Коленчатый вал двс

Коленчатый вал двс

Коленчатый вал двигателя: его строение и назначение

В автомобиле все детали являются важными и нужными. Однако существуют некоторые, без которых просто невозможно представить работу транспортного средства. Одной из таких деталей является коленчатый вал двигателя, или просто коленвал. Он связывает между собой ДВС и ведущие колеса, приводит в движение весь механизм.

Предназначение коленчатого вала

Залогом движения автомобиля является поршневой механизм: в систему цилиндров подается смесь из топлива и некоторого количества воздуха, которая после воспламенения, увеличивается в объеме, что с силой выталкивает поршень. Возвратно-поступательные движения системы поршней преобразовываются коленвалом во вращательные. Затем передаются на другие детали, на коробку передач, на полуось или карданный вал.

Коленвал совершает преобразование механической энергии в крутящий момент. Он является цельным конструктивным элементом системы транспортного средства, поэтому правильнее будет назвать его деталью.

Стоимость этой детали достаточно высока из-за материала, из которого она сделана: легированная хромом или молибденом сталь. Она имеет особую прочность. А также цена зависит от расположения волокон и методики изготовления.

Способ производства и материал, из которого производится деталь, в большей мере зависит от класса автомобиля и его типа. Литой чугунный коленвал используется в серийных моделях, это позволяет уменьшить их стоимость и не выходить за пределы расчета. В спортивные авто устанавливают коленвал из стали, сделанный методом ковки.

Они значительно превосходят вышеупомянутые по габаритам, весу и прочности и все чаще используются в современной промышленности. Самые дорогие модели оснащены деталью, выточенной из цельного куска стали. На выходе получают чрезвычайно прочный материал и много отходов производства.

Деталь расположена в нижней части любого серийного двигателя, прямо над картером с моторным маслом. Он закрепляется при помощи подшипников и дополнительных упоров, которые прочно закрепляют его положение и не позволяют смещаться. Только оппозитные двигатели отличаются — коленвал расположен практически в центре.

Как устроена деталь

Для разных двигателей используется разная форма коленного вала. К примеру, на двигателях V6 шатуны немного смещаются в длину, американский V8 крестообразен, а европейский — более плоский.

Но любой коленчатый вал состоит из нескольких стандартных деталей:

  • коренная и шатунная шейки;
  • соединительные щеки;
  • противовесы;
  • фронтальная часть (носок);
  • задняя часть (хвостовик).

Каждая из них выполняет свою функцию и связана с остальными.

  • Коренная шейка является основной частью вала, расположена в картере на подшипниках.
  • Шатунные шейки смещены в сторону и соединяют вал с шатунами, имеют масляные каналы для смазки.
  • Данные шейки именуются коленом, за счет чего деталь и получила свое название. Расположение цилиндров зависит именно от колен, которые распределяют нагрузку и регулируют движение газовых масс.
  • Щеки соединяют между собой шейки.
  • Противовесы уравновешивают поршни и шатуны, их правильное функционирование является залогом плавной работы двигателя внутреннего сгорания.
  • Носок имеет шкив, шестерни и гаситель колебаний, который контролирует газораспределительный механизм.
  • Хвостовик осуществляет отбор мощности вала. Соединен с маховиком при помощи специального гребня.

За пределами блока цилиндров, маховик уплотняется при помощи сальников, предотвращающих утечку масла. Подшипники скольжения обеспечивают вращательные движения системы.

Когда газы воздействуют на поршни, они предают энергию на шатуны, которые соединены со втулкой или поршневым пальцем. При помощи подшипника шатун присоединен к шейке коленвала. За счет этого происходит вращательное движение. После разворота на 180 градусов шейка начинает движение в обратном направлении, и поршень приводится в исходное положение. На этом заканчивается один цикл, и начинается новый.

Процесс обслуживания

Как и любая деталь, коленчатый вал нуждается в специальном уходе. Для осмотра и ремонта, необходимо его снять. Обычно это требуется во время капитального ремонта, к примеру, после гидроудара, во время которого, коленвал может повести.

Чтобы снять коленвал, необходимо демонтировать двигатель и его элементы. Перевернув ДВС, отмечают расположение крышек коренных подшипников, затем их снимают, приподнимают коленвал и отсоединяют заднее уплотнительное кольцо. После этого снимают вкладыши с блоков цилиндров и крышек. Таким образом, мы имеем отсоединенный коленчатый вал.

Для его проверки необходимо промыть бензином и просушить деталь. Производится осмотр на предмет трещин, сколов, вмятин. Если таковые обнаружены — деталь подлежит замене.

Открутив пробки, можно прочистить все масляные каналы. Шатунные шлейки шлифуются и полируются, снова прочищаются каналы для масла. Вкладыши подшипников, подшипник носовой части, маховик, сальник и резиновые уплотнители при обнаружении дефектов также необходимо заменить.

После этого производится сборка двигателя в порядке, обратном разбору, предварительно смазав все детали. Также необходимо убедиться в плавности скольжения и вращения детали.

Читать еще: Как проверить масло в коробке передач: механика и автомат

Интересное о коленвалах

Часто считают, что маркировка на детали может рассказать о характеристиках. Однако это лишь заблуждение. Маркировка упрощает подбор детали, так как является каталожным номером, при этом ничего не говорит о свойствах самого изделия.

Для спортивных автомобилей коленчатые валы производятся с немного вытянутыми шейками вместо круглых. За их счет увеличиваются общие характеристики транспортного средства, так как поршень движется немного быстрее в конечной точке сжатия.

Коленвал является главным передаточным звеном, обеспечивает работу полуосей, трансмиссии, кардана, генератора и других систем. Он способен выдерживать огромные нагрузки и высокие температуры, производится из высокопрочных сплавов. От качества этой детали зависит срок службы двигателя.

Не стоит забывать, что любая неисправность, посторонний шум следует немедленно устранять.

Заниматься диагностикой и ремонтом не следует, если вы не имеете нужных навыков. Чтобы не столкнуться с более серьезной поломкой после самостоятельного вмешательства в работу автомобиля, необходимо обратиться в автосервис, где опытные мастера быстро смогут установить и устранить проблему.

Вал коленчатый: основа поршневого двигателя

В любом поршневом двигателе внутреннего сгорания используется деталь, преобразующая возвратно-поступательное движение во вращательное — коленчатый вал. О том, что такое коленчатый вал двигателя, каких типов он бывает и как устроен, а также о правильном выборе и замене этой детали — читайте в статье.

Что такое коленчатый вал?

Вал коленчатый — деталь кривошипно-шатунного механизма (КШМ) поршневого двигателя внутреннего сгорания всех типов; вал коленчатой конструкции, обеспечивающий преобразование возвратно-поступательного движения поршней и шатунов во вращательное движение связанных с ним деталей силового агрегата и трансмиссии.

Именно коленчатый вал составляет основу КШМ любого поршневого мотора внутреннего сгорания, на него возложен целый ряд функций:

  • Преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное, которое обеспечивает привод всех остальных агрегатов;
  • Обеспечение центровки и правильного положения деталей поршневой группы в цилиндрах;
  • Смазка шарнирных соединений кривошипно-шатунного механизма — подача масла на коренные и шатунные шейки, а через них по шатунам к поршням. Также вращение вала приводит к образованию масляного тумана в картере;
  • Привод навесных агрегатов двигателя и трансмиссии — передача крутящего момента на моховик и далее на коробку передач, привод газораспределительного механизма, водяного насоса, генератора, вентилятора, компрессора и т.д.

От состояния и условий работы коленвала во многом зависят не только параметры всего силового агрегата, но и сама возможность его функционирования. Поэтому коленчатому валу уделяется самое серьезное внимание, а при его неисправностях без промедлений выполняется ремонт или полная замена. Но прежде, чем приобретать новый коленвал, следует разобраться в конструкции, характеристиках и особенностях этой детали мотора.

Типы, конструкция и характеристики коленчатых валов

В настоящее время на двигателях и в иных поршневых машинах используется два типа коленчатых валов:

  • Цельные (неразборные);
  • Составные (сборно-разборные).

Детали первого типа изготавливаются из одной металлической заготовки, все детали формируются на валу в процессе тех или иных операций механической обработки. Составные валы изготавливаются из нескольких деталей, которые в случае необходимости можно снять и заменить.

Любой вал, независимо от типа, назначения и особенностей, имеет принципиально одинаковое устройство. В общем случае вал разделен на несколько деталей:

  • Коренные шейки — части вала, составляющие его продольную ось, коренными шейками вал опирается на блок двигателя. Монтаж вала в блок осуществляется через расположенные на коренных шейках вкладыши (подшипники скольжения);
  • Шатунные шейки — детали, выступающие в качестве опор для установки шатунов. Монтаж шатунов на вал осуществляется через расположенные на шатунных шейках вкладыши;
  • Щеки — поперечные детали, связывающие коренные шейки с шатунными. От длины щек зависит ход поршня в цилиндре и, соответственно, развиваемый двигателем крутящий момент;
  • Противовесы (не во всех валах) — продолжение щек с их обратной стороны. Это грузы, уравновешивающие силы инерции, которые возникают при движении шатунных шеек и шатунов. Противовесы снижают дисбаланс вала, обеспечивая устранение биений и разгрузку деталей КШМ;
  • Носок (передняя выходная часть вала) — деталь, выходящая за пределы блока двигателя со стороны первого цилиндра, предназначенная для монтажа шестерни или зубчатого колеса привода ГРМ, а также шестерни или шкива привода навесных агрегатов двигателя;
  • Хвостовик (задняя выходная часть вала) — деталь, выходящая за пределы блока силового агрегата со стороны последнего цилиндра (а точнее — со стороны передачи крутящего момента на агрегаты трансмиссии), обычно она выполнена в виде фланца для монтажа маховика, здесь же может располагаться шестерня привода ГРМ.
Читать еще: Снятие и замена бензонасоса лада приора

Основу вала составляют коренные шейки, а щеки вместе с шатунными шейками образуют так называемые колена — их количество соответствует числу используемых в двигателе поршней/цилиндров. Переход шеек на щеки выполняется с радиусом, что обеспечивает высокую прочность этих частей, которые в процессе работы подвергаются наибольшим нагрузкам. В шейках выполняются косые или прямые каналы для подачи смазочного материала, выходы каналов располагаются в центральных частях коренных и шатунных шеек. Выход масла из шеек обеспечивает смазку расположенных на них вкладышей (подшипников скольжения). Сверления могут закрываться пробками, образующиеся полости обеспечивают дополнительную очистку масла — механические загрязнения оседают на внутренних стенках сверлений и пробок под действием возникающих при вращении вала центробежных сил. Также на валу выполняются посадочные места под монтаж зубчатых колес и/или шкивов — обычно выбираются пазы под шпонки, иногда выполняются шлицы. В торцах носка и фланца на хвостовике вала выполняются отверстия с резьбой для вворачивания болтов. Наконец, на некоторых валах нарезаются несъемные шестерни для привода агрегатов.

Составные валы имеют чуть более сложную конструкцию. Их основу составляют щеки, объединенные с противовесами (зачастую это просто круглые стальные детали), в центральную часть которых запрессовываются коренные шейки, а в периферийные — шатунные. Вал в сборе обычно устанавливается в картер двигателя на подшипниках качения. Сборно-разборные валы наиболее часто применяются на малоцилиндровых (не более двух цилиндров) и малообъемных силовых агрегатах мототехники.

Коленчатые валы производятся из различных марок углеродистых и легированных сталей, а также из чугуна повышенной прочности. Цельные детали изготавливаются ковкой (объемной штамповкой) из литых заготовок с помощью штампов на специальных прессах, одна заготовка проходит несколько операций штамповки, а затем начистую обрабатывается на токарных, фрезерных и других металлорежущих станках. Поверхность шатунных и коренных шеек может подвергаться цементации или закалке для повышения их прочности и износостойкости. Составные валы изготавливаются из точеных или штампованных заготовок, которые собираются в единую конструкцию.

Коленчатый вал устанавливается в блоке силового агрегата на посадочные поверхности или съемную постель через коренные подшипники, его фиксация осуществляется устанавливаемыми сверху крышками коренных подшипников (в народе — бугелями). Смещения вала в осевом направлении предотвращаются упорными кольцами, расположенными у одной или нескольких коренных шеек. Носок и хвостовик вала выходят из блока двигателя через сальниковые уплотнители. На носок посредством шпонки монтируется шестерня привода ГРМ и посредством болта — шкив привода агрегатов. На хвостовик с помощью болтов устанавливается маховик.

Как правильно выбрать, отремонтировать и поменять коленчатый вал

Коленвал в процессе работы двигателя подвергается высоким скручивающим и изгибающим механическим нагрузкам, а также интенсивному износу, тепловым нагрузкам и воздействию агрессивных сред (отработавших газов, загрязнений масла и т.д.). Поэтому со временем данная деталь изнашивается, деформируется и теряет свои качества, а в отдельных случаях износ и деформации могут приводить к полной потере валом возможности нормально выполнять свои функции. В этом случае вал должен быть демонтирован с мотора, подвергнут дефектации, и в случае надобности отремонтирован или заменен.

На замену следует использовать только ту деталь, которая была установлена в двигатель производителем, либо ее допустимый аналог (например, с другой модификации двигателя). Также вместе с валом необходимо приобретать комплект новых вкладышей (шатунных и коренных) и сальников.

Замена коленвала должна выполняться в соответствии с инструкцией по ремонту данного конкретного двигателя. Демонтаж вала выполняется на снятом с автомобиля моторе, так как доступ к детали возможен только снизу. Для снятия вала необходимо демонтировать крышки шатунов и коренных подшипников, маховик, упорные кольца, затем вал вынимается из блока и подвергается осмотру. Если на детали обнаружены трещины и сколы, а также глубокие царапины и риски на прилегающих к сальникам поверхностям, то она подлежит замене. Новый коленвал должен устанавливаться и при недопустимом износе шатунных и коренных шеек (когда выбраны все ремонтные размеры вкладышей), и при недопустимых деформациях в одной или обеих плоскостях.

Если коленвал подвергается ремонту, то предварительно его необходимо очистить от загрязнений и промыть (особенно тщательно промыть сверления в шейках, так как в них скапливается грязь), а затем выполнять те или иные операции. Если же устанавливается новый коленвал, то должны использоваться новые вкладыши и сальники.

После замены коленчатого вала двигатель нуждается в обкатке, обычно для обкатки достаточно 2000-2500 км пробега. Во время обкатки двигатель должен работать на щадящих режимах без резкого увеличения и сброса оборотов. В дальнейшем вал нуждается в регламентном обслуживании — осмотре, очистке сверлений, замене вкладышей и т.д. При верном выборе и замене коленвала, а также при соблюдении рекомендаций по обкатке двигатель после ремонта будет работать надежно на всех режимах.

Читать еще: Какие тормозные диски выбрать для ваз 2107. номера подходящих тормозных дисков для ваз 2107

Коленчатый вал и его назначение

Подробно рассмотрим принцип работы коленчатого вала.

Среди всех элементов конструкции двигателя внутреннего сгорания именно коленчатый вал считается наиболее важным и дорогостоящим. И это неудивительно, ведь довольно трудно найти более ответственный элемент, чем коленчатый вал. Именно данный элемент ответственен за процесс преобразования в крутящий момент возвратно-поступательного движения поршней.

Восприятие переменных нагрузок, возникающих в результате действия сил давления газа, вращающихся и движущихся масс и их сил инерции – одна из важнейших задач, которая решается исключительно благодаря данному элементу конструкции. Коленчатый вал является цельным элементом конструкции, потому правильнее будет дать ему название “деталь”. Методы ковки стали либо литья чугуна – вот главные способы изготовления этой детали. Стоит отметить, что турбированные, а также дизельные силовые установки оснащаются коленчатыми валами из наиболее прочных видов стали, и они являются более надежными.

Схема коленчатого вала.

Рассмотрев конструкцию вала, можно увидеть, что эта деталь соединяет воедино шатунные(6) и коренные шейки(9), которые, в свою очередь, объединяются друг с другом при помощи щек(5). По количеству шеек коренные опережают шатунные на один элемент, а сам вал с подобной компоновкой называется “полноопорный”. В сравнении с шатунными шейками, коренные обладают большим диаметром. Противовес(4) является естественным продолжением щеки(5) в направлении, противоположном шатунной шейке. Основной задачей противовесов является создание условий для уравновешивания веса поршней и шатунов, что напрямую влияет на работу силовой установки, делая ее более плавной и размеренной.

Между щеками находится шатунная шейка, и она носит название “колено”. Расположение колен напрямую зависит от нескольких факторов, среди которых: количество цилиндров, порядок их работы, расположение, а также тактность силовой установки. Уравновешенность мотора обеспечивается за счет положения колен. Кроме того, от данного фактора зависит равномерность воспламенения, изгибающие моменты и наименее возможные крутильные колебания.

Шатунная шейка является важнейшей опорной поверхностью для шатунов. В V-образной силовой установке коленчатый вал создается при помощи специальных шатунных шеек удлиненной формы. На этих шейках и основывается пара шатунов правого и левого ряда цилиндров. На определенных валах таких двигателей спаренные шейки шатунов несколько сдвинуты друг против друга под углом в 18 градусов, за счет чего и обеспечивается равномерное воспламенение (данная технология более известна под названием Split-pin).

Переход к щеке от шейки считается элементом, который наиболее подвержен нагрузкам среди всех элементов конструкции коленчатого вала. Чтобы добиться снижения концентрации напряжения, переход к щеке от шейки создается с определенным радиусом закругления, который также известен как галтель. За счет галтелей длина коленчатого вала способна увеличиваться, а чтобы уменьшить длину вала, эти галтели создают с углублением в шейку либо щеку.

Подшипники скольжения – еще один важный элемент, ведь они обеспечивают вращение в шатунных шейках шатунов, а вала – в опорах. Роль подшипников выполняют специальные, произведенные из прочной стальной ленты разъемные вкладыши. На эту же ленту наносится антифрикционный слой. Но почему вкладыши не проворачиваются вокруг шейки? Все потому, что они надежно фиксируются в опоре благодаря наличию выступа. Чтобы недопустить лишних перемещений вала, применяется упорный подшипник скольжения. Этот подшипник устанавливается на крайней, либо средней шейке.

Схема системы смазки.

Шатунные и коренные шейки являются частью системы смазки двигателя, при этом сама смазка производится под давлением. Конструкцией предусмотрен подвод масла для смазки к каждой конкретной опоре коренной шейки, начинающийся от общей магистрали. В дальнейшем к шатунным шейкам масло переходит по каналам, расположенным в щеках.

С коленчатого вала мощность отбирается с хвостовика, заднего конца, а к этому концу прикрепляется маховик. Спереди на конце вала (его также называют носком) имеются посадочные места, и на этих местах закрепляется звездочка (шестерня) привода распределительного вала, специальный гаситель крутильных колебаний (во многих, но не во всех конструкциях) и шкив привода вспомогательных агрегатов. Гаситель представляет собой 2 диска, которые крепятся друг к другу при помощи материала, обладающего высокой степенью упругости (резина, пружина и силиконовая жидкость). Благодаря данному упругому материалу происходит поглощение вибраций вала через внутреннее трение.

Что такое коленчатый вал (коленвал) видео, лекция:

Графическое видео о процессе работы коленвала:

Как изготавливают коленчатый вал (видео):

Устройство автомобилей

Группа деталей коленчатого вала

Заключительное звено кривошипно-шатунного механизма поршневого двигателя – группа коленчатого вала. Детали этой группы завершают процесс преобразования поступательного движения поршня во вращательное движение выходного звена. В группу коленчатого вала входят: собственно коленчатый вал, противовесы, маховик, элементы привода газораспределительного и других вспомогательных механизмов и систем двигателя, узел осевой фиксации и детали маслоуплотняющих устройств.

Наиболее сложной и ответственной деталью группы коленчатого вала является сам коленчатый вал. От технического совершенства конструкции и качества изготовления коленчатого вала во многом зависят полнота использования двигателем тепловой энергии сгоревших газов, т. е. КПД, потери на трение, долговечность, надежность, эффективность и экономичность двигателя.

Коленчатый вал двигателя

«Коленчатый вал – деталь, изогнутая до невозможности и вращающаяся до потери пульса» Поговорка слесарей-мотористов

Коленчатый вал поршневого двигателя является деталью, конструкция которой позволяет завершить преобразование возвратно-поступательного прямолинейного движения поршня во вращательное движение. Как упоминалось в одной из статей об автомобилях, вращательное движение является оптимальным для большинства передвигающихся по суше машин и механизмов (т. е. для легковых, грузовых автомобилей и автобусов, тракторов и сельскохозяйственной техники и т. д.), поскольку основным движителем для таких машин является колесо, совершающее в процессе выполнения работы вращательное движение.

Коленчатый вал поршневого двигателя воспринимает усилие со стороны шатуна и преобразует их в крутящий момент. Кроме того, коленчатый вал обеспечивает движение поршней во время вспомогательных тактов и пуска двигателя, а также приводит в действие вспомогательные механизмы и приборы двигателя и его систем.

Усилия со стороны газов и сил инерции при большой длине коленчатого вала вызывают заметные продольные и угловые деформации, причиной которых являются динамические (переменные) нагрузки, способные при продолжительных воздействиях привести к усталостным разрушениям.

Шейки коленчатого вала работают при больших окружных скоростях и испытывают значительные тепловые и механические напряжения. При этом шатунные шейки совершают сложные перемещения, вызывающие комплексные инерционные нагрузки.

Исходя из перечисленных выше условий, в которых работает коленчатый вал, к его конструкции предъявляются следующие требования:

  • форма коленвала должна обеспечивать уравновешенность двигателя в время работы;
  • высокая жесткость, исключающая недопустимые деформации;
  • высокая усталостная прочность и способность противостоять динамическим нагрузкам;
  • высокая износостойкость трущихся поверхностей;
  • минимальная масса, позволяющая снизить возникающие во время вращения вала инерционные силы и моменты.

Особенности конструкции коленчатого вала

Основными элементами коленчатого вала(рис. 1) являются коренные4и шатунные2шейки, соединяющие щеки3, носок5и хвостовик1. Две шатунные шейки, шатунная шейка и щеки, соединяющие их, образуют кривошип.

Торцевые поверхности щек, выступающие за шейки, шлифуются и образуют кольцевые пояски, используемые для осевой фиксации шатунов и самого коленчатого вала. Эти кольцевые пояски сопрягаются с цилиндрической поверхностью шеек плавными переходами – галтелями.

Внутри шеек и щек имеется система каналов и отверстий для подачи смазочного материала к подшипникам. Масло, как правило, поступает к шатунным вкладыши по каналам из смежных коренных подшипников.

Достаточную жесткость на изгиб обеспечивают так называемые полноопорные валы, в которых число коренных шеек на одну больше количества шатунных шеек.

Расположение шатунных шеек определяется из условия равномерного распределения воспламенения и уравновешенности деталей.

Коленчатые валы могут быть цельными и составными, т. е. разборными – состоять из отдельных кривошипов, соединяемых в единый узел. Составные валы применяются редко, только в случае использования коренных подшипников качения (рис. 2).

Щеки коленчатого вала со стороны коренных шеек часто имеют продолжение, заканчивающееся противовесами, предназначенными для разгрузки коренных подшипников от действия центробежных сил вращающихся масс, которые обусловлены дисбалансом вала из-за смещения шатунных шеек относительно оси вращения, а также для общего уравновешивания двигателя. Противовесы выполняются заодно с коленчатым валом, но в случае большой их массы (например, в дизелях) они могут изготавливаться отдельно от вала и крепиться к нему болтами, шпильками или штифтами.

На носке коленчатого вала устанавливают шкивы или зубчатые колеса для привода механизма газораспределения, насосов, вентилятора и других механизмов и узлов различных систем двигателя. На хвостовике коленчатого вала устанавливается маховик, уравновешивающий вращающиеся массы двигателя, на котором выполнен зубчатый венец для пуска двигателя. Иногда зубчатые колеса привода газораспределительного механизма устанавливают не на носке, а на хвостовике, где имеются элементы уплотнения – гребень и маслосгонная резьба или накатка.

Коленчатый вал воспринимает значительные осевые усилия, возникающие при работе косозубых распределительных зубчатых колес и при выключении сцепления. Для того чтобы предотвратить перемещение вала от воздействия этих усилий, применяется осевая фиксация, которая обеспечивается упорными буртами вкладышей или упорным подшипником (см. рис. 3). В собранном узле образуется осевой зазор0,05…0,15 мм, обеспечивающий свободное вращение вала.

Для уменьшения трения рабочая поверхность упорных колец покрывается антифрикционным сплавом. От проворачивания упорные кольца фиксируются штифтами.

После изготовления коленчатые валы подвергаются статической и динамической балансировке.

Жесткость и прочность коленчатого вала достигается:

  • увеличением поперечного сечения шеек и щек;
  • максимальным уменьшением массы шатунных шеек;
  • рациональным размещением противовесов;
  • уменьшением концентрации напряжений, создаваемых шатунными шейками.

Концентрацию напряжений уменьшают увеличением радиуса галтелей, наклонным расположением отверстий в шатунной шейке, применением бочкообразной формы полости внутри шатунной шейки.

Высокая износостойкость шеек коленчатого вала достигается ограничением усилий воздействия на подшипники, оптимальным выбором материала антифрикционного слоя, закалкой шеек и галтелей вала токами высокой частоты с последующим отпуском, азотированием шеек и галтелей, а также обеспечением оптимального режима смазывания.

Как и из каких металлов изготавливают коленчатые валы?

Коленчатые валы изготавливаются штамповкой из стали или отливаются из специальных чугунов. Для штампованных валов используют стали45, 45Х, 40ХФА, 42ХМФА, 18Х2Н4ВА.

Коленчатые валы бензиновых двигателей отливают из чугуна. Их производство дешевле, им легко придать необходимую форму, однако нагрузки на изгиб они выдерживают значительно хуже, чем валы из стали, поэтому в дизелях чугунные валы применяют редко.

Маховик

Маховик служит для накопления кинетической энергии во время рабочего хода, уменьшения неравномерности вращения коленчатого вала, сглаживания момента перехода поршня через ВМТ и НМТ, облегчения пуска двигателя и трогании автомобиля с места. Маховик отливают из серого чугуна, располагая основную массу металла на ободе для увеличения момента инерции.

Для осуществления пуска двигателя электростартером на обод маховика напрессовывается зубчатый венец2(см. рис. 4), либо его крепят специальными болтами.

На ободе или торце маховика могут быть нанесены метки для установки поршня первого цилиндра в ВМТ или градусная шкала для установки момента зажигания (в градусах).

Для установки маховика на фланец коленчатого вала в однозначном положении одно из отверстий крепления маховика смещают на небольшой угол (примерно). В противном случае применяются установочные штифты и установочную втулку4.

Зачем в автомобиле нужен коленчатый вал?

ДВС состоит из нескольких узлов и механизмов. Один из самых важных – кривошипно-шатунный. Он включает в себя поршни, шатуны, кольца, а также коленчатый вал. О функциях и устройстве последнего – далее.

Назначение

Для чего нужен коленвал? Данный механизм служит для преобразования движений поршня в энергию кручения. Иными словами, узел передает силу сжатия, что образовалась после такта воспламенения смеси в камере, на маховик, а далее на колеса авто посредством диска сцепления и КПП.

Так как ДВС всех автомобилей четырехтактные, каждый поршень в определенный момент будет находиться в одном из таких положений:

  • Впрыск смеси.
  • Сжатие.
  • Рабочий ход.
  • Выпуск отработанных газов.

После такта сжатия, поршень начинает двигать шейки коленчатого вала. В результате последний проворачивается. Энергия от вращения идет на маховик.

Что такое коленвал? Это деталь КШМ, которая принимает на себя кинетическую энергию и преобразует ее во вращательную. Помимо КПП, энергия поступает на шкив генератора, компрессора кондиционера, гидроусилителя и прочего навесного оборудования. В том числе при вращении коленвала работает водяной насос, циркулируя охлаждающую жидкость в системе. Различие в том, что на трансмиссию энергия передается через заднюю часть вала. А навесное оборудование и ГРМ приводится в действие через переднюю его часть.

Требования

Мы уже знаем, для чего нужен данный узел. Так как он является основной кривошипно-шатунного механизма, к нему предъявляются особые требования. Вал должен выдерживать колоссальные нагрузки во время работы ДВС. Поэтому изготавливается он из высокопрочных сплавов и чугуна с добавлением молибдена и хрома.

Высокие требования предъявляются не только к составу, но и технологии изготовления механизма. На обычных ДВС коленвал изготавливается методом чугунного литья. А вот для форсированных, спортивных авто, вал должен быть кованым. Изготавливаются такие механизмы из особых сплавов. Данный коленчатый вал имеет более меньший вес, что позволяет увеличить мощность ДВС и его КПД. Почему такие валы не изготавливаются повсеместно? Ответ кроется в стоимости изготовления. Технология, по которой выполняются кованые валы, сложная и дорогая. Это значительно увеличит конечную стоимость ДВС и самого автомобиля.

Расположение, особенности конструкции

Коленчатый вал установлен под блоком цилиндров, внутри картера ДВС. При таком расположении механизм находится в масляной ванне (за счет чего обеспечивается смазка, рассмотрим позже). Но есть и исключения. Это оппозитные ДВС автомобилей «Порш» и «Субару». В этих авто цилиндры располагаются горизонтально, а потому коленвал находится между рядами цилиндров, в центре ДВС. Такая конфигурация привлекательна тем, что автомобиль имеет более низкий центр тяжести, а сам ДВС более компактный и хорошо отбалансирован.

Конфигурация колен, их число и расположение зависит от:

  • Порядка работы цилиндров.
  • Количества цилиндров в ДВС.

В устройство коленчатого вала входят:

  • Опорные шейки. Выполняют опорную функцию. Данные шейки располагаются на главной оси вала.
  • Шатунные шейки. Их особенность в том, что они смещены относительно вала. К шатунным шейкам крепятся шатуны. Именно через эти шейки передается толкательное усилие от поршней на коленчатый вал.
  • Щеки. Для чего нужны они? Их функция – соединить шатунные и коренные шейки.
  • Балансиры. Служат для исключения колебаний вала при его вращении.
  • «Носок». Это передняя часть вала, что выступает за картер ДВС. На этом участке крепится шкив, благодаря которому вращается ремень ГРМ и ремни навесных агрегатов.
  • Хвостовик. Это задняя часть вала. На хвостовике закреплен маховик. Именно он передает крутящий момент на коробку передач посредством ведомого диска сцепления.
  • Сальники. Всего их два – передний и задний. Сальники служат для уплотнения соединений и предотвращают течь масла через хвостовик и «носок» вала.
  • Подшипники. Служат для легкого вращения вала. Всего их несколько. Это подшипники хвостовика и «носка» коленвала.

О системе смазки

Так как вкладыши являются подшипниками скольжения, им требуется смазка. Она осуществляется под давлением. К опоре коренного подшипника вала обеспечивается подача смазки от общей магистрали. Масло подается под давлением.

Неисправности

Проблемы, возникающие с данным механизмом, проявляются в виде:

  • Вибраций двигателя.
  • Повышенного расхода топлива.
  • Шума ДВС (характерный стук в полном диапазоне оборотов).
  • Расхода масла.

Основным условием сохранения заложенного производителем ресурса вала является своевременная замена масла и правильный его подбор по типу и вязкости. Среди основных неисправностей стоит выделить:

  • Течь переднего и заднего сальника. Происходит по причине повышенных вибраций и засыхания самого материала. Со временем сальник становится менее упругим и пропускает через себя часть масла. Последнее попадает на внешнюю часть блока цилиндров, картер, КПП.
  • Износ подшипников коленчатого вала в месте «носка» и хвостовика.
  • Механическое повреждение вала. Это может быть трещина, сколы или изгибы механизма. Происходит по причине высокой кратковременной нагрузки и при проворачивании вкладышей. В случае трещин и изгибов вал является неремонтопригодным.
  • Задиры на шейках (вкладышах). Это могут быть повреждения как коренных, так и шатунных вкладышей. Проблема решается путем их замены или шлифовки (зачастую выбирается первый вариант).
  • Деформация посадочного места шкива.

Для замены или ремонта данного узла необходим демонтаж и полная разборка двигателя. Операция сложная, требующая опыта и наличия специальных инструментов. Сборка ДВС должна производиться в строгой последовательности, с соблюдением всех моментов затяжек болтовых соединений.

В случае шлифовки, специалистом стачивается некоторая часть металла с механизма. А чтобы нивелировать зазор, который образовался после шлифования, подбираются вкладыши ремонтного размера. Обычно коленвал может растачиваться до четырех раз. Но условием расточки является абсолютная целостность механизма.

Заключение

Мы рассмотрели, что такое коленвал. Данный механизм является самым нагруженным среди прочих, поэтому к нему предъявляются особые требования при изготовлении. Ремонт вала целесообразен, но не всегда. При существенных дефектах он подлежит замене. Максимальный ресурс механизма может составить 4 пробега до капремонта ДВС, но только при условии своевременной замены масла, фильтров и работы ДВС с должным уровнем смазки.

Понравилась статья? Поделитесь в соц. сетях: