Колінчастий вал - деталь (або вузол деталей у разі складеного валу) складної форми, що має шийки для кріплення шатунів, від яких сприймає зусилля і перетворює їх у момент, що крутить. Складова частина кривошипно-шатунного механізму (КШМ).

Основні елементи колінчастого валу

Кривошип (червоний), маховик (чорний) .

Корінна шийка - опора валу, що лежить в корінному підшипнику, розміщеному в картері двигуна.

Шатунна шийка - опора, за допомогою якої вал зв'язується з шатунами (для мастила шатунних підшипників є масляні канали).

Щоки - пов'язують корінні і шатунні шийки. вихідна частина валу (шкарпетка) - частина валу, на якій кріпиться зубчасте колесо або шків відбору потужності для приводу газорозподільного механізму (ГРМ) і різних допоміжних вузлів, систем та агрегатів. , що з'єднується з маховиком або масивною шестернею відбору основної частини потужності. з блоку дизельного двигуна трактора .

Розмір колінчастих валів.Визначаються як результат розрахунків, причому частина розмірів задається виходячи з обраного компонування. Наприклад, кількість шатунних шийок визначається залежно від кількості циліндрів. У багаторядних двигунах (V, W, X-подібних, зіркоподібних) одна шатунна шийка сприймає навантаження відразу кількох шатунів (або одного центрального, з'єднаного з причіпними). Колінчастий вал сприймає крутний момент, що має змінне значення, а отже, працює на скручування і повинен мати достатній запас міцності по напрузі втоми на зсув. Міцність колінчастого валу залежить від співвісності його опор, зміщення викликає значне зростання з можливістю руйнування по щіках валу руйнуванням через резонанс при проходженні небезпечної зони за кількістю оборотів. Тому такі вали забезпечують демпферами крутильних коливань, розташованими на передньому носінні валу .

Крім втомної міцності, колінвали повинні мати певну площу шийок, що задає контактний тиск підшипників ковзання або кочення. Максимальний контактний тиск і швидкість ковзання для антифрикційних матеріалів може бути трохи підвищено при високій твердості шийок та високоякісному мастилі. Перевищення їх вище допустимих веде до виплавки/розтріскування антифрикційного шару або піттингу роликів (підшипники кочення) його трудомісткість та вартість), довжину ж можна збільшити або за рахунок корінних шийок (що збільшує контактний тиск), або збільшенням відстані між циліндрами (що веде до збільшення габаритів та маси двигуна). В останні десятиліття, у зв'язку з появою нових високоміцних антифрикційних сплавів та високоякісних олій, довжину шийок валів (а разом з ним – і міжциліндрову відстань) конструктори скорочують .

Сталеві колінчасті вали

Колінчасті вали виготовляють із вуглецевих, хромомарганцевих, хромонікельмолібденових та інших сталей, а також зі спеціальних високоміцних чавунів. Найбільше застосування знаходять сталі марок 45, 45Х, 45Г2, 50Г, а важко навантажених колінчастих валів дизелів — 40ХНМА, 18ХНВА та інших. Перевагою сталевих валів є найвища міцність, можливість отримання високої твердості шийок азотуванням, чавунні вали - дешевше .

Колінвали можуть встановлюватися не тільки на підшипниках ковзання, але і на роликових (шатунні та корінні), кулькових (корінні у малопотужних моторах). У цих випадках і точності виготовлення, і до твердості пред'являються більш високі вимоги. Такі вали тому завжди виготовляють сталевими.

Чавунні колінчасті вали

Литі колінчасті вали виготовляють зазвичай з високоміцного чавуну, модифікованого магнієм.

При експлуатації через різні причини можуть спостерігатися такі несправності:

знос валу по корінних або шатунних шийках;
вигин;
руйнування валу

знос посадкових поверхонь під маховик, сальник (сальники), передню шестерню.

Маховик двигуна

Smiley face

Маховик встановлюється на колінвал двигуна та розташовується із зовнішньої частини двигуна. Таким чином, він конструктивно пов'язаний і безпосередньо з ДВС, зі зчепленням та коробкою передач.

Робота поршневих ДВС нерівномірна - у кожному з його циліндрів за два обороти валу відбувається чотири такти, і в кожному такті швидкість руху поршня різна. Для усунення нерівномірності обертання колінвала однакові такти в різних циліндрах рознесені в часі, також до складу КШМ вводиться додатковий вузол - маховик, виконаний у вигляді масивного металевого колеса, зафіксованого на задній частині коленвала.

Маховик вирішує кілька ключових завдань:

Забезпечення рівномірності кутової швидкості колінчастого валу;

Забезпечення виведення поршнів з мертвих точок;

Передача крутного моменту від колінчастого валу на механізм зчеплення і далі на КП;

Передача крутного моменту від шестерні стартера на колінвал при пуску

силового агрегату;

Ця деталь за рахунок значної маси накопичує кінетичну енергію, що отримується під час робочого ходу, і віддає її колінвалу на інших трьох тактах — цим забезпечується як вирівнювання та забезпечення стабільності кутової швидкості колінвалу, так і виведення поршнів з ВМТ і НМТ (за рахунок сил інерції, що виникають) ). Також саме через маховик здійснюється зв'язок двигуна з трансмісією автомобіля і передача моменту, що крутить, від шестерні електростартера на колінвал при пуску мотора.

Найбільш простий пристрій мають суцільні маховики, які знаходять застосування на більшості поршневих ДВС - від малолітражних, до найпотужніших промислових, тепловозних і суднових. Основу конструкції складає чавунний або сталевий диск діаметром 30-40 см і більше, в центрі якого виконано посадкове місце для встановлення на хвостовик колінчастого валу, а на периферії запресовано вінець. Посадкове місце для колінвалу зазвичай виконано у вигляді розширення , в центрі якого є отвір великого діаметра, а по колу розташовується 4-12 або більше отворів для болтів, за допомогою яких маховик фіксується на фланці хвостовика валу. На зовнішній поверхні маховика виконано місце для встановлення зчеплення та відформований кільцевий контактний майданчик для веденого диска зчеплення. На периферії маховика запресовується сталевий зубчастий вінець, за допомогою якого в момент пуску передається момент, що крутить, від шестерні стартера на колінвал.

Smiley face

Двомасовий маховик (він же демпферний, ZMS, DMF, Dual Mass Flywheel) – сучасна розробка, спрямована на максимальне гасіння всіх небажаних коливань колінвала на потужних двигунах з МКПП, полегшення перемикання передач та зменшення шуму двигуна. Він складається з двох дисків, з'єднаних через радіальний та завзятий підшипники ковзання. Один диск є частиною колінвалу, а другий – частиною зчеплення. Між дисками розташований пружинно-демпферний механізм, що гасить коливання і захищає коробку передач від вібраційних навантажень. У двомасових маховиках використовуються пружини двох типів: менш жорсткі поглинають енергію при помірних коливаннях, а жорсткіші задіяні при великих навантаженнях. На відміну від пружин у диску зчеплення, дугові пружини маховика мають велику довжину та енергоємність, що дозволяє фрикційному диску маховика відхилятися (повертатися) в обидві сторони на кут до 100 градусів щодо стану спокою.

Smiley face

Полегшений маховик – ідея з автоспорту. Як відомо з назви, він має меншу вагу в порівнянні зі звичайним маховиком (приблизно на 1,5 кг), а отже, відбирає трохи менше потужності двигуна. Конструкція полегшеного маховика є одним диском з отворами ближче до зовнішнього краю. Дослідження показали, що полегшувати внутрішню частину маховика безглуздо: вирізи ближче до осі обертання не впливають на економію енергії, зате послаблюють усю конструкцію. І навпаки, зменшення ваги та товщини зовнішньої частини мало позначається на міцності, але помітно підвищує віддачу потужності двигуна (на 5% і вище). Такі маховики використовуються у професійному автоспорті та аматорському тюнінгу, коли переробляються практично всі вузли автомобіля.

Smiley face

Можна виділити такі види підшипників колінвала: опорні та завзяті. За типом виконання вони можуть бути кочення або ковзання. Підшипники кочення. У таких підшипниках кульки (або ролики), укладені в сепаратор, пересуваються замкненою траєкторією між зовнішнім і внутрішнім кільцем тіл обертання.

Коренные подшипники - назначение и требования к конструкции.