Коленчатый вал. Коленчатый вал из чего состоит

Как изготавливаются коленчатые валы

Каковы основные функции коленчатого вала, конструктивные особенности?

Кривошипно-шатунный механизм состоит из коленвала, шатуна, крейцкопфа или поршня преобразовывает вращательные движения коленвала в возвратно-поступательное движение крейцкопфа, передает усилия с коленвала на поршень цилиндра.

Коленчатый вал деталь компрессора с самой большой нагрузкой, потому как вся мощность передается от двигателя к шатунам и масляному насосу. Во время работы коленвал испытывает переменные динамические нагрузки, поэтому должен быть достаточно жестким, чтобы обеспечивалась необходимая точность движения перемещающихся частей, также обладать высоким сопротивлением усталости. Важно, чтобы была высокая износостойкость, ведь нередко ремонт двигателя может потребоваться именно из-за поломки коленвала.

Из каких материалов делают автомобильные коленвалы?

Изготовление коленчатых валов производится из высококачественной углеродистой стали марок 40 и 45. Сталь должна обеспечить высокую пластичность и возможность закалки трущихся поверхностей. Поэтому заготовки коленвалов получают при обработке давлением, из-за низких литейных свойств стали. В небольшом производстве коленвалов заготовкой будет – поковка.

Как делают автомобильные коленчатые валы?

Размер и форма поковок зависит от формы и размера готового коленвала. Поковки изготавливаются на мощных парогидравлических прессах. На крупном производстве они изготавливаются горячей штамповкой: предварительная и окончательная штамповка, обрезка обломов на обрезном прессе, горячая плавка в штампах подмолотом.

Также требуется термическая обработка для получения нужного качества материала. Далее штампованные заготовки загружаются в печь при 450 градусах для нормализации – снятия внутренних напряжений.

Печь разогревается в течение восьми часов до 950 градусов. Далее выдерживается в печи три часа при той же температуре и охлаждается по прошествии времени ещё три часа при темперетуре до 640 градусов. Заканчивается процедура охлаждением на воздухе.

Затем заготовки очищаются от окалины. Небольшие по размеру поковки очищаются дробеструйной обдувкой, а на крупных поковках снимается с помощью пневматических молотков. Испытание механических свойств материала поковок проводится так: на длинной конце вала увеличивают припуск на 60-100 мм.

Затем проводится проверка на ударную вязкость, относительное удлинение и твердость, предел текучести. Малые коленвалы изготавливают из прутка – разрезанием под давлением.

vsepoedem.com

Коленчатый вал - это... Что такое Коленчатый вал?

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 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.

См. также

dic.academic.ru

Материалы для коленчатого вала

Для изготовления коленчатых валов применяются стали 45, 45А, 40Х, 20Г2 и 50Г. В дизелях, работающих с давлением наддува рк ^ 0,15 Мн/м2 (1,5 кГ/см2), для коленчатых валов используют высоколегированные стали 18ХНМА, 18ХНВА и 40ХНМА с повышенными пределами текучести и прочности.

Обычно коленчатые валы изготовляют ковкой. В последнее время стали применять литые коленчатые валы из высокопрочного чугуна, модифицированного магнием, перлитного ковкого чугуна, легированного никельмолибдено-вого чугуна. 

Наибольшее применение для литых коленчатых валов получил высокопрочный ВЧ 50-1,5 (НВ 187—255) и перлитовый чугун.

Литые коленчатые валы имеют следующие преимущества по сравнению с коваными: меньший расходметалла,сокращениечисла операцийпримеханическойобработке,возможность придания оптимальных форм в отношении распределения металла и повышения усталостной прочности.

Литые коленчатые валы из чугуна обладают лучшей способностью гашения крутильных колебаний.

Литые чугунные валы обладают меньшей прочностью (особенно на изгиб), чем штампованные стальные валы. Поэтому у чугунных валов увеличивают диаметры шатунных и коренных шеек, толщину щек и радиусы галтелей. Чугунные коленчатые валы изготовляют полноопорными. Шейки чугунных валов имеют высокую износостойкость, что позволяет применять подшипники из свинцовистой бронзы.

Масса обработанного литого коленчатого вала на 10—15% меньше массы кованого.

После ковки коленчатые валы отжигают или нормализуют для снятия внутренних напряжений и понижения твердости до НВ 163—269,чтобы облегчитьмеханическую обработку.После механической обработки коленчатые валы перед шлифованием подвергают вторичной термической обработке (закалка и отпуск), что значительно улучшает их механические свойства и повышает поверхностную твердость шеек. Обычно вторичная термическая обработка производится с нагревом т. в. ч. (токами высокой частоты).

Глубина закаленного слоя должна быть не менее 3—4 м.и, чтобы после перешлифования шеек коленчатого вала под ремонтные размеры толщина закаленного слоя была не менее 1 мм. Твердость шеек коленчатого вала из стали 50Г HRC52—62, а из стали 45Г2 — HRC48—50.

maestria.ru

КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ

Коленчатый вал представляет собой деталь сложной конфигурации или узел деталей, характерный для составного вала, оснащается консолями для фиксирования шатунов, служащих для передачи плоско-поступательного движения коленчатому валу, который трансформирует это движение во вращательное, передавая вращение трансмиссии и приводным приспособлениям. Коленчатый вал является составным элементом кривошипно-шатунного механизма.

Конструкция коленчатого вала представляет собой относительно нежесткую деталь, на которую приходятся достаточно большие изменчивые нагрузки, во время работы на него действуют силы кручения и он подвергается изгибу. Коленчатый вал состоит из: коренных шеек; шатунных шеек; щеки; передней выходной части вала — носка; задней выходной части вала — хвостовика; противовесов. Коренные шейки являются опорами вала, которые находятся в коренных подшипниках, установленных в картере двигателя. Шатунные шейки — опоры вала, направленные на соединение с шатунами. Щечки выполняют функцию соединения коренных и шатунных шеек.

Передняя выходная часть вала определяется как часть для крепления шестерни или шкива отбора мощности для привода газораспределительного устройства и всевозможных дополнительных участков, систем и приспособлений. Задняя выходная часть вала служит для объединения с маховиком или массивной шестерней отбора ключевого количества мощности. Противовесы предназначены для создания разгрузки коренных подшипников относительно центробежных сил инерции первого порядка неуравновешенных масс кривошипа и нижнего компонента шатуна.

Коленчатый вал производится из стали, характеризуемой упрочением токами высокой частоты или азотированием, а также из высокопрочного чугуна. Противовес создается как единое целое с коленчатым валом, в противном случае противовесы напрессовываются на вал. Коленчатый вал устанавливается таким образом, чтобы опираться коренными шейками на коренные опоры картера двигателя, шатунные шейки фиксируются вместе с нижними головками шатунов. Коренные и шатунные шейки присоединяются при помощи щечек, которые организуют кривошипы вала. Неуравновешенные массы образуют центробежные силы на подшипниках вала, для их разгрузки предназначены противовесы.

В передней части вала предусмотрен сальник для уплотнения, при этом держателем сальника является корпус масляного насоса. Передняя часть вала оснащается зубчатым шкивом привода топливного насоса высокого давления и распределительного механизма двигателя и шкивом ременной передачи для привода генератора, водяного насоса и различных устройств и систем автомобиля. Сальником обеспечивается и задний конец вала, этот сальник фиксируется при помощи специального держателя. На задней стороне коленчатого вала имеется фланец, предназначенный для крепления диска привода, что характерно для моделей автомобилей, оснащенных автоматической коробкой передач, или маховика.

Для произведения ремонтных работ коленчатого вала необходимо перешлифовать коренные, шатунные шейки относительно следующего ремонтного размера. После проведения ремонтных работ коленчатый вал должен устанавливаться с маховиком и сцеплением, которые имелись до ремонта, при этом в обязательном порядке производится балансировка коленчатого вала со сцеплением. В случае дисбаланса создаются углубления в маховике посредством высверливания.

Коленчатые валы двигателя относительно диаметра коренных и шатунных шеек делятся на классы, при этом деление на классы является индивидуальной для каждого двигателя. Точность диаметральных габаритов коренных и шатунных шеек варьируется относительно 1—2 классов, при этом чистота поверхности определяется 8—10 классами и выше; допускаются отклонения на овальность и конусность, которые для автомобильных двигателей соответствуют отрезку от 0,010 до 0,005 мм. Расхождение в параллельности осей коренных и шатунных шеек не превышает 0,01 мм по всей длине каждой шатунной шейки; радиус кривошипа может иметь допуски в 0,05—0,15 мм.

Если отклонения радиусов кривошипов и угловых развала слишком велики, то образуется неравномерная степень сжатия в разных цилиндрах и относительно сдвига фаз распределения, что неблагоприятно отражается на работе двигателей. Для подшипников скольжения коленчатые валы должны обладать высокими требованиями к поверхности шеек, усиленной износостойкостью и усталостной прочностью. Маркировка должна наноситься на передней щечке вала, верхние цифры соответствуют классам шатунных шеек с первой по шестую, при рассмотрении поочередно слева направо, нижние цифры являются классами коренных шеек с первой по седьмую слева направо. Также маркировка может задаваться с номинальным значением диаметра, с диаметрами ремонтного размера с установленным снижением.

Коленчатый вал отслеживается по 80—90 позициям, например размер, форма, относительное положение контролируемых поверхностей вала, параллельность оси шеек, положение шатунных шеек относительно коренных, угловое положение шатунных шеек относительно друг к другу, угловое положение шпоночной канавки относительно кривошипов, положение торца фланца относительно оси коренных шеек и др. Для трудоемкого и непростого процесса контроля используются специальные многомерные индикаторные, пневматические, электронные измерительные приспособления.

Стальные коленчатые валы среднего размера, предназначенные для крупносерийного и массового производства, создаются с помощью ковки в закрытых штампах на молотах и прессах, весь процесс изготовления заготовки реализуется несколькими операциями. Производится предварительная и окончательная ковка в штампах, а далее переходят к обрезке облоя с помощью обрезного пресса, к горячей правке в штампе под молотом.

При создании заготовки коленчатого вала большое внимание уделяется расположению волокон материала, для того чтобы исключить возможность перерезания материала на дальнейших этапах механической обработки, поэтому широкое использование получили штампы, оснащенные специальными гибочными ручьями. Пройдя штамповку, коленчатые валы подвергаются термообработке, нормализации, очистке от окалины при помощи травления или обработке с помощью дробеметной машины. На механическую обработку шеек допускаются припуски в 3—4 мм на сторону со штамповочными уклонами 7—10°. Точность заготовок определяется 8—9 классом. Допустимая кривизна в плоскости разъема штампов для автомобильного коленчатого вала составляет менее 1,5—1 мм, смещение от сдвига штампов разрешается не более 2 мм.

Литые заготовки коленчатых валов производятся из высокопрочного чугуна, модифицированного магнием, для изготовления применяется способ прецизионного литья, т. е. в оболочковых формах, произведенные этим способом валы отличаются по сравнению со штампованными валами рядом положительных качеств, например высоким коэффициентом применения металла. Литые заготовки отличаются наличием внутренних полостей, которые образуются в результате отливки. Припуск на обработку должен быть менее 2,5 мм на сторону отклонения, соответствующего 5—8 классу точности. Снижение колебания припуска и начальной неуравновешенности способствует лучшему качеству при эксплуатации. Отлив в оболочковых формах осуществляется в горизонтальном положении: в случае, когда в одной форме необходимо произвести отлив двух валов, заливка металла создается с помощью общего литника.

Правка валов создается как следующий шаг после нормализации в горячем состоянии в штампе, на прессе после извлечения из печи, не прибегая к повторному подогреву.

Механическая обработка: главными базами для коленчатого вала являются опорные поверхности коренных шеек. К сожалению, они не могут использоваться как технологические на всех шагах обработки, поэтому иногда технологическими базами становятся поверхности центровых отверстий. Небольшая жесткость вала для некоторых этапов обработки, производимых в центре, заставляет создавать вспомогательные базы, которыми являются наружные поверхности предварительно обработанных шеек. Для обработки шатунных шеек, по техническим условиям обязанных иметь угловую координацию, выбирается опорная технологическая база в виде специально фрезерованной площадки на щеках. В результате действия сил резания возникает деформация коленчатого вала, поэтому необходимо произвести достаточно большое количество раз, примерно от 3 до 9, правку коленчатого вала с помощью пресса. Однако правка способна образовать внутренние напряжения, приводящие к последующей деформации вала, что также является нежелательным воздействием.

Технологические опорные базы представляются в качестве фрезерованных площадок на щеках коленчатого вала и обрабатываются до и после предварительной обработки. Также необходимо произвести токарную обработку коренных и шатунных шеек, коренные шейки обрабатываются на обычных токарных станках, затем они берутся как технологические базы для обработки шатунных шеек и остальных поверхностей. Обработку коренных шеек многоколенных валов осуществляют специализированными станками, оснащенными центральным или двусторонним приводом для снижения скручивающего и изгибающего моментов. Затем производится отделка смазочных каналов и внутренних плоскостей, далее необходимо отшлифовать шейки коленчатого вала.

Балансировка при массовом производстве создается при помощи автоматических балансировочных станков или автоматических линий. Необходимо проанализировать диаметральные размеры шеек, отверстия под подшипник во фланце, длину шатунных и коренных шеек, дистанцию от базового торца, радиус кривошипа, биение шеек и торца фланца по отношению к крайним коренным шейкам, взаимное отношение коренных и шатунных шеек относительно длины и расстояния от базового торца, угловое расположение кривошипов, местонахождение установочного отверстия и шпоночной канавки по отношению к коренным и шатунным шейкам. Также производится обкатка крупных коленчатых валов. Специальные токарные станки с неподвижным валом применяются для обкатки шатунных шеек.

Кстати, качественные фланцы смотрите здесь. Рекомендуем, проверенный производитель.

enciklopediya-tehniki.ru

Коленчатый вал — Энциклопедия журнала "За рулем"

Рис. Коленчатый вал двигателя V6

Коленчатый вал воспринимает усилия, передаваемые от поршней шатуном, и преобразует их в крутящий момент. Поэтому коленчатый вал должен быть прочным и жестким.В качестве материала для коленчатого вала используют высокопрочный чугун и сталь. Чугунные валы изготавливают методом литья, а стальные - методом ковки. Рабочие поверхности коренных и шатунных шеек коленчатого вала подвергают упрочнению с помощью термической обработки и последующей шлифовке.Коленчатый вал состоит из нескольких коренных шеек, соединенных щеками с шатунными шейками. Щеки коленчатого вала продолжаются в противоположном от шейки направлении, образуя противовесы. В некоторых двигателях грузовых автомобилей используют съемные противовесы, которые крепятся к коленчатому валу болтами. Коренные шейки всегда больше в диаметре, чем шатунные. Коленчатый вал будет более жестким, если коренные и шатунные шейки перекрывают друг друга при взгляде с торца вала. Очевидно, что намного легче добиться перекрытия шеек в [[Короткоходный двигатель |короткоходном двигателе]]. Если по обеим сторонам от шатунной шейки расположены коренные шейки, коленчатый вал является полноопорным. В противном случае он неполноопорный и поэтому должен быть более жестким, а следовательно, более массивным, чтобы воспринимать значительные изгибающие и закручивающие усилия. Поэтому в современных двигателях в основном применяются полноопорные валы. В настоящее время редко применяют разборные коленчатые валы, хотя такая конструкция вала дает возможность применять шатуны с неразъемной нижней головкой. Переход от шейки к щеке является опасным с точки зрения концентрации напряжений, и поэтому его выполняют по радиусу. Такая конструкция уменьшает возможность появления трещин и последующего усталостного излома.В качестве коренных и шатунных подшипников скольжения в настоящее время применяют разъемные, тонкостенные вкладыши. Вкладыши изготавливают из стальной ленты с нанесенным на нее слоем антифрикционного сплава. Для того чтобы установленные вкладыши не проворачивались в опорах коленчатого вала и головках шатунов, они имеют выступ, с помощью которого фиксируются в соответствующих канавках. Для предохранения коленчатого вала от осевых перемещений используются упорные подшипники скольжения.Внутри коленчатого вала, в щеках и шейках коленчатого вала просверлены отверстия для прохода масла. Подшипники коленчатого вала подвергаются значительным нагрузкам, и даже кратковременная работа двигателя без масла приводит к его выходу из строя, поэтому к шейкам коленчатого вала масло подается постоянно под давлением.К заднему концу коленчатого вала крепится маховик. Маховик служит для уменьшения неравномерности работы двигателя, запасая энергию при рабочем ходе и отдавая ее при других тактах, а также выводит КШМ из мертвых точек. Маховик представляет собой массивный диск, выполненный из чугуна. На внешнюю цилиндрическую поверхность маховика напрессован зубчатый венец, обеспечивающий проворачивание коленчатого вала при пуске двигателя с помощью электрического стартера. У многоцилиндровых двигателей рабочий ход происходит одновременно в нескольких цилиндрах. У таких двигателей крутящий момент более равномерный и масса маховика может быть уменьшена.

Рис. Двухмассовый маховик двигателя

Каким бы жестким ни был коленчатый вал, он подвергается крутильным колебаниям. Крутильные колебания можно представить как постоянное закручивание с последующим раскручиванием вала, что происходит при работе двигателя с определенной частотой. При совпадении частоты крутильных колебаний с частотой внешних сил может наступить резонанс, который приведет к резкому увеличению нагрузок, действующих на коленчатый вал, и, как следствие, к его поломке. Излом коленчатых валов (обычно в месте соединения щеки с коренной шейкой) был частой причиной выхода из строя двигателей старых конструкций. Современные коленчатые валы имеют высокую жесткость, и резонансные частоты находятся за пределами возможных частот вращения валов этих двигателей. Тем не менее в конструкции двигателей часто применяют гасители крутильных колебаний, которые снижают до нужного уровня виброактивность коленчатого вала. Наиболее распространенный способ: разделить шкив или диск, установленный на коленчатом вале, на внутреннюю и наружную части и соединить их упругим материалом, который поглощает вибрации за счет внутреннего трения.Сейчас все большее распространение получают двухмассовые маховики, которые успешно выполняют функцию гасителя крутильных колебаний.Прогресс в системах управления может внести дополнительные изменения в конструкцию двигателей. Сегодня разработаны новые тороидные стартер-генераторы, которые не только мгновенно и бесшумно пускают двигатель, но и дают возможность за счет электронного управления гасить всевозможные колебания и вибрации, а также обеспечивают возможность работы двигателя при экстремальных нагрузках.

wiki.zr.ru

Коленчатый вал - это... Что такое Коленчатый вал?

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 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.

См. также

dikc.academic.ru

Коленчатый вал — WiKi

История

Впервые столь важную механическую деталь как коленчатый вал описал и сконструировал средневековый учёный Аль-Джазари в Османской империи в 13 веке. В 1206 году в трактате «Китаб фи марифат аль-хиял аль-хандасийя» (Книга знаний об остроумных механических устройствах) описан механизм вала.

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. Преимуществом стальных валов является наивысшая прочность, возможность получения высокой твёрдости шеек азотированием, чугунные валы - дешевле.

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 и хорошее демпфирование крутильных колебаний, позволяющее часто отказаться от внешнего демпфера на переднем носке вала. В литых заготовках можно получить и ряд 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.

Масляные отверстия в коленвалах соединяют обычно соседние коренную и шатунную шейку, и выполняются сверлением. Отверстия в щёках при этом зачеканиваются либо закрываются пробками на резьбе.

Крупноразмерные коленчатые валы, такие как судовые, а также коленвалы двигателей с туннельным картером являются разборными, и соединяются на болтах. Коленвалы могут устанавливаться не только на подшипниках скольжения, но и на роликовых (шатунные и коренные), и шариковых (коренные в маломощных моторах). В этих случаях и к точности изготовления, и к твёрдости предъявляются более высокие требования. Такие валы всегда изготовляют стальными.

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[1]. По окончании изготовления коленчатые валы обычно подвергают динамической балансировке в сборе с маховиком (автомобильные двигатели).

В большинстве случаев коленчатые валы предусматривают возможность их перешлифовки на ремонтный размер (обычно 4-6 размеров, ранее было до 8). В этом случае коленвалы шлифуют вращающимся наждачным кругом, причём вал проворачивается вокруг осей базирования. Конечно, эти оси для коренных и шатунных шеек не совпадают, что требует перестановки. При перешлифовке требуется соблюсти межцентровое состояние, и согласно инструкции, валы после шлифовки подлежат повторной динамической балансировке. Чаще всего это не выполняют, потому отремонтированные двигатели часто дают большую вибрацию.

При шлифовании важно соблюсти форму галтелей, и ни в коем случае не прижечь их. Неправильная обработка галтелей часто приводит к разрушению коленчатого вала.

Термическая и химико-термическая обработка валов

Коленчатые валы для увеличения прочности и износостойкости шеек подвергают термической, а иногда и химико-термической обработке: закалка ТВЧ, азотирование, закалка поверхностного слоя (стали регламентируемой прокаливаемости 55ПП, 60ПП). Получаемая твёрдость зависит от количества углерода (закалка ТВЧ, обычно не более 50..55 HRC), либо вида ХТО (азотирование даёт твёрдость 60 HRC и выше). Глубина закалённого слоя шеек позволяет обычно использовать 4-6 промежуточных ремонтных размеров шеек вала, азотированные валы не шлифуют. Вероятность задира шейки с ростом твёрдости значительно снижается.

При ремонте коленчатых валов используются также методы напыления, в том числе — плазменного. При этом твёрдость поверхностного слоя может повышаться даже выше заводских значений (для закалки ТВЧ), а заводские диаметры шеек восстанавливают до нулевого размера.

Неисправности и ремонт коленчатых валов

При эксплуатации из-за разных причин могут наблюдаться такие неисправности:

• износ вала по коренным или шатунным шейкам;
• изгиб;
• разрушение вала;
• износ посадочных поверхностей под маховик, сальник (сальники), переднюю шестерню.

При износе шеек выше допустимого или незначительном изгибе, устранимом перешлифовкой, коленчатый вал обрабатывают под следующий ремонтный размер. Однако при больших задирах (например, при выплавлении вкладышей с проворотом) иногда перешлифовывают "через размер", т.е. сразу на 2 размера. Все коренные шейки, а также все шатунные шлифуют в один размер - например, коренные могут быть 2-го ремонтного размера, а шатунные 3-го, в любой комбинации размеров. Коленчатые валы с подшипниками качения и азотированные перешлифовке не подлежат.

Однако руководства по армейскому полевому ремонту (двигатели боевых машин) обычно предписывают индивидуальный ремонт, поэтому шатунные/коренные шейки могут иметь разный диаметр после шлифовки, и даже не иметь стандартного ремонтного размера(!). Вкладыши при этом растачиваются парами, используются заготовки с минимальным внутренним диаметром. Плюсом является наивысшая скорость починки и унификация запчастей (вкладыши).

Разрушение вала происходит от усталостных трещин, возникающих иногда из-за прижога галтелей при шлифовке. Трещины развиваются в некачественном материале (волосовины, неметаллические включения, флокены, отпускная хрупкость) либо при превышении расчётных величин крутильных колебаний (ошибки при проектировании, самостоятельная форсировка по числу оборотов дизеля). Сломанный вал ремонту не подлежит.

При износе посадочных поверхностей могут применяться электрохимическая обработка, плазменная или электродуговая наплавка поверхностей. Коленчатые валы малого размера, возможно, дешевле в таком случае заменить.При образовании канавки от сальника опытные мотористы устанавливают новый так, чтобы он работал по другому месту (например, уменьшив ширину сальника его подтачиванием, или наоборот, садить на меньшую глубину). "Одноразовым" решением при износе посадочной поверхности под шестерню может быть лужение, обычно с предварительным многочисленным кернением поверхности (но шестерню потом трудно или невозможно снять).

См. также

Примечания

Литература

• Кулаев Д. Х. Динамика кривошипно-ползунного механизма с зазорами в шатунных подшипниках // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование». — 2009. — ISSN 2310-1148.

Ссылки

ru-wiki.org

• 
  Основы черчения технического
• 
  Автомобиль пожарная
• 
  Нормы расхода топлива зимние
• 
  Мягкое соединение
• 
  Автомобили белаз
• 
  Обратная засыпка грунта с послойным уплотнением
• 
  Какое соединение называется параллельным
• 
  Неустойчивая работа двигателя на холостом ходу ваз 2106
• 
  Неустойчивая работа двигателя на холостом ходу ваз 2106
• 
  Хайс микроавтобус
• 
  Хайс микроавтобус