Распределительный вал — CrewTraffic

Кулачные шайбы, находящиеся на распределительном валу, служат для управления открытием и закрытием газораспределительных клапанов, а также для привода топливных насосов высокого давления, топливоподкачивающего насоса, воздухораспределителя пусковой системы.

Распределительный вал изготавливают цельным или составным (для упрощения изготовления и монтажа) и устанавливают на разъемных подшипниках. Для предотвращения осевого  перемещения вал обычно фиксируют в опорно-упорном подшипнике.

Кулачные шайбы в ВОД обычно отковывают заодно с распределительным валом, а в СОД и МОД выполняют съемными (неразъемными или разъемными). Съемные шайбы 1 (рис. 11.6, а) привода газораспределительных клапанов обычно изготавливают неразъемными и крепят на валу шпонками 2 или на гидропрессовой посадке, а шайбы привода ТНВД – чаще всего разъемными и крепят различными способами, позволяющими изменять их угол заклинки относительно распределительного вала.Кулачная шайба ТНВД дизеля Бурмейстер и Вайн имеет симметричный профиль (рис. 11.6, б) и состоит из двух половин. Одна из них имеет пазы, в которые входят выступы другой половины, что дает возможность регулировать опережение подачи топлива независимо на передний и задний ход.

На распределительном валу 2 на шпонке 3 установлена втулка 4, имеющая кольцевой паз с внутренним конусом, к которому при помощи болтов прижимается кулачная шайба 5. В последних моделях дизелей применяют составную шайбу с отрицательным профилем (рис. 11.6, г). У дизелей МАН кулачная шайба (рис.11.6, в) имеет несимметричный профиль и состоит из двух половин: затылочной, сидящей на валу 3 на шпонке 2, и профильной кулачковой шайбе 5, которую можно поворачивать на некоторый угол при помощи болтов 4.

У дизелей Зульцер шайба 2 (рис. 11.6, д) имеет симметричный профиль и также состоит из двух половин. Шайба свободно сидит на втулке 1, зафиксированной на распределительном валу 5 шпонкой 4 и штифтом 6. Втулка имеет на конце резьбу, на которую навертывается гайка 3; торцовые поверхности гайки, фланца втулки и шайбы конусные.

В четырехтактных реверсивных дизелях устанавливают два комплекта кулачных шайб -один для переднего, другой для заднего хода, а в двухтактных дизелях с прямоточно-клапанной продувкой – один (если реверсирование осуществляется разворотом распределительного вала на определенный угол) или два комплекта (если реверсирование осуществляется осевым сдвигом распределительного вала).

Привод распределительного вала осуществляется от коленчатого вала. Передаточное число i= Пр/Пк, где Пр и Пк – частоты вращения соответственно распределительного и коленчатого валов. Для четырехтактных дизелей i= 1/2, для двухтактных i= 1.

Конструкция привода зависит от расположения распределительного вала: при верхнем расположении (над цилиндровыми крышками), характерном для ВОД, применяют валиковый привод с коническими или винтовыми шестернями; при нижнем и среднем -шестеренный привод.

Для уменьшения размеров шестерен приводы изготавливают с промежуточными шестернями (рис. 11.7, а). Промежуточная шестерня 3 находится в зацеплении с ведущей шестерней 4 коленчатого вала и с ведомой шестерней 2 распределительного вала.

Так как у четырехтактного дизеля частота вращения распределительного вала должна быть в 2 раза меньше частоты вращения коленчатого вала, то шестерня 2 имеет вдвое больший диаметр, чем шестерня 4 (промежуточная шестерня 3 на передаточное число влияния не оказывает). От шестерни 2 приводится также вал регулятора частоты вращения 1.

Цепной привод (рис. 11.7, б) используют при большом расстоянии между осями коленчатого и распределительного валов, когда шестеренный привод получился бы громоздким и дорогим.

Ведущая звездочка 7 коленчатого вала соединяется со звездочкой 1 распределительного вала тремя одинарными цепями 6. Звездочка 5 является направляющей и используется для привода воздухораспределителя, лубрикаторов и регулятора частоты вращения Звездочка 2, закрепленная в кронштейне 3, служит для натяжения цепи. Натяжение осуществляется поворотом кронштейна 3 вокруг оси 9 против часовой стрелки. Тяга 4, нагруженная мощной пружиной, передает усилие на кронштейн 3. Цепи движутся по стальным направляющим рельсам 8, облицованным резиной, что предотвращает поперечные колебания цепей. Оси всех звездочек и цепи смазываются маслом.

В новых конструкциях МОД используются гидравлические натяжители цепей (см. рис 11.8). Смазка цепей осуществляется маслом, подаваемым на них посредством сопел.

Распределительный вал

Изготовлен из
легированной стали. Он состоит из трех
отдельных частей, имеет 12 кулачков (по
4 на каждой части). Рабочая поверхность
кулачка изготовлена по шаблону,
цементирована. Максимальная высота
кулачка 19,5 мм, ширина 18 мм.

Части вала
соединены при помощи фланцев, стянутых
призонными шпильками. Конец одной части
вала во фланцевом соединении своим
выступом плотно входит в выточку другой
части, что обеспечивает центровку их
осей и увеличивает прочность соединений.

Распредвал своими
шейками лежит на семи опорных подшипниках,
запрессованных в блок цилиндров, и одном
приставном, запрессованном в крышку,
которая прикреплена к корпусу привода
распредвала.

Все подшипники
распредвала выполнены в форме втулок,
изготовленных из бронзы с баббитовой
заливкой. В средней части каждой втулки
по наружной поверхности проточена
кольцевая канавка для смазки. От этой
канавки сделаны 3 радиальных отверстия,
по которым смазка подается на шейку
вала. На крайней шейке вала имеются
полукольца, которые служат для ограничения
осевого разбега. Полукольца изготовлены
из бронзы и имеют баббитовую заливку.

Вал конический
со стороны распредшестерен и на него
напрессована на шпонке шестерня,
закрепленная корончатой гайкой, диаметр
которой является наибольшим. Размеры
остальных шеек и кулачков таковы, что
вал свободно можно вынуть из блока через
отверстие первого подшипника, после
спрессовки шестерен привода.

Привод кулачкового и распределительного валов

Привод состоит
из шестерен, размещенных в корпусе со
стороны ГГ. Корпус привода и его крышка
соединена с рамой дизеля болтами.

Кулачковый вал
ТНВД и распредвал приводятся во вращение
от коленвала через шестерни: одна из
них насажена на распредвал, вторая –
на приводной вал ТНВД, третья – ведущая
(раздельная), смонтирована на коленвалу
и промежуточная, размещена между
предыдущими шестернями.

Шестерни стальные,
термически обработанные, зубья косые
с углом наклона 15^О.
Промежуточная шестерня насажена на
валик через бронзовые втулки, запрессованные
с обеих сторон шестерни. Внутренние и
торцевые поверхности втулок залиты
баббитом.

С шестерней
насаженной на вал ТНВД входит в зацепление
шестерня водяного насоса. Кулачковый
и распредвал вращаются в два раза
медленнее, чем коленвал.

К фланцу верхней
части привода со стороны генератора на
прокладке болтами прикреплен корпус
маслоуловителя, в котором укреплена
проволочными хомутами проволочная
плетеная сетка, свернутая в цилиндр.
Сверху к корпусу маслоуловителя
присоединена труба, которая идет к
всасывающему патрубку ТК-30.

Круговая диаграмма дизелей пд1м и пд4д

Не доходя 74^О(50^О
для ПД4Д) до ВМТ открываются впускные
клапана (выпускные в это время открыты)
и идет продувка. Поршень доходит до ВМТ
и перемещается вниз. При 74^О(50^О
для ПД4Д) после ВМТ впускные клапана
закрываются. Начинается процесс
наполнения. При 41^О
после НМТ происходит закрытие впускных
клапанов, начинается процесс сжатия.
Не доходя 23^О±1,5^О
до ВМТ происходит впрыск топлива. При
дальнейшем перемещении поршня вверх
происходит возгорание смеси. За счет
давления газа поршень движется вниз
(горение продолжается 30-40^О
после ВМТ). Идет рабочий ход. За 66^О
до НМТ открываются выпускные клапана
и газы начинают выходить в выпускной
коллектор. Поршень идет вверх, выпускные
клапана открыты и за 74^О(50^О
для ПД4Д) до ВМТ открываются впускные
клапана, начинается продувка – процессы
повторяются.

За
2 оборота коленвала происходит 4 такта:
впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск.

Порядок работы
цилиндров: 1-3-5-6-4-2.

Comp Cams показывает, как изготавливается распределительный вал

Как потребители — автомобилисты (и девушки), которым нравится, чтобы все шло быстро, работало лучше или хорошо выглядело — наш главный интерес к любому компоненту для нашего автомобиля заключается в его реальных преимуществах. А именно, как это заставит вашу машину работать быстрее, сильнее и так далее. Но у тех, кто занимается редукторами, которые живут ради того, чтобы испачкать ногти и узнать, как все устроено, у нас также есть неотъемлемый интерес к технической стороне того, как изготавливаются те компоненты, на которые мы полагаемся. Особенно очень точный элемент, такой как распределительный вал.

COMP Cams, один из ведущих производителей распределительных валов на вторичном рынке автомобилей, недавно пригласил нас на экскурсию по своему производственному объекту. Там нам подробно рассказали о каждом этапе процесса, который входит в конечный продукт, который находится в вашем высокопроизводительном двигателе; от чертежной доски до этапа проектирования и создания физического распределительного вала и даже процесса его доставки к вашему порогу. И мы здесь, чтобы принести это вам!

Кто такие COMP-камеры?

Уже более 32 лет компания COMP Cams является ведущим поставщиком распределительных валов и компонентов клапанного механизма для высокопроизводительной автомобильной промышленности. Компания COMP и ее бренды COMP Performance Group (CPG) управляются технологиями, в них работают самые крупные и высококвалифицированные инженеры в отрасли, использующие самое сложное производственное и испытательное оборудование в мире. Компания Comp производит клапанные механизмы для множества областей применения; от мотоциклов, до автомобильных, электростанций стационарных, дизельных, медицинских; по сути все, что представляет собой палку с металлическими лепестками на ней.

Мы поговорили с группой талантливых инженеров из COMP, чтобы получить представление изнутри о том, что входит в процесс изготовления распределительного вала. Среди них были вице-президент по инжинирингу и развитию бизнеса Брайан Риз, руководитель группы машиностроения Кори Руниа, техник по исследованиям и разработкам Дэниел Фриман и помощник инженера по клапанным механизмам Брэд Браун.

Один из многих токарно-фрезерных станков с ЧПУ OKUMA, используемых для вырезания и шлифования распределительных валов.

COMP включает в себя четыре производственных предприятия в Теннесси, Миссисипи, Иллинойсе и Мичигане. В них есть как полные производственные мощности для больших партий продукции, так и «короткие» мощности для более индивидуальных и срочных заказов для гоночных команд и таких, с объемом менее 20. В мелкосерийном производстве используются десять станков с ЧПУ Akuma, три станка с ЧПУ Landis и примерно 25 ручных станков для производства распределительных валов. Кроме того, на производственных объектах находится пятнадцать станков с ЧПУ. В Comp Camps работает более 250 сотрудников, и в общей сложности требуется всего около десяти сотрудников для создания конструкции распределительного вала с нуля и пять для готовой детали, чтобы пройти ее от этапа проектирования до готового продукта.

Шаг первый к распределительному валу: проектирование

Инженеры COMP Cams используют множество известных пакетов программного обеспечения для различных элементов процесса проектирования, а также компания владеет собственным программным обеспечением.

Для создания новой конструкции распределительного вала процесс начинается с измерения и сбора данных, касающихся запасного компонента, после чего следует стратегическое планирование и инженерные стратегии в отношении типа материалов для изготовления кулачка, конструкции сердечника и выступов. COMP использует множество различных пакетов компьютерного программного обеспечения для проектирования своих распределительных валов. К ним относятся AutoCAD, Autodesk Inventor, Solidworks, Pro/ENGINEER и некоторые проприетарные собственные программы среди нескольких других программных пакетов для проектирования, моделирования и анализа. Одним из интересных пакетов, который использует команда инженеров, является Recurdyne.

«Recurdyne — отличная сделка, — объяснил руководитель группы машиностроения Кори Руниа. «На самом деле мы можем взять CAD-модель детали, поместить ее в симуляцию, протестировать и запустить в реальном времени для динамического анализа, но для этого требуется большой компьютер и много времени».

Несмотря на инженерную точность, заложенную в конструкции распределительного вала с точки зрения конструкции, опытная команда COMP преуспела в науке (буквально).

«Если это итерация камеры Pro Stock, ее можно нарисовать за день, без проблем», — добавил Брайан Риз. «Если это, скажем, новое приложение для двигателя, в то время как что-то для более нового приложения для двигателя может быть нарисовано где-то от менее полного дня до двух дней в зависимости от сложности ядра кулачка и конструкции».

Шаг второй к распределительному валу: производство

Ключом к качественному распределительному валу является точность.

После завершения компьютерного проектирования он передается в производственный отдел, задача которого состоит в том, чтобы сформулировать план производства распределительного вала. Это включает в себя материальный запас, используемый для его создания.

«Мы делаем кулачки практически из чего угодно, из [любой] стали или железа», — продолжил Риз. «Есть более или менее две категории. Есть литье, а есть заготовка или сталь. Подавляющее большинство наших кулачков изготовлено из 5160, но у нас есть очень большое количество кулачков, изготовленных из 8620, инструментальной стали, M4 9310, а затем литые ароматизаторы».

COMP поддерживает запас распределительных валов стоимостью в десятки миллионов единиц.

Все эти различные материалы также составляют ошеломляющую цифру запасов в наличии в COMP. Риз объяснил: «У нас есть запасы сырья на восьмизначную сумму в камерах. Это десятки миллионов. Стратегически эта компания вложила средства в запасы, чтобы, когда люди заказывают, мы могли их доставить. Без сомнения, у нас больше запасов, чем у любой другой компании по производству распределительных валов на вторичном рынке. Период. Это даже не близко».

Этап производства начинается с распечатки проекта распределительного вала, который вставляется в запатентованную программу, которая обрабатывает траектории инструмента, необходимые для создания сердечника распределительного вала.

Распределительные валы сначала вырезаются из стального стержня в грубую форму увеличенного размера, а затем шлифуются и полируются.

Распределительный вал начинает свою жизнь как простой круглый стержень из выбранного материала. Как и на любом современном объекте, все управляется компьютером с помощью семиосевых фрезерных и токарных станков, объединенных в одно целое и способных работать и обрабатывать две разные детали одновременно. По сути, это устройство «все в одном», которое может как вырезать, так и затем шлифовать сердцевины. Сердечники изначально вырезаются в так называемом UGL — или «нешлифованном кулачке» — распределительного вала, который, с точки зрения непрофессионала, представляет собой базовый сердечник распределительного вала с увеличенными кулачками, которые еще не были отшлифованы до определенного и законченного профиля.

COMP вырезает свои ядра с достаточным количеством дополнительного материала на лопастях, чтобы из него можно было сделать от четырех до пяти различных готовых конструкций. После изготовления самого сердечника его подвергают термообработке и правке, а также шлифуют все негабаритные места, начиная с цапф и торцевых срезов. Затем он помещается обратно в шлифовальный станок с ЧПУ, где лепестки шлифуются до желаемого профиля, как запрограммировано в машине.

Шлифовальный станок превращает сердечник распределительного вала в готовый продукт с желаемым профилем.

«Когда у нас есть дизайн и кривая, которые мы придумали, которые мы хотим использовать на определенной камере, мы фактически используем другую из наших внутренних запатентованных систем. Когда мы обращаемся с ним к шлифовальному станку, у нас на самом деле есть пара разных выходных файлов, которые мы используем, и мы в основном берем файл и создаем другой файл, который загружается в шлифовальный станок и передает фактическое движение шлифовального станка», — отметил техник по исследованиям и разработкам Дэниел Фриман. «И просто чтобы сказать вам, насколько это чувствительно — мы можем вносить изменения до пятого или шестого знака после запятой, вводя их в кофемолку, и вы можете увидеть разницу».

После шлифовки кулачки проходят тщательный контроль качества, как и любое другое производственное предприятие. COMP использует КИМ (координатно-измерительные машины), твердомеры и толщиномеры, которые являются электронными и высокоточными измерительными инструментами. «Инструменты для тестирования достаточно чувствительны, чтобы температура распределительного вала могла изменить измерение. И мы измеряем кулачок вертикально, а не сбоку, потому что машины могут фактически измерить изгиб кулачка под действием силы тяжести», — объяснил Риз.

Впадины и выступы распределительного вала отполированы вручную.

Всего за 30 минут из стального стержня можно сформировать полностью обработанный распределительный вал. На производственных предприятиях распределительные валы большего объема, такие как представленные в каталогах, могут быть изготовлены в течение недели. И цифры объемов весьма ошеломляют: COMP может производить, по крайней мере, 30 000 распределительных валов в месяц на своем мелкосерийном предприятии. В целом распределительный вал проходит около 20 операций с момента проектирования до поставки.

Шаг третий к распределительному валу: расположение, расположение, расположение

Перед упаковкой распределительные валы разделяются в контейнерах в отделе отгрузки.

После завершения камеры перемещаются в отдел отгрузки, где все камеры проходят через собственные методы отслеживания COMP для упаковки вместе с документами и любыми включенными предметами. Камеры, предназначенные для инвентаризации, затем отправятся на полку, а те, которые были заказаны, будут отправлены. И вот тут-то и вступает в игру еще один из ключевых атрибутов COMP Cams.

«Мы можем попросить FedEx забрать распределительный вал и доставить его заказчику самолетом в течение 45 минут», — отметил Фриман.

Итак, вот оно. Это высокотехнологичный, быстро развивающийся процесс, который фокусируется на времени, качестве и эффективности. И если, собирая свой высокопроизводительный двигатель в своей мастерской, вы когда-нибудь думали про себя: «Интересно, как они сделали этот распределительный вал?» Теперь ты знаешь.

Как изготавливается распределительный вал: экскурсия по заводу кулачков Summit Pro LS

У Summit Racing есть собственная линейка из 9Распредвалы 0007 Pro LS разработаны специально для двигателей GM/Chevy LS и Vortec.

Команда разработчиков распределительных валов сообщила нам, что они проделали домашнюю работу при разработке этих кулачков и что они предлагают значительные преимущества по сравнению с другими распределительными валами LS на рынке.

Во-первых, каждый распределительный вал Pro LS имеет кулачки, которые спроектированы так, чтобы быть агрессивными, но не слишком агрессивными, чтобы оказывать давление на клапанный механизм.

Затем подъем клапана каждого кулачка был оптимизирован для работы с заводскими коромыслами и качественными пакетами пружин, поэтому установщикам не пришлось терпеть дополнительные модернизации и расходы, чтобы заставить свои кулачки работать.

И для точного, воспроизводимого поведения двигателя определенные события открытия и закрытия клапана были помещены в логические приращения.

Хотите больше информации о нюансах событий клапана распределительного вала? Ознакомьтесь со следующими статьями:

Сравнение распределительных валов: история характеристик распределительных валов и выбор подходящего кулачка

Сравнение распределительных валов (часть 2): рассмотрение отдельных моментов времени при выборе кулачка 9 0019

Распредвалы Summit Racing Pro LS на 100% сделаны в США, и каждый распределительный вал Pro LS начинается с подшипника из стали американского качества 5150.

Но, как говорится, доказательство находится в пудинге, и ребята из Summit Racing были достаточно любезны, чтобы устроить нам закулисную экскурсию по заводу, производящему распределительные валы Pro LS.

***

Шаг первый: Токарный станок

Сначала распределительный вал устанавливается на токарном станке, который определяет выступы, шейки и канавки кулачка.
(Image/Summit Racing – Brian Nutter)

Одной из первых операций является намотка материала на новейшем современном токарном станке с приводными инструментами.

Этот станок точит наружные диаметры шеек и выступов, делает все канавки, переднюю поверхность, куда будут входить болты кулачка, и кольцо датчика — все за один процесс.

Каждый раз, когда заготовку не нужно перемещать на другой станок для следующей операции, это повышает точность.

Шаг второй: просверливание сердечника распределительного вала пистолетом

Большое сверло просверливает центр каждого кулачка. (Изображение/Summit Racing – Брайан Наттер)

Давайте остановимся на мгновение.

Перед тем, как попасть на завод, материал распределительного вала подвергается вакуумной дегазации и центрифугированию на вертикальном колесе. Сталь высокой плотности перемещается к внешней стороне стержня для более прочной поверхности.

Это важный этап, поскольку в процессе удаляются любые включения и загрязнения с поверхности материала. Эти примеси могут привести к трещинам после установки распределительного вала.

Самые легкие части (например, примеси) перемещаются к центру стержня и удаляются, когда длинное сверло проходит через сердцевину распределительного вала в процессе сверления пистолетом.

После сверления керна кулачок готов к черновой обработке.

Шаг третий: Черновая обработка кулачка

Здесь начинают сбривать лишний материал, чтобы придать кулачку правильный профиль. (Изображение/Summit Racing – Брайан Наттер)

Поскольку распределительные валы Summit Racing Pro LS уже фрезерованы специально для отдельных профилей деталей, прежде чем они достигнут этого шага, самое большее, что нужно будет отшлифовать в чистовой операции, это 0,015 дюйма. Это создает более однородную деталь с большей глубиной корпуса.

Почему это важно? Некоторые производители кулачков используют стандартный сердечник для нескольких профилей деталей, что может потребовать удаления материала толщиной до 0,050 дюйма.

Это может вызвать локальные точки перегрева на выступах кулачка — места, которые могут выйти из строя и в конечном итоге выйти из строя.

Шаг четвертый: термообработка сердечников

Каждый сердечник подвергается термообработке для обеспечения долговечности распределительного вала. (Изображение/Summit Racing – Брайан Наттер)

Затем сердечники проходят термообработку по специальной запатентованной технологии.

Процесс строго контролируется, чтобы обеспечить правильное количество тепла, частоту, время, закалку и отпуск каждой детали.

Шаг пятый: Шлифовка шеек распределительных валов

Алмазный шлифовальный круг придает каждой шейке прецизионную поверхность. (Изображение/Summit Racing – Брайан Наттер)

Это цилиндрический шлифовальный станок с ЧПУ Landis Model 3LB, использующий алмазный шлифовальный круг из CBN для точной шлифовки каждой шейки распределительного вала. Результатом этого процесса является превосходная округлость, эксцентриситет и биение кулачка.

Шаг шестой: чистовая обработка поверхности распределительного вала

Каждый лепесток распределительного вала точно отшлифован в соответствии со спецификациями. (Изображение/Summit Racing – Брайан Наттер)

Наконец, кулачки Summit Racing Pro LS обрабатываются на цилиндрическом шлифовальном станке с ЧПУ Landis 3L с использованием CBN (алмазного) круга.

Это обеспечивает гладкую поверхность каждого распределительного вала с превосходными углами, скоростью, конусностью и центральным отклонением.

Некоторые компании используют старые шлифовальные машины Okuma и Berco, часто с камнями, а не с алмазными кругами. Проблема с этим процессом заключается в том, что он может оставить глубокие канавки, для удаления которых в процессе полировки требуются тяжелые абразивы или другие методы. Компенсация некачественной отделки чрезмерной полировкой может значительно исказить профиль кулачка. Проверьте графики профиля ниже для доказательства.

Шаг седьмой: Окончательная проверка качества

Визуальные стандарты вибрации при шлифовании оказались неэффективными при измерении способности кулачка создавать гармонические вибрации в клапанном механизме. Эти гармонические вибрации проявляются в шуме, который на самом деле звучит как свист, когда клапанный механизм вращается на высокой скорости.

Распределительные валы Summit Racing Pro LS проходят испытания на прецизионном оборудовании Adcole . Этот вид тестирования намного более точен, и машины используют специальные алгоритмы для обеспечения правильной заточки лепестка.

Поскольку детали сразу после шлифования Landis получаются такими гладкими, требуется лишь незначительная полировка, чтобы получить более точный профиль детали.

Вот хорошее сравнение.

Это результаты испытаний типичного кулачка LS, который был отшлифован камнями на более старой машине.

Обратите внимание, что каждый квадрат на приведенном ниже графике имеет шаг 0,0002 дюйма с 16 лепестками внизу.