Лекция 3. Коленчатые валы

Коленчатые валы ДВС преобразуют возвратно-поступательное движение поршня во вращение с определенной круговой частотой и крутящим моментом. При этом они подвергаются деформации изгиба и кручения, а также изгибным и крутильным колебаниям нагрузки. Поэтому они рассчитываются на усталость.

Для коленвалов ДсИЗ широко используют серые и ковкие чугуны, при этом снижаются припуски на обработку, экономится металл, снижается стоимость. Для дизелей применяют стали 45, 45Х, 40ХФА, 42ХМФА, 18Х2Н4ВА, так как предел усталости чугуна значительно меньше, чем стали.

На рис. 11.1 приведены буквенные обозначения характерных размеров коленвалов, а в табл. 7.1 соотношения этих размеров к диаметру D поршня. На рис. 11.2 показан стальной коленвал четырехцилиндрового четырехтактного двигателя, а на рис. 11.3 – чугунный литой вал. Обычно коленвалы устанавливают на подшипниках скольжения. При этом уменьшается вес и габариты ДВС.

Кривошипный вал состоит из нескольких кривошипов (по числу поршней) и двух хвостовиков, на одном из которых крепится маховик, а на другом звездочка или шкив привода распределительных валов клапанного механизма. Количество коренных шеек равно i+1, где i – число кривошипов или поршней. Это обеспечивает большую жесткость валу. У двигателей КамАЗ и ЯМЗ с двумя совмещенными шатунами на поршневой шейке всего пять коренных, но восемь поршневых шеек. Особое значение имеет несоосность коренных опор, при эксцентриситете 0,1...0,15 мм запас прочности вала уменьшается на 30...50 %. Исследования НАТИ показали, что при неравномерности износа подшипников 0,05...0,06 мм возникает опасность поломки коленвала.

У современных ДВС коренные и шатунные шейки делают полыми с увеличением посадочного диаметра, что приводит к перекрытию шеек. Это повышает изгибную прочность вала и снижает вес.

Полости шатунных шеек используют для подачи масла к подшипникам и для улавливания металлических продуктов износа в масле.

Переходы от щек к шейкам выполняются плавными радиусами 0,05...0,07 d_ш. Иногда их делают двумя радиусами или с поднутрением (рис. 11.4).

Для снижения динамических нагрузок большое значение имеет выбор расположения кривошипов и их относительного смещения в плоскостях вращения, а также выбор количества, размеров и размещения противовесов (рис. 11.5).

У ЯМЗ – КАЗ 642 это V – образный 6-цилиндровый двигатель, шатунные шейки смещены на 30°.

Осевая фиксация коленвала относительно картера обеспечивается упорными кольцами, бортами вкладышей или упорным подшипником (рис. 11.6). Упорные кольца изготавливают из бронзы, стали или металлокерамики. Стальные кольца и борты вкладышей покрывают антифрикционными сплавами и от проворачивания удерживают штифтами, осевые зазоры 0,05...0,15 мм.

Масло в подшипники подводится к коренным шейкам от главной магистрали в малонагруженную зону и затем через отверстия в щеках к шатунной шейке или через стержень шатуна.