом.

Гасителі крутних коливань. Під час роботи двигуна (навіть на установленому  режимі) колінчастому валу з боку циліндрів передається змінний за величиною крутний момент. У разі зміни режиму роботи двигуна на колінчастий вал діє також момент інерції маховика. Все це призводить до виникнення в колінчастому валу вільних пружних коливань кручення. Крутні коливання можуть зумовлювати втомну поломку вала і з'єднаних з ним деталей і механізмів.

альтернативное название картинки

Рис. 4.29. Гаситель крутних коливань:

1 - втулка; 2 - пробка; 3 - кришка; 4 - корпус; 5 - маховик гасителя; 6 - болт; 7 - колінчастий вал

Якщо період крутних коливань збігатиметься з періодом дії зовнішніх сил, то виникнуть явища, які називають резонансом. У разі резонансу амплітуда коливального процесу може зрости  до  меж,  за  яких  починається руйнування матеріалу вала. Період дії зовнішніх сил, що збурюють вільні пружні коливання вала, залежить від числа циліндрів двигуна та швидкісного режиму роботи.

Виникненню крутних коливань протидіють сили, визивні згасання коливань. До сил, що гасять коливання, належать: міжчасточкове тертя в матеріалі вала і сили тертя в підшипниках. На деяких двигунах цих сил виявляється недостатньо, тому використовують спеціальне обладнання, яке   називають  гасителями  крутних  коливань.  Гаситель крутних коливань рідинного типу (рис. 4.29) являє собою герметичний корпус 4, всередині якого вільно розміщується маховик 5. У кільцевій виточці між корпусом і маховиком знаходиться поліметилсилоксанова рідина, основною властивістю якої є незначна зміна в'язкості залежно від температури. Під час обертання ця рідина під дією відцентрових сил відкидається в осьові зазори між корпусом і маховиком. Рідинне тертя, що виникає між цими деталями, вбирає енергію крутних коливань. Таке обладнання застосовують на дизелі ЯМЗ-240.

Через те, що амплітуда коливань колінчастого вала буде максимальною на боці, протилежному маховику двигуна, гаситель коливань встановлюють на носку вала.

ННІ МСМ © Сайт управляється системою uCoz 2017
Приєднуйтесь!
   

Пошук


Міжнародні зв'язки 
  • Партнери
  • Навчання
  • Стажування


Наукові видання 

.
кластер "Агротехніка"


.
Case Education


.
День механіка


Адреса
Україна, м. Харків,
пр. Московський, 45,
тел.: (057) 732-86-40,

Статистика

Онлайн всього: 1
Гостей: 1
Користувачів: 0