Коленчатый вал – один из наиболее ответственных и дорогостоящих конструктивных элементов двигателя внутреннего сгорания.
Он преобразует возвратно-поступательное движение поршней в крутящий
момент. Коленчатый вал воспринимает периодические переменные нагрузки от
сил давления газов, а также сил инерции движущихся и вращающихся масс.
Коленчатый вал двигателя, как правило, цельный
конструктивный элемент, поэтому правильно его называть деталью. Вал
изготавливается из стали с помощью ковки или чугуна путем литья. На
дизельных и турбированных двигателях устанавливаются более прочные стальные коленчатые валы.
Схема коленчатого вала
Конструктивно коленчатый вал объединяет несколько
коренных и шатунных шеек, соединенных между собой щеками. Коренных шеек,
как правило, на одну больше, а вал с такой компоновкой называется полноопорным.
Коренные шейки имеют больший диаметр, чем шатунные шейки. Продолжением
щеки в противоположном от шатунной шейки направлении является
противовес. Противовесы уравновешивают вес шатунов и поршней, тем самым
обеспечивают плавную работу двигателя.
Шатунная шейка, расположенная между двумя щеками, называется коленом.
Колена располагаются в зависимости от числа, расположения и порядка
работы цилиндров, тактности двигателя. Положение колен должно
обеспечивать уравновешенность двигателя, равномерность воспламенения,
минимальные крутильные колебания и изгибающие моменты.
Шатунная шейка служит опорной поверхностью для
конкретного шатуна. Коленчатый вал V-образного двигателя выполняется с
удлинёнными шатунными шейками, на которых базируется два шатуна левого и
правого рядов цилиндров. На некоторых валах V-образных двигателей
спаренные шатунные шейки сдвинуты относительно друг друга на угол 18°,
что обеспечивает равномерность воспламенения (технология носит название Split-pin).
Наиболее нагруженным в конструкции коленчатого вала
является место перехода от шейки (коренной, шатунной) к щеке. Для
снижения концентрации напряжений переход от шейки к щеке выполняется с
радиусом закругления (галтелью). Галтели в совокупности
увеличивают длину коленчатого вала, для уменьшения длины их выполняют с
углублением в щеку или шейку.
Вращение коленчатого вала в опорах, а шатунов в
шатунных шейках обеспечивается подшипниками скольжения. В качестве
подшипников применяются разъемные тонкостенные вкладыши, которые
изготавливаются из стальной ленты с нанесенным антифрикционным слоем.
Проворачиванию вкладышей вокруг шейки препятствует выступ, которым они
фиксируются в опоре. Для предотвращения осевых перемещений коленчатого
вала используется упорный подшипник скольжения, который устанавливается
на средней или крайней коренной шейке.
Схема системы смазки
Коренные и шатунные шейки включены в систему смазки двигателя.
Они смазываются под давлением. К каждой опоре коренной шейки
обеспечивается индивидуальный подвод масла от общей магистрали. Далее
масло по каналам в щеках подается к шатунным шейкам.
Отбор мощности с коленчатого вала производится с заднего конца (хвостовика), к которому крепится маховик. На переднем конце (носке)
коленчатого вала располагаются посадочные места, на которых крепятся
шестерня (звездочка) привода распределительного вала, шкив привода
вспомогательных агрегатов, а также в ряде конструкций – гаситель крутильных колебаний.
По конструкции это два диска и соединяющий их упругий материал (резина,
силиконовая жидкость, пружина), который поглощает вибрации вала за
счет внутреннего трения.
