Колінчастий вал

Колінчастий вал відноситься до числа найбільш відповідальних, напружених і дороговартісних деталей двигуна. Вартість виготовлення вала часто досягає 25 – 30% вартості виготовлення всього двигуна.

При роботі двигуна вал завантажується силами тиску газів а також силами інерції рухомих повертально-поступальних і обертових деталей, що викликають значне напруження кручення і згинні напруження. Крім того, виникають напруження від крутних коливань. Внаслідок цього колінвал двигуна повинен володіти високою міцністю, жорсткістю і зносостійкістю поверхонь що труться (шийок) при відносно невеликій масі (маса валу складає 7 – 15% маси двигуна).

Колінвали виготовляють переважно із якісних вуглецевих і легованих сталей кованням або штамповкою. Приміняють також литі вали із високоміцного чавуну і сталі.

Розглянемо конструкцію колінвала і деталей КШМ тракторного двигуна. Стальний штампований вал має три корінні і чотири шатунні шийки. Останні розташовані під кутом 120* одна до другої. Щоки валу виготовлені як одне ціле з противагами додатково на передньому кінці валу встановлена противага. В шатунних шийках є порожнини для додаткової відцентрової очистки оливи. Осьові сили сприймаються півкільцями, розташованими в розточці блок-картера і кришці корінного підшипника.

Відносне розташування колін на валу повинно задовільняти вимогам рівномірності ходу і рівновазі двигуна. Найбільш навантажені колінвали дизелів, що пов’язано з високими тисками згоряння, великою швидкістю наростання тиску і значними масами деталей КШМ. Як правило, число корінних опор колінвалів дизелів на одну більше числа шатунних шийок. У менш навантажених (карбюраторних ) двигунах іноді приміняють вали, які мають корінні опори через два коліна, що спрощує будову двигуна і зменшує його довжину.

Рис. 1 Складовий колінвал:

1 і 2 – шийки; 3 – щока

Більша частина валів для врівноваження відцентрових сил забезпечується противагами. Противаги виготовляють як одне ціле зі щоками або від’ємними (рис.1); як правило вони мають форму неповного сектору або сегмента. Від’ємні противаги кріпляться до щоки шпильками, болтами або при допомозі шипового з’єднання з конічним пальцем. Більшість колінвалів являється нероз’ємними, однак у великих крейцкопфних двигунах малої потужності приміняються складові конструкції колінвалу. У першому випадку шийки і щоки виготовляють окремо, а потім шийки запресовуються в отвори щок.

Вали, що складаються з декількох частин, приміняються на двигунах великих розмірів для спрощення їх виготовлення і полегшення монтажних робіт. Окремі частини валу з’єднують фланцями, відкутими на валу.

Гасник крутних коливань (демпфер), або антивібратор, служить для гасіння крутних коливань і частково поглинання енергії, що вноситься при резонансі збуджуючим моментом у систему колінвалу. Переважно його встановлюють на передньому кінці колінвалу, де амплітуда коливань досягає максимальних значень.

На рис. 2 показані різні конструкції гасників крутних коливань і способи установки їх на валу.

Рис. 2.Гасники крутних коливань:

а,б і в – молекулярного тертя;

г і д – фрикційні; е – рідинного тертя;

1 і 13 – інерційні маси; 2 – прокладка;

3 – гумове кільце; 4 – штифт;

5 – фрикційний диск; 6 і 10 – пружини;

7 і 15 – корпуса; 8 і 9 – диски;

11 – фрикційне кільце;

12 – диск втулки; 14 – втулка.

Гасники молекулярного тертя (рис. 2, а – в) являють собою інерційну масу 1, привулканізовану через гумову прокладку 2 або чере гумові кільця 3 до стальної чашки. Посилення демпферуючого ефекту у конструкції, зображеної на рис. 2, досягається додатковою роботою сухого тертя, для чого до маси 1 штифтами 4 прикріплений фрикційний диск 5,що притискається пружиною 6 до корпусу 7. В цих гасниках робота збуджуючого моменту витрачається на пружні деформації гумового прошарку. Гума володіє великим внутрішнім тертям і допускає значні деформації з россіванням великої кількості енергії за рахунок пружного гистерезиса. До недоліків гуми як елементу гасника відноситься нестабільність фізико-механічних властивостей різнихсортів гуми, а також залежність її пружності і здатності поглинати енергію від величини деформації і температури.

Гасники фрикційного типу (сухого тертя) мають вільні інерційні маси (рис. 2,- г , д), що складаються із дисків 8 і 9, що намагаються зберегти рівномірність коливання, по інерції будуть переміщуватись відносно диска 12 втулки, закріпленої на передньому кінці колінвалу. Робота, що поглинається гасником, залежить від моменту інерції дисків і моменту тертя між елементами гасника.

Гасник рідкого тертя (рис. 2,е) складається з вільної інерційноїмаси 13 і опорної бронзової втулки14, встановленої, з невеликим зазором на виступ геометрично закритого корпусу 15. Простір між інерційною масою і стінками корпусу заповнється рідиною “cилікон”, що має високу в’язкість, яка майже не змінюється при нагріванні.

Рис. 3 Маятниковий антивібратор:

1 – кришка; 2 і 4 – втулки; 3 – ступиця;5 – поясок; 6 – великий вантаж; 8 – палець;

Маятниковий антивібратор зображений на рис. 3. Антивібратор складається із наступних деталей:ступиці 3, насадженої на колінвал на шпонці і двох пар тягарів – великих 6 і малих 7. Тягарі утримуються в ступиці, і на втулках 2, запресованих у тягарях. Від переміщення в осьовому напрямку пальці утримуються кришками 1, а тягарі – поясами 5.

Розміри тягарів, пальців і втулок підібрані так, що кожна із пар тягарів настроюється на одну із найбільш сильно виділених частот крутних коливань.

До поперднього параграфа

На початок сторінки

До наступного параграфа