Коленчатый вал двигателя
|
Технология восстановления коленвала
|
Коленчатый вал двигателя воспринимает действия расширяющихся газов при рабочем ходе поршней, передаваемые шатунами, и преобразуем их в крутяший момент. Кроме того, коленчатый вал обеспечивает движение поршней во время вспомогательных тактов и пуска двигателя.
Коленчатые валы двигателя изготовляются штамповкой из средне углеродистых легированных сталей и литьем из модифицированного магнием чугуна в зависимости от конструктивных и технологических особенностей коленчатых валов.
Устройство коленчатого вала
Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек, соединенных щеками, к которым крепятся противовесы (могут быть отлитыми как одно целое с налом) переднего конца коленчатого вала, на котором имеются посадочный поясок крепления газораспределительного зубчатого колеса и шкива.
Форма коленчатого вала определяется числом и расположением цилиндров, порядком работы и тактностъю двигателя. В большинстве случаев применяют полноопорные коленчатые валы, т.к. каждая шатунная шейка расположена между коренными. Для повышения износостойкости поверхностный слой коренных и шатунных шеек подвергают закалке на глубину 3—4 мм с нагревом ТВЧ. После термической обработки шейки валов, проводят шлифование шеек и полируют. Для повышения жесткости и надежности коленчатых валов применяют перекрытие шеек. Перед капитальным ремонтом двигателя проводят исследование дефектов коленчатого вала.
|
Ограничитель максимальной частоты вращения коленчатого вала
|
Коленчатые валы двигателя:
а — двигателя автомобиля ЗИЛ-130; б — двигателя ЯМЗ — 236; в — КамАЗ-740; 1 — передний конец вала; 2 — грязеуловитель; 3 — шатунная шейка; 4 — противовесы; 5— масло отражатель; 6 — фланец для крепления маховика; 7 — коренная шейка; 8 — щека; 9 — гайка; 10 и 15 — съемные противовесы; 11 — распрелелтельное зубчатое колесо; 12— установочный штифт; 13 — зубчатое колесо привода масляного насоса; 14 — винт: 16 — шпонка; А — величина перекрытия шеек.
Коленчатый вал — что это такое
Коленчатый вал – это одна из самых важных деталей любого двигателя. Она строго индивидуальна для каждой модели автомобиля и в процессе работы притирается к конкретному двигателю.
- 1. Что такое коленчатый вал, его основные задачи?
- 2. Материалы, из которых изготовлен коленчатый вал.
- 3. Конструкция коленчатого вала.
- 4. Обслуживание коленчатого вала.
1. Что такое коленчатый вал, его основные задачи?
Коленчатый вал (коленвал) – это главный элемент двигателя автомобиля, являющийся частью кривошипно-шатунного механизма, который преобразует энергию сгорающих в цилиндрах двигателя газов в механическую энергию.
Главная задача коленчатого вала – преобразовать возвратно-поступательные движения поршней двигателя в крутящий момент, который через трансмиссию передаётся на колёса автомобиля. Одной из основных технических характеристик коленчатого вала, как и всего двигателя, является радиус кривошипа.
Подбирая соотношение длины хода поршня и диаметра цилиндра, двигатель можно сделать длиноходным (ход поршня превышает диаметр цилиндра) или короткоходным (диаметр цилиндра больше, чем ход поршня). Короткоходные двигатели дают возможность повысить мощность за счёт увеличения скорости вращения. А длиноходные двигатели более экономичны и обеспечивают высокий крутящий момент на низких оборотах.
При изменении параметров коленчатого вала происходит изменение всех параметров двигателя, поэтому нужно быть предельно осторожным, тюнингуя свой автомобиль, так как технические характеристики часто меняются не в лучшую сторону.
2. Материалы, из которых изготовлен коленчатый вал.
Когда двигатель работает, на коленчатый вал действую сильные нагрузки. Его надёжность определяется конструкцией и материалом, из которого он изготовлен. Этот элемент двигателя, как правило, имеет цельную структуру. А потому материалы для него должны быть максимально прочными, потому что от прочности коленчатого вала будет зависеть работа всей системы.
В качестве материалов для изготовления коленвалов используют углеродистую и легированную сталь либо чугун высокой прочности. Коленвал можно изготовить методом литья, методом ковки из стали или методом точения. Заготовки получают способом горячей штамповки или способом литья. Очень важно, как расположены волокна материалов в заготовках. Чтобы не допустить их перерезания в дальнейшей обработке, применяются гибочные ручьи. Когда заготовка готова, её дополнительно обрабатывают под высокой температурой и очищают от окалины (дробомётной машиной или методом травления).
Материал и способ производства коленвала подбирается в зависимости от типа и класса автомобиля.
1. В серийных моделях коленвал производят из чугуна методом литья. Это даёт возможность уменьшить себестоимость производства и уложиться в указанные расчёты.
2. Более дорогие спортивные модели оснащают кованным стальным коленвалом. Подобные детали имеют множество преимуществ над литыми по габаритам, весу и прочности, а потому всё чаще применяются в автомобилестроении.
3. Для самых дорогих двигателей коленвал вытачивают из цельного стального куска. При этом значительная часть материала попросту становится отходами.
3. Конструкция коленчатого вала.
Конструкция коленчатого вала определяются количеством цилиндров, их конфигурацией и порядком работы, от чего зависит расположение и количество коренных и шатунных шеек. Например, в двигателях V6 присутствует небольшое угловое смещение шатунных шеек по длине вала.
В американской версии двигателя V8 коленвал напоминает крест, а в европейской версии V8 для спортивных автомобилей коленвал плоский. Несмотря на всё это, конструкция разных коленчатых валов очень похожа.
Конструктивно коленчатый вал состоит из таких основных элементов:
1. Коренные шейки – опорная шейка, которая находится в коренном подшипнике (располагается в картере двигателя).
2. Шатунные шейки – опорные шейки, которые связывают коленвал с шатунами (в них проходят масленые каналы для смазки) и служат опорой для шатунов.
3. Щёки вала – элемент, который связывает между собой коренные и шатунные шейки.
4. Носок (выходная передняя часть вала) – часть, на которую крепится зубчатое колесо либо шкив отбора мощности, соединяющиеся с газораспределительным механизмом, распределительным валом, гасителем крутильных колебаний, вспомогательными узлами и элементами.
5. Хвостик (выходная задняя часть вала) – часть, которая соединяется с маховиком или шестернёй отбора мощности.
6. Противовесы – элемент коленвала (по сути, продолжение щеки в противоположную сторону от шатунных шеек), который отвечает за разгрузку коренных шеек от сил инерции нижних частей шатунов и неуравновешенных масс кривошипа и обусловливают плавную работу двигателя.
7. Подшипники скольжения – обеспечивают вращение коленчатого вала на опорах. Подшипники являют собой тонкостенные вкладыши, изготовлены из стальной ленты с антифрикционным слоем. Вкладыши фиксируются в опоре выступом, который не позволяет им перекручиваться или за счёт тугой посадки. Наличие смазки обеспечивает простое вращение в подшипниках на протяжении долгого времени.
8. Упорный подшипник скольжение – элемент, который не допускает осевых перемещений коленчатого вала. Он устанавливается на крайнюю коренную шейку или на среднюю коренную шейку.
Количество коренных шеек, обычно, превышает количество шатунных на единицу (такой коленвал называют полноопорным) и они имеют больший диаметр.
Коленом называют шатунную шейку, которая располагается между двумя щеками. Положение колен определяется особенностями работы двигателя, положением его цилиндров и должно обеспечивать его уравновешенность, минимальные колебания и минимальные крутильные моменты.
Место перехода шейки к щеке – это самое нагруженное место в конструкции коленвала. Для того, чтобы снизить напряжение на это место, переход делают с галтелью (радиусом закругления). Галтели увеличивают длину вала и для снижения этого значения их углубляют в шейку или щеку. Все коренные и шатунные шейки интегрированы в смазочную систему двигателя. Эти элементы смазываются под давлением. Подвод масла организован к каждой из коренных шеек от общей магистрали в индивидуальном порядке. А к шатунным шейкам масло попадает по каналам в щеках.
4. Обслуживание коленчатого вала.
Коленчатый вал, как и любая деталь автомобиля требует периодического обслуживания. Для этого нужно уметь его снимать и устанавливать обратно.
Снятие коленчатого вала производится в такой последовательности:
1. Демонтируется двигатель из автомобиля, а потом из него снимаются все элементы.
2. Двигатель переворачивается коленвалом к верху. Крышки коренных подшипников отличаются, поэтому необходимо запомнить их положение.
3. Снимаются крышки коренных подшипников.
4. Поднимается коленвал, а заднее уплотнительное кольцо снимается.
5. Снимаются коренные вкладыши с крышек коренных подшипников и блока цилиндров.
После снятия производится проверка коленчатого вала.
Алгоритм проверки коленчатого вала:
1. Промыть бензином все составляющие и просушить деталь.
2. Тщательно осмотреть коленвал на наличие негативных следов от использования (трещины, сколы, сильный износ). Если же коленвал признан непригодным для дальнейшей эксплуатации, то придётся приобрести новый.
3. Прочистить, промыть и продуть сжатым воздухом все каналы для масла, предварительно открутив пробки.
4. Если на шатунных шейках обнаружены задиры или царапины, то их необходимо отшлифовать и отполировать. После этого опять следует продуть воздухом масляные каналы.
5. Осмотреть вкладыши коренных подшипников. Если на них есть дефекты, то их необходимо заменить на новые.
6. Осмотреть маховик и при обнаружении на нём дефектов, маховик стоит заменить.
7. Осмотреть подшипник носка и, если на нём есть негативные следы эксплуатации, то его нужно выпрессовать и запрессовать новый.
8. Осмотреть сальник, который находится в крышке распределительных звёздочек и при необходимости заменить эту деталь. При большом пробеге автомобиля сальник меняют в обязательном порядке.
9. Сменить и обжать набивку заднего уплотнения коленвала.
10. Проверить резиновые уплотнители, которые расположены в держателе набивки. Если они непригодны для дальнейшего использования, то их нужно заменить.
После проверки коленчатый вал необходимо установить обратно. Установка коленчатого вала производится в обратной последовательности к его снятию. Перед установкой нужно обязательно смазать все шейки и другие элементы коленвала моторным маслом. После установки следует проверить, что коленчатый вал вращается легко и плавно. В противном случае придётся его опять снять и установить заново, добиваясь плавности хода.
Распределительный валпротив коленчатого вала: в чем разница?
Распределительные и коленчатые валы выполняют отдельные функции, но должны работать вместе в четко отлаженной последовательности, чтобы ваш двигатель работал бесперебойно.
Распределительный вал использует яйцевидные «кулачки» для открытия и закрытия клапанов двигателя (по одному кулачку на клапан), а коленчатый вал преобразует «кривошипы» (движение поршней вверх/вниз) во вращательное движение.
На этой странице
Что такое распределительный вал?
Распределительный вал, расположенный в «верхней части» двигателя, является важной частью клапанного механизма, который позволяет воздуху и топливу поступать в камеру сгорания (пространство над поршнем) и выхлопным газам после их сгорания.
Современный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) может иметь до четырех распределительных валов — или двойных кулачков — с четырьмя клапанами на цилиндр (два впускных и два выпускных), в то время как установка с одним кулачком имеет только один клапан на каждый цилиндр.
Как работает распределительный вал?
Распределительный вал, приводимый в движение коленчатым валом, передает движение от кулачков через различные части клапанного механизма (толкатель клапана, толкатель, пружину клапана, клапан и толкатель или коромысло), чтобы открывать и закрывать клапаны двигателя. Кулачки кулачка бывают разных форм и размеров, чтобы контролировать, насколько клапан открывается и как долго. Конфигурация с четырьмя распределительными валами увеличивает мощность. С большим количеством клапанов больше впускных и выхлопных газов может двигаться легче, потому что для них больше места для прохождения.
Что такое коленчатый вал?
Расположенный в «нижней части» двигателя коленчатый вал использует огромную силу сгорания (сильное сгорание воздуха и топлива в камере сгорания), толкая поршни вниз, заставляя коленчатый вал вращаться.
Это вращение является источником энергии двигателя.
Как работает коленчатый вал?
Шатуны прикрепляют поршни к коленчатому валу. Сгорание, точно контролируемое зажиганием и фазами газораспределения, оказывает огромное давление на поршни, позволяя коленчатому валу сохранять свой вращательный момент.
Как распредвалы и коленчатые валы работают вместе?
Шестерни распределительного вала и коленчатого вала соединены зубчатой цепью (аналогично велосипедной цепи) или зубчатым ремнем (аналогично приводному ремню, но с зубьями) или представляют собой зубчатую передачу (две взаимосвязанных шестерни), расположенную в «переднем конец» двигателя. Чтобы контролировать сгорание, они должны быть пронумерованы (выровнены в соответствии со спецификациями производителя), чтобы работать в идеальной гармонии, что называется фазами газораспределения.
Во время четырехтактного цикла сгорания (впуск, сжатие, рабочий цикл и выпуск) коленчатый вал поворачивается дважды — каждый поршень перемещается вверх и вниз дважды, а распределительный вал — один раз.
Это приводит к тому, что каждый клапан открывается один раз на каждые два оборота коленчатого вала относительно поршня. Таким образом, только впускной клапан (клапаны) будет открываться во время такта впуска, оба клапана остаются закрытыми во время тактов сжатия и сгорания, и только выпускной клапан (клапаны) открывается во время такта выпуска.
Ремни ГРМ, цепи и шестерни изнашиваются, поэтому рекомендуемые интервалы замены обязательно проверяйте в руководстве по эксплуатации.
Bob Lacivita
Bob Lacivita — отмеченный наградами автомобильный техник ASE и General Motors, преподаватель и независимый писатель, который писал о ремонте автомобилей DYI и техническом обслуживании автомобилей. Его работы были представлены в The Family Handyman, книге Reader’s Digest и журнале Classic Bike Rider. Он был карьерным и техническим педагогом в течение 25 лет, преподает автомобильные технологии, а также пишет гранты для государственных, федеральных и организационных фондов. Он также помог разработать уникальную модель учебного плана, которая органично интегрирует строгие, актуальные академические стандарты в профессиональное и техническое образование.
Что такое коленчатый вал и для чего он нужен?
двигатель
Обновлено 9 окт. 2019 г.
Без сомнения, коленчатый вал является основой, на которой построен двигатель внутреннего сгорания.
Ни одна часть процесса – впуск, сжатие, сгорание или выпуск – не происходит без коленчатого вала, приводящего его в движение.
Но для большинства людей понимание того, как работает коленчатый вал, не совсем понятно.
Вот как это работает, каково его назначение и что может выйти из строя с коленчатым валом.
Что такое коленчатый вал?
Название «коленчатый вал» восходит к началу 20-го века, когда автомобильные двигатели запускались с помощью кривошипной рукоятки, а его проворачивание буквально означало вращение коленчатого вала с помощью рукоятки.
Сегодня эту функцию выполняют электростартеры, но внутренний компонент по-прежнему называется коленчатым валом.
Коленчатый вал вращается внутри двигателя, но прочно удерживается в одном месте на шейках коренных подшипников.
Затем поршни, перемещающиеся в цилиндрах вверх и вниз, крепятся шатунами к шейкам шатунных подшипников.
Шейки шатунных подшипников стратегически расположены в шахматном порядке, поршни перемещаются в ритме, уравновешивающем массу двигателя во время движения.
Имейте в виду, что коленчатый вал должен быть очень прочным – он делает сотни или тысячи оборотов в минуту!
Но на этом работа коленчатого вала не заканчивается.
Звездочка на передней части коленчатого вала синхронизирует его с распределительным валом.
Совместная работа этих деталей обеспечивает бесперебойную работу двигателя.
Как узнать, есть ли проблема с коленчатым валом?
Смазка чрезвычайно важна для поддержания коленчатого вала в хорошем состоянии.
Таким образом, если замена моторного масла не выполняется регулярно, это может привести к износу коленчатого вала или его выходу из строя.
Проблемы с коленчатым валом обычно незаметны. К ним относятся:
- Детонация двигателя из-за чрезмерного износа коренных и шатунных подшипников коленчатого вала
- Низкие показания давления масла из-за небрежных допусков
- Двигатель, который не заводится из-за заклинивания
Можно ли отремонтировать коленчатый вал?
Неисправность коленчатого вала является серьезной проблемой, и даже незначительное повреждение коленчатого вала может привести к серьезным проблемам.
В некоторых случаях выемки или царапины на шейках можно заменить и установить подшипники большего размера, чтобы компенсировать материал, удаленный с коленчатого вала.
Если повреждение не может быть устранено полностью, необходимо установить новый коленчатый вал, иначе вы рискуете вскоре снова выйти из строя.
Сколько стоит замена коленчатого вала?
Как уже упоминалось, замена коленчатого вала — это всегда капитальный ремонт.
В большинстве случаев это неотъемлемая часть ремонта двигателя.
Для большинства автомобилей коленчатый вал как отдельный компонент стоит от 400 до 800 долларов.
Однако для замены коленчатого вала опытному механику потребуется больше рабочего дня, плюс потребуются прокладки, жидкости и другие мелкие детали.
В среднем замена коленчатого вала для большинства моделей может стоить от 2000 до 2800 долларов.
Если вам требуется замена коленчатого вала, рекомендуется пригласить квалифицированного механика для выполнения этой работы, чтобы убедиться, что она выполнена правильно.