Коленчатый вал: устройство, неисправности и правильная установка

Коленчатый вал находится в блоке цилиндров двигателя и позволяет преобразовать возвратно-поступательное движение поршней с шатунами во вращение. Это вращение посредством трансмиссии передаётся на ведущие колёса автомобиля.
Изготавливается коленвал ковкой из высоколегированной стали, либо отливкой из высокопрочного чугуна, с последующим упрочнением и механической обработкой. Поскольку моменты он передаёт не шуточные, то требования к прочности на изгиб и кручение коленчатого вала очень высоки.

Содержание


Как устроен коленвал

Коленчатый вал, это кривошип. Отсюда и название «кривошипно–шатунный механизм». В него входит коленчатый вал вместе с поршнями, их кольцами, пальцами и шатунами. А также маховик с венцом и шкив привода вспомогательных механизмов.
Из названия ясно, что вал не прямой, а имеет такие элементы конструкции, как колена. Называются они шатунными шейками.

  • В рядных моторах, их количество равно количеству цилиндров – каждый поршень с шатуном воздействует на свою шейку.
  • У V-образных и оппозитных двигателей, одна шатунная шейка может быть предназначена для восприятия нагрузки от двух шатунов с поршнями из соседних рядов цилиндров.

Центром вращения коленвала являются коренные шейки. Между коренными и шатунными шейками находятся щёки, на которых выполнены элементы, называемые противовесами. Переход от каждой шейки на щеку выполнен не под прямым углом, а имеет радиус — галтель. Галтель нужна для предотвращения появления усталостных трещин, так как в этом месте вала наибольшая концентрация напряжения металла.

  • Коренные шейки имеют диаметр больший чем шатунные. Шатунные шейки чередуются с коренными и количество последних больше — полноопорный коленвал.
  • Коленчатые валы, у которых нет коренных шеек с обеих сторон шатунных – неполноопорные, в последнее время почти не применяются. Связано это с увеличением требований к жёсткости коленвалов из-за возросшей степени сжатия современных двигателей.

В качестве подшипников в которых вращаются шейки коленчатого вала, используются вкладыши. Вкладыши, это подшипники скольжения. Они изготавливаются из стальной полосы, согнутой по радиусу шейки коленчатого вала и покрытой тонким слоем сплава алюминия, или бронзы, имеющим низкий коэффициент трения. На вкладышах имеются замки, предотвращающие их проворачивание в своих пастелях.

Между шейкой коленвала и поверхностью вкладыша предусмотрен зазор. При работе двигателя в этом зазоре всё время находится масляная плёнка — масляный клин. По сути, коленчатый вал вращается на этом масляном клине, а не на вкладыше.

Для подвода масла в места контакта шеек и вкладышей, в коленчатом вале имеются масляные каналы, соединённые с главной масляной магистралью и масляным насосом.

У мотоциклетных двухтактных моторов, а также промышленных и сельскохозяйственных дизелей с большим рабочим объёмом цилиндров, в качестве подшипников для коленвалов могут применяться:

  • шариковые подшипники качения;
  • роликовые подшипники качения;
  • игольчатые подшипники качения.

Для передачи крутящего момента на трансмиссию, на заднем конце коленчатого вала болтами крепится маховик. За счёт своего большого веса и инерции, он сглаживает толчки от поршней при их рабочем ходе.

В последнее время получают распространение двухмассовые маховики, выполняющие ещё и роль демпфера крутильных колебаний.

В трансмиссиях с механическими коробками передач, маховик является ведущим диском сцепления. В трансмиссиях с автоматическими коробками передач на маховике крепится корпус насосного колеса гидротрансформатора.

На переднем конце коленчатого вала, как правило, на шпоночном соединении, крепятся шестерня – зубчатый шкив привода ГРМ и шкив привода вспомогательных механизмов.

Из-за мировой тенденции моторостроения к уменьшению веса и размеров деталей кривошипно–шатунного механизма, а также увеличению номинальных оборотов и степени сжатия двигателей, появилась проблема возникновения резонансных колебаний, приводящих к поломке коленчатых валов. Для её устранения, в шкивы коленвалов стали встраивать демпферы, гасящие крутильные колебания. Как уже отмечалось, на это же нацелены двухмассовые маховики.

Наверх

Неисправности коленвала

К основным неисправностям коленчатых валов относятся:

  • износ шеек, их сплавление с антифрикционным покрытием вкладышей;
  • трещины в шейках;
  • изгиб коленвала;
  • поломки щёк.

Самой распространённой неисправностью, является износ шеек. Признаком предельного износа шатунных шеек коленчатого вала и их вкладышей, является металлический стук, частота которого вдвое меньше частоты вращения коленвала. После прогрева мотора и под нагрузкой стук усиливается. Если отключить форсунку, или подачу напряжения на свечу зажигания в цилиндре, шатун которого взаимодействует с изношенной шейкой, стук значительно уменьшается, или совсем пропадает.

Глухой металлический стук, равный частоте вращения коленчатого вала, усиливающийся под нагрузкой и после прогрева двигателя, является признаком аварийного износа коренных шеек и их вкладышей. Такой стук может говорить и о деформации коленвала из-за перегрева шеек при разрушении вкладышей.

Пониженное давление в системе смазки, особенно на холостом ходу прогретого мотора, и быстро пропадающий стук после запуска двигателя, тоже являются косвенными признаками износа вкладышей и шеек коленчатого вала. При поломке щеки коленчатого вала рядом с коренной шейкой, также будет слышен металлический стук, кратный оборотам вала.

Трещины на шейках выявляются на снятом с мотора коленвале.

Наверх

Последствия использования неисправного коленвала

Если продолжать эксплуатировать двигатель с явными признаками сильного износа коленчатого вала, то последствиями такой эксплуатации может быть:

  • срыв масляного клина в паре вкладыш-шейка;
  • сухое трение;
  • перегрев и сплавление шейки с алюминиевым покрытием вкладышей и последующим заклиниванием коленвала.

Если всё это происходит на больших оборотах, то проворот вкладышей в своих пастелях, с последующим дорогостоящим ремонтом этих пастелей, или заменой блока цилиндров и шатунов, также весьма вероятны.

Последствиями эксплуатации мотора, коленвал которого имеет трещины, также может быть его поломка и деформация пастелей вкладышей в блоке.

После заклинивания застучавшего двигателя, не нужно пытаться провернуть его коленчатый вал большим воротком, или с буксира. Последствием этого обязательно будет проворот вкладышей, приварившихся к шейкам КВ, в своих пастелях.

Наверх

Как правильно установить коленвал

При самостоятельной «укладке» коленчатого вала в мотор своего автомобиля, нужно помнить простые правила:

  1. между поверхностями шеек коленчатого вала и вкладышей обязательно должен быть зазор для масляного клина. Величину этого зазора устанавливает производитель конкретного мотора. Зазор не должен выходить за эти допуски;
  2. коленвал, его каналы, блок цилиндров, вкладыши и руки сборщика должны быть идеально чистыми;
  3. диаметр шеек коленвала должен соответствовать заводским допускам и размерам вкладышей. Нельзя с шейками номинального размера применять вкладыши ремонтных размеров и наоборот. С коленвалом номинального размера использовать только номинальные вкладыши. Если шейки коленчатого вала прошлифованы под ремонтный размер, то и вкладыши надо использовать соответствующего ремонта.
  4. перед укладкой коленвала в блок цилиндров нужно убедиться в качестве шатунных вкладышей и самих шатунов. Если перед ремонтом, в каком то из шатунов были разрушены, или провёрнуты вкладыши, нужно затянуть крышку шатуна моментом, предписанным изготовителем и проверить внутренний диаметр нижней головки шатуна на соответствие заводским размерам. При несоответствии этим размерам шатун заменить.

Если с шатуном всё в порядке, надо вставить вкладыши в шатуны, смазать их маслом, лучше трансмиссионным, и затянуть положенным моментом. Каждый на своей шатунной шейке. Провернув шатун на несколько оборотов вокруг шейки, снимаем его и проверяем поверхность вкладышей. На них не должно быть никаких следов от контакта с шатунной шейкой. Если есть следы касания, а шатун тяжело проворачивается вокруг шейки, вкладыш придётся заменить.

Нужно помнить, что крышка на заводе растачивалась заодно со своим шатуном, в положении, когда пазы под замки вкладышей находятся с одной стороны. Поэтому путать между собой крышки и шатуны нельзя. При установке крышки на шатун, замки вкладышей должны находиться с одной стороны.

Проверив шатуны и их вкладыши, приступаем к укладке коленчатого вала в блок цилиндров. Требования к пастелям коренных вкладышей в блоке цилиндров такие же, как у шатунов. Кроме того, пастели в блока цилиндров должны быть строго сосны. Несоосностью и износом пастелей особенно подвержены блоки цилиндров из лёгких сплавов.

Если с размерами и соосностью пастелей всё в порядке, вставляем в них вкладыши. Как правило, коренные вкладыши, вставляемые в блок цилиндров, имеют проточку посредине для лучшего подвода масла, а вкладыши в крышках, на которые приходится основная нагрузка при работе двигателя – сплошные. Путать их при сборке нельзя.

Установив в свои пастели упорные кольца, смазываем вкладыши маслом и укладываем в них коленчатый вал. Устанавливаем на свои места крышки коренных подшипников и затягиваем их положенным моментом. Затяжку начинаем от средней крышки к крайним, в шахматном порядке.

Крышки нельзя путать между собой, так как отверстия под коленвал в блоке цилиндров растачивают за один проход, с затянутыми болтами крепления крышек. При этом пазы под замки вкладышей в пастели блока цилиндров и её крышке, находятся с одной стороны. В таком положении их и нужно устанавливать при сборке коленчатого вала с блоком.

После затяжки всех крышек, проворачиваем коленвал на несколько оборотов. Он должен свободно, без заеданий проворачиваться от руки. Замеряем осевой зазор между упорными полукольцами и щекой и снимаем коленвал.

Осматриваем все вкладыши. На них не должно быть следов касания с шейками. Если это так и замеренный осевой зазор упорных полуколец соответствует норме, окончательно укладываем коленчатый вал в блок цилиндров и затягиваем его крышки от центральной к крайним положенным моментом.

Если какие то вкладыши зажимает, а с геометрией коленвала и пастелей блока цилиндров всё в порядке, такие вкладыши придётся заменить.

Вот собственно и всё о коленчатом вале.

Наверх

Вам также может понравиться

Добавить комментарий