Состав и структура коленчатого вала

В группу коленчатого вала входят коленчатый вал, противовесы, маховик, элементы привода газораспределительного и других вспомогательных механизмов, узел осевой фиксации и детали маслоуплотняющих устройств.

На коленчатый вал действуют переменные по величине и направлению газовые и инерционные силы и их моменты. Он подвергается деформациям изгиба и кручения. Его шейки работают при больших относительных скоростях и значительных механических и тепловых нагрузках.

Характерными дефектами коленчатого вала являются: усталостные поломки, износы шеек, разрушение подшипников. С учетом указанных условий работы коленчатый вал должен отвечать следующим требованиям: форма коленчатого вала должна обеспечивать равномерное чередование рабочих ходов и уравновешенность двигателя; максимальная жесткость при минимальной массе; высокая усталостная прочность; хорошая износостойкость шеек вала.

Коленчатый вал состоит из кривошипов, ориентированных относительно друг друга в пространстве, носка 5 (рис. 13.1) и хвостовика 1.

Кривошип формируется из двух коренных шеек 4, шатунной шейки 2 и элементов соединяющих их, называемых щеками 3.

Приоритет требований при выборе пространственной схемы расположения кривошипов коленчатого вала, от которого в решающей степени зависят уравновешенность двигателя, равномерность его хода, параметры крутильных колебаний, следующий: равномерное чередование рабочих ходов и рациональный порядок работы двигателя; внешняя уравновешенность двигателя по силам инерции и моментам от них; внутренняя уравновешенность двигателя.

Коленчатые валы могут быть монолитными или составными.

Коленчатые валы современных двигателей в основном изготовляют полноопорными, когда число коренных шеек на единицу больше числа кривошипов. Этим обеспечивается большая жесткость вала.

В ряде V-образных двигателей для обеспечения равномерного чередования рабочих ходов шатунные шейки одноименных цилиндров левого и правого рядов делают со сдвигом друг относительно друга на угол д.

Коренные шейки нагружаются в основном крутящим моментом. На шатунные шейки действуют одновременно переменные крутящие и изгибающие моменты, экстремальные значения которых не совпадают по времени.

Применение в коленчатых валах современных двигателей коренных и шатунных шеек больших диаметров приводят к тому, что их сечения перекрывают друг друга в плане. Это повышает изгибную жесткость коленчатого вала.

Для уменьшения массы вала и подачи масла к подшипникам внутри шеек и щек вала выполняют систему каналов, полостей и отверстий. Наиболее удаленные от оси вала полости могут быть использованы в качестве уловителей механических частиц. В основном в современных двигателях используются подшипники скольжения, а в тяжелых двигателях могут применяться и подшипники качения.

Подвод масла к коренным подшипникам осуществляется от главной масляной магистрали в их малонагруженную зону, а к шатунным подшипникам — по просверленным отверстиям в щеках и по радиальным отверстиям в шатунной шейке.

Щеки вала имеют эллиптическую, прямоугольную или круглую форму. Ее выбирают исходя из максимально рационального использования металла без снижения прочности вала.