Почему проворачивает вкладыши шатунные: Почему проворачивает шатунные вкладыши или вкладыши коленвала
Почему проворачивает шатунные вкладыши или вкладыши коленвала
37632 | 4/24/2018
Вкладыши шатунов или коленвала являются подшипниками скольжения, на которые дополнительно подается моторное масло из системы смазки двигателя. Данное решение позволяет нагруженным деталям свободно и легко перемещаться, при этом достигается такое сопряжение нагруженных элементов, в котором отсутствуют зазоры и люфты. Под такими подшипниками скольжения следует понимать высокопрочный стальной лист особой формы, на который нанесено специальное антифрикционное покрытие.
Проворачивание шатунных вкладышей или вкладышей коленвала является серьезной неисправностью, которую необходимо устранять незамедлительно. Чаще всего водитель узнает о возникшей проблеме благодаря появлению отчетливого характерного шатунного стука или стука коленчатого вала двигателя.
Почему проворачивает вкладыши?
Вкладыши в двигателе установлены в специальные установочные места (постель вкладыша). Установка предполагает особую фиксацию, так как вкладыши имеют в своем теле отверстия, что позволяет подавать на них моторное масло. Указанные отверстия должны четко совпадать с отверстиями, которые высверлены в самих деталях для прохода смазки. Также фиксация вкладыша необходима с учетом того, что во время работы двигателя возникает трение по поверхностям сопряженных элементов.
С учетом вышеприведенной информации становится понятно, что если провернуло шатунный вкладыш, причина может заключаться в следующем:
- недостаточная фиксация вкладыша;
- сильное трение по поверхности вкладыша;
Как известно, трение возникает в результате скольжения двух тел по отношению друг к другу при наличии определенной нагрузки.
Общая величина силы трения будет зависеть от величины нагрузки на трущуюся пару, а также от коэффициента трения. Для того чтобы снизить силу трения при изготовлении деталей применяются специальные антифрикционные материалы, которые имеют низкий коэффициент трения.
Что касается вкладыша, антифрикционный материал наносится на его поверхность. Коленвал по отношению к вкладышам совершает вращательное движение, в месте сопряжения вкладыша и коленчатого вала возникает сила трения, которая стремится провернуть вкладыши по отношению к их установочным местам. Для защиты от проворачивания и смещения вкладыш удерживает специальный усик. Также при установке сами вкладыши вставляются с определенным натягом, величина которого рассчитана конструкторами того или иного ДВС.
Становится понятно, что избыточное трение или недостаточно надежная фиксация (слабый натяг), являются основными причинами, по которым не удается удержать вкладыш на его посадочном месте.
Отметим, что во время изготовления двигателя на заводе недостаточный натяг вкладышей при сборке ДВС встречается крайне редко. Чаще проблемы с коренными или шатунными вкладышами появляются после того, как двигатель ремонтировался. Другими словами, неправильный подбор ремонтных вкладышей и другие дефекты, которые не позволяют добиться необходимого натяга, приводят к проворачиванию. Так как на КШМ воздействуют неравномерные нагрузки, вкладыши с ослабленной посадкой начинают вибрировать, масляная пленка на их поверхности разрушается, вкладыш может «прихватить». В такой ситуации проворачивание неизбежно, так как фиксирующий усик попросту не способен противостоять моменту проворачивания на самом вкладыше.
Как уже было сказано, еще одной причиной проворачивания вкладышей двигателя является превышенный момент трения, то есть нарушаются расчетные условия работы самих подшипников скольжения. Нормальная работа вкладышей предполагает так называемое жидкостное трение, то есть поверхность вкладыша и шейку коленчатого вала разделяет масляная пленка.
Это позволяет избежать прямого контакта нагруженных деталей, обеспечивает необходимую смазку и охлаждение, минимизирует трение.
Вполне очевидно, что если масляная пленка будет иметь недостаточную толщину или прорвется, коэффициент трения начнет увеличиваться. Работа сопряженных деталей, которые испытывают постоянную нагрузку, в подобных условиях будет означать, что проворачивающий момент увеличился. Если проще, чем больше сила трения, тем сильнее возрастают риски проворачивания вкладышей коленвала при таких увеличенных нагрузках.
Рост нагрузок в паре вкладыш-коленвал приводит к уменьшению толщины масляной пленки или к полному разрыву (сухое трение). Параллельно увеличению силы трения происходит усиленное выделение тепла, в области трения возникают локальные перегревы. При повышении нагрева нарушается температурная стабильность масла, толщина масляной пленки еще больше снижается, вкладыш может прихватывать к поверхности шейки коленчатого вала.
Также следует добавить, что толщина масляной пленки между сопряженными деталями напрямую зависит от того, с какой скоростью указанные детали перемещаются относительно друг друга (гидродинамическое трение). Чем быстрее детали двигаются, тем интенсивнее масло попадает в зазор, который присутствует между трущимися элементами. Получается, создается более толстый масляный клин-пленка по сравнению с такой же пленкой на меньшей скорости движения сопряженных деталей. При этом необходимо учитывать тот факт, что увеличение скорости движения деталей увеличивает и силу трения, а также растет нагрев от такого трения. Это значит, что температура моторного масла начинает повышаться, смазка разжижается, толщина пленки становится меньше.
Еще на силу трения оказывает влияние то, с какой точностью изготовлены поверхности сопряженных деталей, от степени шероховатости указанных поверхностей и т.д. Если, например, поверхность вкладыша или шейки окажется неровной, тогда возникнут зоны, в которых возникнет практически сухое трение или детали будут контактировать в условиях недостаточной толщины масляной пленки.
По указанным причинам после сборки нового ДВС или капитального ремонта двигателя силовой агрегат должен пройти процесс обкатки, который предполагает умеренные нагрузки и частую смену моторного масла. Дело в том, что нагруженные пары должны приработаться друг к другу, так как притирка постепенно нивелирует возможные имеющиеся микродефекты, которые оказывают влияние на эффективность образования и последующую стабильность образованной масляной пленки.
Добавим, что определенное влияние оказывает и вязкость масла в двигателе. Более вязкие масла вызывают увеличенный момент трения в нагруженных парах. Параллельно с этим толщина пленки вязкого масла также больше в месте сопряжения деталей. Однако это не значит, что нагруженные детали будут защищены от повышенного или сухого трения. Дело в том, что вязкая смазка может просто не доходить до места трения в необходимом количестве, что приводит, в свою очередь, к уменьшению толщины пленки или даже ее разрыву.
По указанной причине не так просто дать ответ, какое масло лучше применительно к вкладышам и их проворачиванию с учетом только одного показателя вязкости. Не следует забывать о том, что важнейшей характеристикой является также смазывающая способность масла, то есть свойство смазки сцепляться с металлическими поверхностями. Следует учитывать и стабильность пленки того или иного масла в условиях различных нагрузок и температур.
Последствия проворота вкладышей
Начнем с того, что проворачивание шатунных вкладышей двигателя при своевременном определении поломки является менее серьезной проблемой по сравнению с проворачиванием коренных вкладышей коленвала. Если же проблему выявили поздно, тогда последствия для ДВС могут быть разными. Бывает так, что после проворачивания шатунного вкладыша двигателю может понадобиться дорогостоящий капитальный ремонт.
Распространена и такая ситуация, когда провернутый шатунный вкладыш попросту меняют на новый и двигатель работает дальше.
Отметим, что делать так не рекомендуется по причине того, что ресурс отремонтированной таким образом сопряженной пары шатун-шейка коленвала может быть сильно сокращен (на 60-70%). Более приемлемым вариантом принято считать подход, когда меняется шатун, в котором провернуло вкладыш. Также шатун часто подлежит замене и по причине того, что в результате проворачивания вкладыша ломается замок шатуна. Оптимальным же способом ремонта принято считать расточку коленвала и замену вкладышей/шатунов.
Шлифовка коленвала после проворачивания вкладыша обычно является необходимой операцией, так как на шейке появляются задиры. После разборки двигателя коленчатый вал необходимо промерять, после чего осуществляется его расточка с учетом последующей установки новых вкладышей ремонтного размера. Только так удается добиться необходимого состояния поверхностей и правильного натяга вкладыша после установки.
Что в итоге
С учетом приведенной выше информации можно сделать вывод о том, что появление стука в двигателе является поводом для немедленного прекращения эксплуатации ТС.
Также следует учитывать, что на состояние вкладышей сильно влияет и температурный режим работы силового агрегата. Другими словами, перегрев двигателя может привести к проворачиванию шатунных или коренных вкладышей, заклиниванию мотора и т.д. В таком случае двигатель может полностью прийти в негодность, так как разбивается постель коленвала, выходит из строя сам коленчатый вал, блок цилиндров и т.д.
Что касается моторного масла, необходимо использовать только те ГСМ, которые соответствуют всем требованиям и необходимым допускам завода-изготовителя силового агрегата. Также масло и масляный фильтр необходимо своевременно менять, не допускать попадания грязи и механических частиц в смазку. Повышенного внимания заслуживает и сама система смазки, так как снижение производительности или неисправности могут привести к масляному голоданию, в результате чего существенно повышается риск проворачивания вкладышей.
Напоследок добавим, что бензиновый двигатель нуждается в прогреве после холодного запуска, затем ездить необходимо без нагрузок до момента выхода силовой установки на рабочие температуры.
В случае с дизелем мотор прогревается в движении, до полного прогрева не рекомендуется резко нагружать агрегат. Также следует помнить, что как новый двигатель, так и мотор после ремонта нуждается в обкатке, так как нагруженные пары и сопряженные элементы нуждаются в притирке.
Выясняем причину проворачивания шатунных вкладышей
Часто можно услышать в диалогах водителей и механиков – как новичков, так и бывалых – интересные фразы: «Стучит движок!» или «Крутануло вкладыш!» Ну и, разумеется, все понимают, что разговор зашёл об аварийной ситуации в двигателе внутреннего сгорания, а точнее о том, что из строя вышли коренные или шатунные подшипники скольжения коленвала. Это очень серьёзное происшествие, которое случается с двигателем достаточно часто, и винят обычно во всём этом некачественное моторное масло. Мол, куплено было масло непроверенного производителя, поэтому и произошла такая неприятность. Но по правде говоря, существует множество причин, не связанных напрямую с моторным маслом, по которым выходят из строя подшипники коленчатого вала.
- Что такое шатунные вкладыши коленвала?
- Причины проворачивания шатунных вкладышей коленвала
- Как поставить вкладыши на коленвал – порядок действий
В доказательство тому существуют примеры, когда подшипники выходят из строя не только из-за качества заливаемого моторного масла. И с маслом от любых, даже не самых «топовых» производителей автомобильные подшипники коленчатого вала проходили не один миллион километров пробега. Далее в данной статье мы разберём, почему проворачивает шатунные вкладыши коленвала, и какие факторы служат первопричиной для этого?
Что такое шатунные вкладыши коленвала?
Как уже стало понятно из предисловия, шатунные вкладыши коленвала – это подшипники скольжения шатунов коленчатого вала, которые придают ему вращательные движения. Вращение возникает в результате микровзрывов в камерах сгорания цилиндров ДВС. Данная автомобильная система постоянно работает в условиях высоких скоростей и предельных нагрузок.
Поэтому возникает острая необходимость минимизирования трения деталей, ведь в противном случае может произойти мгновенный выход двигателя из строя. Для наиболее полного снижения силы трения между деталями двигателя внутреннего сгорания, они покрываются особой маслянистой тонкой плёнкой.
Обеспечивается она благодаря системе автомобильной смазки двигателя. Плёнка появляется только в том случае, когда масло находится под достаточно сильным давлением. Вкладыши коленчатого вала и его шейка также разделены такой микроскопической масляной прослойкой. Именно благодаря такой защите сила трения сводится к минимуму настолько, настолько это возможно. Из этого можно сделать вывод, что шатунные вкладыши коленвала – это определённые защитные элементы, которые увеличивают эксплуатационный срок важнейшей части мотора автомобиля.
Давайте сначала упомянем то, что их существует две категории: коренные и шатунные. Вкладыши шатунного типа располагаются между шатунами и шейками коленчатого вала.
Коренные схожи с первыми в своём эксплуатационном предназначении, но расположены на коленчатом валу в том месте, где он проходит через корпус двигателя внутреннего сгорания.
Вкладыши коленвала имеют различный внутренний диаметр. Это зависит от типа двигателей, для которых они производятся. Ремонтные вкладыши коленвала различаются между собой и, конечно же, отличаются от новых, которые установлены на автомобиль, только сошедший с конвейера. Различаются между собой ремонтные вкладыши коленвала лишь отметкой, кратной 0,25 мм. То есть их размерный ряд по внутреннему диаметру выглядит примерно следующим образом: 0,25; 0,5; 0,75; 1 мм и т.д.
Причины проворачивания шатунных вкладышей коленвала
Как уже было сказано выше, коленчатый вал работает в экстремальных температурных условиях и подвергается большим физическим нагрузкам. А для того, чтобы он удерживался на своей оси, обеспечивая корректную работу шатунного механизма, предусмотрены вкладыши коленвала.
Шейки коленчатого вала функционируют наподобие внутренних обойм, а вкладыши, следовательно, – наружных. В блоке двигателя внутреннего сгорания предусмотрена сложная система подачи моторного масла на вкладыши под высоким давлением, которое и обволакивает вкладыши коленвала, позволяя ему вращаться.
Почему же приходится заменять коленвальные вкладыши? Первой причиной, по которой следует производить замену как коренных, так и шатунных вкладышей, является их полный механический износ. Как бы Вы ни пытались их уберечь, физика берёт своё, и это неизбежно. Поверхности вкладышей стираются по прошествии времени, что приводит к более свободному ходу коленчатого вала, в результате чего давление масла значительно снижается, а его подача уменьшается. Как следствие, возникают поломки, связанные с трением деталей двигателя внутреннего сгорания друг о друга.
Следующим фактором, обязующим проводить ремонт двигателя, является проворачивание шатунных вкладышей коленчатого вала. О подобных ситуациях, пожалуй, наслышаны многие автомобилисты, но вот каковы причины проворачивания шатунных вкладышей коленвала, знают, увы, немногие. Но давайте всё же разберёмся, почему это происходит? Тонкая пластина шатунного вкладыша укладывается в импровизированное «ложе». Наружные стенки полуколец имеют специальные выступы, которые ещё в неразработанном двигателе упираются во фронтальные части блока. В определённые моменты эти выступы попросту не могут удержать вкладыш, который и проворачивается, а далее слипается с шейкой коленвала. В таком случае двигатель внутреннего сгорания попросту глохнет и прекращает свою работу. Основные причины, по которым это происходит, следующие:
– слишком густая смазка, в которую дополнительно попали абразивные соединения;
– полная выработка смазки;
– крышки подшипников недостаточно натянуты;
– смазка слишком жидкой консистенции в двигателе, который постоянно работает на пределе своих возможностей.
Как поставить вкладыши на коленвал – порядок действий
Зачастую, автомобилисты доверяют такую операцию как замена вкладышей коленвала специалистам на СТО. Но если Вы уверены в своих силах и наличии необходимых навыков в ремонте автомобиля, тогда вполне справитесь с поставленной перед Вами задачей. Самое главное – это следовать определённому плану действий в правильной последовательности, приведённой ниже.
1. Основополагающее и наиболее важное – это проверить зазор между вкладышем и самим коленчатым валом. Воспользуйтесь калиброванной пластмассовой проволокой, которая располагается на нужной Вам шейке. Затем установите вкладыш и затяните крышку динамометрическим ключом с усилием в 51 Н•м. Снимите крышку и измеряйте величину зазора, которая и будет равной степени сплющивания проволоки. Чтобы определить, насколько зазор отклонился от нормы, воспользуйтесь номинальным зазором, который указан в инструкции к каждому автомобилю той или иной марки и модели. Если же проволока указывает на то, что зазор явно превышает необходимый, необходимо установить ремонтные вкладыши на коленвал.
2. После точной проверки всех зазоров, снимите все шатуны с шеек и демонтируйте коленчатый вал с целью последующей расточки. Шлифовку коленвала следует проводить на специальном станке (хотя его наличием не каждый может похвастаться). Эту процедуру лучше сделать у человека знающего. После удачной расточки коленвала можно приступать к подбору подходящих ремонтных вкладышей. Здесь Вам понадобится микрометр и последующая примерка вкладышей коленчатого вала.
3. Когда вкладыши подобраны и приобретены, проведите монтаж коленвала в точно обратном прядке. Когда все элементы установлены на свои места, закрутите крышки подшипников.
4. Далее уже решайте, как поставить вкладыши на коленвал, а также шатуны на свои позиции. Смажьте вкладыши моторным маслом и закрутите их крышками. Как видно из описания процедуры, установка новых элементов займёт не так уж и много времени, подготовительные работы и приготовления будут проходить гораздо дольше. Помните одно, что коленчатый вал – это одна из самых дорогостоящих автомобильных деталей. Он испытывает чрезмерные нагрузки, экстремальные температуры и запредельные скорости, поэтому принимайте все возможные меры для продления его функционального периода.
Важно знать! Двигатель внутреннего сгорания – чрезвычайно сложный и достаточно специфичный агрегат. Много кто может разбирать его и собирать обратно, словно автомат в армии, но замена вкладышей коленчатого вала требует специальных навыков, которыми обладают немногие. Поэтому, насколько бы это ни было материально затратным, лучше всего доверьте эту работу опытному специалисту в сфере ремонта автомобильных двигателей.
Как работает коленчатый вал – Все подробности
При сгорании топлива поршень направляется прямо вниз по цилиндру, задача коленчатого вала – преобразовать это прямолинейное движение во вращение – в основном, качаясь и толкая поршень обратно вверх по цилиндру.
Терминология коленчатого вала довольно специализированная, поэтому начнем с наименования нескольких деталей. А журнал часть вала, которая вращается внутри подшипника. Как видно выше, на коленчатом валу есть два типа шейки – шейки коренных подшипников образуют ось вращения коленчатого вала, а Шатунные шейки закреплены на концах шатунов, которые подходят к поршням.
Для большей путаницы шатунные шейки сокращенно обозначаются шатунными шейками и также обычно называются шатунные шейки , или журналы с большим концом . Шатунные шейки соединены с коренными шейками полотна .
Расстояние между центром коренной шейки и центром шейки коленчатого вала называется радиус кривошипа , также называемый рукоятка . Это измерение определяет диапазон хода поршня при вращении коленчатого вала — это расстояние от верха до низа известно как ход . Ход поршня будет в два раза больше радиуса кривошипа.
Задний конец коленчатого вала выходит за пределы картера и заканчивается Фланец маховика . Этот прецизионно обработанный фланец крепится болтами к маховик , чья большая масса помогает сгладить пульсацию поршней, срабатывающих в разное время. Через маховик вращение пробивается, через трансмиссию и бортовую передачу к колесам. В автомате коленчатый вал крепится болтами. зубчатый венец , который несет гидротрансформатор, передавая привод в автоматическую коробку передач. По сути, это выходная мощность двигателя, и мощность передается туда, где она необходима: к гребным винтам лодок и самолетов, индукционным катушкам генераторов и к опорным колесам транспортных средств.
Передний конец коленчатого вала, иногда называемый носовой частью, представляет собой вал, выходящий за пределы картера. Этот вал будет соединен с зубчатой шестерней, которая приводит в движение клапанный механизм через зубчатый ремень или цепь [или, в высокотехнологичных приложениях, с зубчатыми передачами], и со шкивом, который передает мощность через приводной ремень на аксессуары, такие как генератор переменного тока и водяной насос. .
Детали коленчатого вала
Основные журналы
шейки коренных подшипников , или просто коренные шейки зажаты в блоке двигателя и вокруг этих шеек двигатель вращается. Все шейки коленчатого вала будут идеально гладкими и круглыми и часто закалены. Коренные шейки закреплены в седлах, в которых сменный вкладыш подшипника будет сидеть. Подшипник мягче шейки, его можно заменять по мере износа, он предназначен для поглощения небольшого количества загрязняющих веществ, если таковые имеются, чтобы не повредить коленчатый вал. А крышка коренного подшипника затем прикручивается к цапфе и затягивается с точным крутящим моментом.
[Схема коренных шеек с подшипниками и отверстиями]
Шейки работают на масляной пленке, которая нагнетается в пространство между шейкой и подшипником через отверстие в седле коленчатого вала и соответствующее отверстие во вкладыше подшипника. При правильном давлении масла и подаче масла шейка и подшипник не должны соприкасаться.
Шатунные шейки
Шатунные шейки смещены от оси вращения и прикреплены к большие концы шатунов поршней. Как ни странно, их также обычно называют шатунные шейки или шатунные шейки . Подача масла под давлением осуществляется через наклонный масляный канал, просверленный из главной шейки.
В некоторых шатунах просверлены масляные каналы, позволяющие распылять масло на стенку цилиндра. В этом случае подшипники скольжения шатуна будут иметь канавку для подачи масла в шатун.
Смазка коленчатого вала
Контакт металла с металлом является врагом эффективного двигателя, поэтому коренные шейки и шатунные шейки движутся по масляной пленке, которая остается на поверхности подшипника.
Подача масла в подшипник коренной шейки проста: масляные каналы от блока цилиндров ведут к каждой опоре коленчатого вала, а соответствующее отверстие в вкладыше подшипника позволяет этому маслу достигать шейки.
Подшипники скольжения шатуна требуют такой же смазки, но они вращаются вокруг коленчатого вала со смещением. Для подачи масла к этим подшипникам внутри коленчатого вала проходят масляные каналы – через коренную шейку, по диагонали через перемычку и наружу через отверстия в шатунных шейках. Канавка в коренном шатунном подшипнике позволяет маслу постоянно нагнетаться по каналу к шатунным шейкам, чему способствует отбрасывание наружу под действием центробежной силы вращающегося коленчатого вала.
Зазоры между шейками и подшипниками являются основным источником давления масла в двигателе. Если зазоры слишком большие, то масло вытекает свободно, и давление не поддерживается. Слишком малые зазоры приведут к высокому давлению масла и риску контакта металла с металлом. Поэтому важно, чтобы зазор между подшипниками и шейками измерялся при восстановлении двигателя.
Противовесы
Коленчатый вал подвергается сильным вращательным усилиям, а масса шатуна и поршня, движущиеся вверх и вниз, создают значительную силу. Противовесы отлиты как часть коленчатого вала, чтобы уравновесить эти силы. Эти противовесы обеспечивают более плавную работу двигателя и более высокие обороты.
Коленчатый вал будет отбалансирован на заводе. В этом процессе маховик крепится, и вся сборка вращается на машине, которая измеряет, где она разбалансирована. Балансировочные отверстия просверлены в противовесах для уменьшения веса. Если необходимо добавить вес, просверливается отверстие, а затем заполняется тяжелым металлом или меллори. Это повторяется до тех пор, пока коленчатый вал не будет отбалансирован.
Упорные шайбы коленчатого вала
В какой-то момент по его длине будут установлены две или более упорных шайб, чтобы предотвратить продольное перемещение коленчатого вала. На изображенном коленчатом валу с обеих сторон центральной шейки установлены упорные шайбы. Эти упорные шайбы располагаются между обработанными поверхностями в перемычке и седлом коленчатого вала, сохраняя указанный небольшой зазор и сводя к минимуму боковое перемещение, доступное коленчатому валу. Расстояние, на которое коленчатый вал может перемещаться из конца в конец, называется его осевым люфтом, и допустимый диапазон будет указан в руководствах по обслуживанию.
В некоторых двигателях эти упорные шайбы являются частью коренных подшипников, в других, как правило, более старых типов, используются отдельные шайбы.
Основные сальники
Оба конца коленчатого вала выходят за пределы картера, поэтому необходимо предусмотреть какой-либо метод предотвращения утечки масла через эти отверстия. Это работа двух основных сальников, одного спереди и одного сзади.
задний главный сальник устанавливается между задней коренной шейкой и маховиком. Обычно это манжетное уплотнение из синтетического каучука. Уплотнение запрессовано в углубление между блоком двигателя и масляным поддоном. Уплотнение имеет фигурную кромку, которая плотно прилегает к коленчатому валу с помощью пружины, называемой стягивающей пружиной.
Вышедший из строя сальник представляет собой серьезную проблему, поскольку он примыкает к коренным шейкам, которые получают и нуждаются в хорошей подаче масла под давлением. В сочетании с пробуксовкой коленчатого вала это приводит к быстрой потере моторного масла через любое нарушение сальника.
Сальник передний похож на задний, хотя его выход из строя менее катастрофичен и доступ к нему легче. Передний сальник будет за шкивами и зубчатым колесом.
Сальник сам по себе является дешевой деталью, но доступ к нему требует больших усилий по снятию коробки передач, сцепления, маховика и, возможно, коленчатого вала. Поэтому рекомендуется заменять сальники каждый раз, когда двигатель разобран и детали доступны.
Компоновки коленчатого вала
Основной коленчатый вал, показанный выше, взят от рядного 4-цилиндрового двигателя. Другие конструкции коленчатого вала будут зависеть от компоновки двигателя. Более подробно эта тема раскрыта в статье о компоновке двигателя. Но следует отметить, что в V-образных и W-образных двигателях два шатуна могут иметь одну шатунную шейку. Некоторые типичные компоновки коленчатого вала показаны ниже.
коленчатый вал V6
Коленчатый вал V6 несколько специфичен, потому что он требует разделения шатунных шеек для поддержания равномерного интервала зажигания. Это требует разделения или расширения шатунных шеек, что известно как шплинт или раздельный журнал дизайн.
Неисправности
Коленчатый вал, будучи очень прочным, является надежным компонентом, и отказы коленчатого вала случаются редко, если только двигатель не работает в экстремальных условиях.
Изношенные журналы
Без достаточного давления масла шейки коленчатого вала будут соприкасаться с поверхностями подшипников, постепенно увеличивая зазор и ухудшая давление масла. В крайних случаях это может привести к разрушению подшипников и серьезному повреждению двигателя. Если цапфы изношены до предельного срока службы или перестали быть идеально круглыми, их необходимо отшлифовать, как описано ниже.
Усталость
Постоянные нагрузки на коленчатый вал могут привести к усталостным изломам, обычно возникающим на галтели, где шейки соединяются со стенкой. Гладкий радиус этого скругления имеет решающее значение, чтобы избежать слабых мест, ведущих к усталостным трещинам. Коленчатый вал можно осмотреть на наличие трещин с помощью магнитофлюсовая .
Модификации и обновления
Шлифовка коленчатого вала
Журналы изнашиваются со временем. Они могут иметь шероховатую поверхность, стать некруглыми или сужающимися. В этих случаях их поверхность можно восстановить в процессе, называемом шлифованием коленчатого вала. Когда коленчатый вал шлифуется, его шейки уменьшаются в диаметре, поэтому необходимо будет установить более крупные и толстые подшипники.
Коленчатые валы
Объем цилиндра можно увеличить за счет увеличения хода поршня. Ход двигателя определяется радиусом кривошипа, являющимся расстоянием шатунных шеек от коренных шеек. Коленчатый вал с большим радиусом кривошипа будет производить более длинный ход и больший объем цилиндра – это известно как коленчатый вал с ударником. Более короткие шатуны потребуются при установке шатунов. В противном случае поршни могут перемещаться в цилиндре слишком высоко, вызывая неприемлемо более высокое сжатие или удары о крышу цилиндра.
Коленчатые валы Stroker для часто модифицируемых двигателей продаются в комплекте с более короткими шатунами и поршнями. Строкерный комплект для 1,8-литрового двигателя Mazda MX5 Miata может преобразовать его в 2-литровый двигатель по цене около 5500 долларов.
Офсетное шлифование
Альтернативой установке коленчатого вала с подвижным механизмом является шлифовка шатунных шеек до меньшего размера со смещением, что приводит к смещению центра шейки от осевой линии коленчатого вала. Это показано выше.
Видно, что за счет перемещения центра шатунной шейки радиус кривошипа увеличился, что привело к увеличению хода. Это специальная обработка, и увеличение хода, которое может быть достигнуто, будет зависеть от толщины шеек.
Как изготавливается коленчатый вал
В большинстве промышленных двигателей используется чугунный коленчатый вал, который изготавливается путем заливки расплавленного чугуна в форму. Кованые коленчатые валы используются в некоторых высокопроизводительных двигателях. Кованый коленчатый вал изготавливается путем нагревания стального блока до красна, а затем с использованием чрезвычайно высокого давления для придания ему формы.
После ковки или литья коленчатого вала его шейки и опорные поверхности идеально гладкие. Пробуриваются нефтяные каналы или масляные каналы. Серийные двигатели, как правило, оставляют перемычки с их первоначальной черновой отделкой отливки, но двигатели с высокими характеристиками подвергают механической обработке каждую часть коленчатого вала, чтобы уменьшить масляное сопротивление.
Шейки должны быть тверже, чем их подшипники, чтобы обеспечить износ сменных подшипников, а не коленчатого вала, который должен сохраняться в течение всего срока службы двигателя. Производственный процесс будет включать закалку этих областей посредством азотирования или термической обработки.
Чрезвычайно высокопроизводительные коленчатые валы, изготовленные по индивидуальному заказу, изготавливаются из блока твердого материала, в результате чего получается цельный коленчатый вал. Изготовление коленчатого вала в единственном экземпляре с помощью этого процесса будет стоить как минимум около 3000 долларов, поэтому он зарезервирован для гоночных соревнований и ситуаций восстановления.
Шатуны и подшипники — Журнал для производителей двигателей
Выбор шатунов и шатунных подшипников для двигателя становится намного сложнее, когда вы модифицируете двигатель по стандартным спецификациям. OEM-производители тратят много времени и денег на разработку компонентов, которые входят в серийный двигатель, и стоимость обычно является фактором, влияющим на то, какие компоненты используются.
Подшипники шатуна также играют ключевую роль, и эксперты говорят, что все зависит от нагрузки и от того, как долго вы должны нести нагрузку, что помогает определить тип подшипников, которые вы должны использовать для каждого приложения, будь то производительность, дизель или сток.
Будучи частью вращающегося узла, шатуны и подшипники являются важной частью «характера», который вы придаете своему двигателю. Ремонтируете ли вы шатуны или устанавливаете новые, должным образом подготовленные и сбалансированные шатуны, а также подшипники, изготовленные из правильных материалов, это во многом продлит срок службы вашего двигателя и удовлетворит ваших клиентов вашей работой.
Шатуны
Без сомнения, существует множество шатунов на выбор, поэтому вы должны иметь четкое представление о том, чего хочет ваш клиент, прежде чем начать заказывать детали. Штатные шатуны достаточно хороши, чтобы выдерживать небольшое увеличение мощности в умеренных уличных условиях. Сборка двигателя мощностью более 400-450 л.с. или такого, который будет вращаться выше 6000 об/мин с использованием стандартных литых шатунов, сопряжена с трудностями. Если вы стремитесь к большой мощности, хорошей идеей будет обновить шатуны до более прочного материала, который может выдерживать более высокие нагрузки и давления модифицированного двигателя.
Двигатели, которые производят большую мощность, ударяют по шатунам, в то время как двигатели, которые вращаются до более высоких оборотов, раздвигают шатуны. Шатуны обычно не гнутся и не ломаются при сжатии, но разрываются на высоких оборотах и имеют тенденцию ломаться во время такта выпуска. Из-за этого рабочие стержни усилены для повышения прочности на сжатие и жесткости для более высоких нагрузок, а более высокая прочность на растяжение модернизированных стержней помогает предотвратить их разрушение на высоких оборотах.
В спринте или дрэг-рейсинге обычно предпочтительнее более легкий шатун для более быстрого ускорения. В этих типах двигателей часто используется алюминиевый стержень из-за его легкого веса, но может возникнуть проблема с прочностью. Чем легче стержни, тем быстрее ускорение, но алюминий может растягиваться со временем и требует ремонта или замены чаще, чем стальные стержни.
Надлежащий момент затяжки болтов шатуна имеет жизненно важное значение для срока службы шатуна. Крепление с стержневым болтом, без сомнения, является крепежным элементом, подвергающимся наибольшей нагрузке в двигателе. Отверстие под большую головку шатуна является нагруженным отверстием почти так же, как цилиндры на блоке. Эксперты говорят, что важно правильно затянуть, желательно с помощью манометра, чтобы обеспечить правильный размер большого конца стержня. Неправильный крутящий момент, скорее всего, приведет к выходу из строя штока на дороге или на трассе.
Эксперты также рекомендуют следить за чрезмерно обесцвеченными шатунами. Когда масляная пленка между шатунной шейкой и шатунным подшипником разрушается, выделяется достаточно тепла, чтобы вращать подшипники и, возможно, повредить термообработку шатуна. Существует много споров о том, почему это происходит, но когда видно изменение цвета (даже очень небольшое), стержень был нагрет достаточно, чтобы нарушить или разрушить термообработку стали. Это может иметь непредсказуемые последствия для прочности стержня. Использование этих удилищ снова, как только это произошло, является большим риском. Лучше всего заменить стержень, если вы не уверены.
Существует четыре основных типа шатунов, которые используют большинство производителей двигателей: литые, кованые, цельные и из порошкового металла, двух основных типов: двутавровые и двутавровые. У каждого типа удилища есть назначение и ограничения. Разумные траты здесь могут сэкономить вашему клиенту много денег, но если шатуны не справятся с этой задачей, это, вероятно, приведет к тому, что вы снова увидите двигатель в ближайшем будущем.
Литые
OEM-производители часто выбирают литые шатуны, потому что они недороги в производстве и довольно хорошо выдерживают нагрузки стандартного двигателя. Один из способов отличить эти стержни – это наличие заметного шва на линии разъема посередине стержня, где он был залит в форму. Эти шатуны не следует использовать в приложениях с высокой мощностью, но они могут выдерживать небольшое увеличение примерно до 450 л.с. и 6000 об/мин. Некоторые гоночные классы требуют, чтобы эти компоненты оставались на складе, чтобы помочь контролировать затраты и скорость.
Кованые
Кованые шатуны изготавливаются с помощью процесса, при котором волокна материала придают форму шатуна для увеличения усталостной долговечности. Некоторые производители шатунов куют крышку отдельно, так что зерно проходит перпендикулярно силам нагрузки, что еще больше укрепляет шатун. Многие шатуны вторичного рынка изготавливаются из стали 4340, которая имеет определенный диапазон характеристик, что позволяет производителям выбирать немного разные материалы для достижения желаемых результатов. Некоторые шатуны изготовлены из никеля и хрома в большем количестве, что, по словам экспертов, увеличивает прочность и усталостную долговечность, не делая шатун хрупким.
Заготовка
Заготовка шатунов, как правило, является самой прочной шатуной и в основном используется в высококлассных гоночных конструкциях. Они изготавливаются из цельного куска стали или алюминия и бывают разных стилей и материалов. Обычно они обрабатываются на станке с ЧПУ и прочнее, легче и долговечнее, чем другие типы стержней. Некоторые стержни для заготовок имеют специальные конструктивные особенности, которые уменьшают концентраторы напряжения и облегчают естественное зерно материала заготовки. Некоторые стержни также включают в себя высокопрочные болты стержня для надлежащей зажимной нагрузки, а также полированные бронзовые втулки, отточенные до точного зазора штифта.
Порошковый металл
Стержни из порошкового металла сегодня используются многими производителями оборудования, поскольку их производство дешевле, чем стальных стержней, и они прочнее. Стержни ПМ начинаются как порошкообразная смесь металла, которая прессуется в форму и нагревается до высокой температуры, при которой металл плавится в твердую массу (т. е. спекание). Готовый стержень намного ближе к готовому изделию, и поэтому для окончательной обработки стержня требуется очень небольшая обработка. Стержни PM имеют треснутые крышки, что оставляет уникальную поверхность сопряжения, что экономит время и дополнительную механическую обработку. Для некоторых областей применения также доступны стержни PM на вторичном рынке. Штанги PM могут быть хорошей модернизацией по сравнению со стандартными литыми шатунами и могут выдерживать более высокие нагрузки, но для больших мощностей или приложений с высокими оборотами обычно лучшим выбором является высококачественная сталь, алюминий или другие экзотические материалы.
Двутавровая балка
Двутавровые шатуны являются наиболее распространенным типом шатунов и используются для большинства стандартных применений, а также для повышения производительности. Эти стержни имеют большую плоскую площадку, расположенную перпендикулярно (90 градусов) к боковым балкам. Боковые балки штока параллельны отверстиям на концах для поршневого пальца и шатунной шейки и обеспечивают хорошее сочетание малого веса и прочности на растяжение и сжатие. Стержни двутавровой балки могут хорошо выдерживать силы растяжения при высоких оборотах, но стержень может погнуться и выйти из строя, если сжимающие силы слишком велики. Чтобы выдерживать большие нагрузки в лошадиных силах, двутавровую балку можно сделать толще, шире или обработать особым образом для повышения прочности.
Производители стержней производят несколько вариантов базовой двутавровой балки. Некоторые обрабатывают центр, чтобы создать зубчатый эффект между балками, оставляя закругленную область рядом с обеими балками, что увеличивает прочность и жесткость, как галтели коленчатого вала. Их иногда называют «овальными», «радиальными» или «параболическими».
Двутавровая балка
Тяги двутавровой балки имеют две большие плоские боковые балки, перпендикулярные отверстиям поршневого пальца и шейки коленчатого вала. Центральная область, которая соединяет две стороны буквы «Н», обеспечивает боковую жесткость. Этот тип конструкции имеет более высокую прочность на сжатие и весит меньше, чем стержни двутавровой балки, говорят эксперты. Шатуны с двутавровой балкой часто рекомендуются для приложений с высоким крутящим моментом, которые развивают большую мощность при частоте вращения ниже 6000 об/мин. Двутавровые стержни также могут быть усилены для удовлетворения большинства требований, но обычно это связано с увеличением толщины и веса стержня или использованием более прочного сплава, такого как сталь 4340.
Подшипники шатунов
Подшипники, хотя и кажутся простыми, имеют сложную конструкцию, отвечающую особым требованиям в отношении величины нагрузки, создаваемой двигателем. Эксперты говорят, что вы должны смотреть на тип производительности, для которой предназначен двигатель, прежде чем выбирать. Будет ли это легковой автомобиль, высокопроизводительный уличный автомобиль, высокопроизводительный для соревнований, сверхмощный дизель? Поскольку двигатели легковых автомобилей не обязательно работают с полностью открытой дроссельной заслонкой, они обычно не полностью нагружены. Однако во многих случаях нагрузка является более серьезной, например, в дизельных двигателях большой мощности, судовых и высокопроизводительных двигателях.
Один из экспертов по подшипникам объяснил на саммите производителей двигателей, состоявшемся в марте, что они видели, как шатунные подшипники выдерживают экстремальные нагрузки, такие как двигатели дрэг-рейсинга с максимальным топливом, где нагрузки могут достигать 63 000 фунтов на квадратный дюйм в течение четырех секунд. Он сказал, что долговечность подшипника напрямую связана с величиной нагрузки на подшипник. В NASCAR, Формуле-1 и IndyCar нагрузки могут превышать 14 000 фунтов на квадратный дюйм, но средний срок службы этих подшипников увеличивается до 500 миль и более с четверти мили. В тяжелых дизельных двигателях нагрузка на подшипники не так высока, около 6500 фунтов на квадратный дюйм, но средний срок службы для этих применений существенно увеличивается до 500 000 миль.
Специалисты по подшипникам говорят, что чем больше нагрузка на подшипник, тем труднее поддерживать масляную пленку между валом и подшипником. И отдельно от уровня нагрузки, есть общие нагрузки от сил сгорания и инерции, которые также необходимо учитывать.
Одним из основных моментов, которые необходимо учитывать, является пропорция подшипника по сравнению с уровнем нагрузки. Именно здесь инженеры по подшипникам смотрят на нагрузку узла; сколько фунтов на квадратный дюйм, а не общее количество фунтов груза. По словам экспертов, пропорция подшипника определяет не только уровень нагрузки, но и способность создавать смазочную масляную пленку между валом и подшипником. Подшипник должен иметь правильные пропорции, и соотношение длины к диаметру около одной трети является почти идеальным, говорят эксперты.
Добавить комментарий