Большая энциклопедия техники

Коллектив авторов

Коленчатый вал производится из стали, характеризуемой упрочением токами высокой частоты или азотированием, а также из высокопрочного чугуна. Противовес создается как единое целое с коленчатым валом, в противном случае противовесы напрессовываются на вал. Коленчатый вал устанавливается таким образом, чтобы опираться коренными шейками на коренные опоры картера двигателя, шатунные шейки фиксируются вместе с нижними головками шатунов. Коренные и шатунные шейки присоединяются при помощи щечек, которые организуют кривошипы вала. Неуравновешенные массы образуют центробежные силы на подшипниках вала, для их разгрузки предназначены противовесы. В передней части вала предусмотрен сальник для уплотнения, при этом держателем сальника является корпус масляного насоса. Передняя часть вала оснащается зубчатым шкивом привода топливного насоса высокого давления и распределительного механизма двигателя и шкивом ременной передачи для привода генератора, водяного насоса и различных устройств и систем автомобиля. Сальником обеспечивается и задний конец вала, этот сальник

фиксируется при помощи специального держателя. На задней стороне коленчатого вала имеется фланец, предназначенный для крепления диска привода, что характерно для моделей автомобилей, оснащенных автоматической коробкой передач, или маховика.

Для произведения ремонтных работ коленчатого вала необходимо перешлифовать коренные, шатунные шейки относительно следующего ремонтного размера. После проведения ремонтных работ коленчатый вал должен устанавливаться с маховиком и сцеплением, которые имелись до ремонта, при этом в обязательном порядке производится балансировка коленчатого вала со сцеплением. В случае дисбаланса создаются углубления в маховике посредством высверливания.

Коленчатые валы двигателя относительно диаметра коренных и шатунных шеек делятся на классы, при этом деление на классы является индивидуальной для каждого двигателя. Точность диаметральных габаритов коренных и шатунных шеек варьируется относительно 1—2 классов, при этом чистота поверхности определяется 8—10 классами и выше; допускаются отклонения на овальность и конусность, которые для автомобильных двигателей соответствуют отрезку от 0,010 до 0,005 мм. Расхождение в параллельности осей коренных и шатунных шеек не превышает 0,01 мм по всей длине каждой шатунной шейки; радиус кривошипа может иметь допуски в 0,05—0,15 мм. Если отклонения радиусов кривошипов и угловых развала слишком велики, то образуется неравномерная степень сжатия в разных цилиндрах и относительно сдвига фаз распределения, что неблагоприятно отражается на работе двигателей. Для подшипников скольжения коленчатые валы должны обладать высокими требованиями к поверхности шеек, усиленной износостойкостью и усталостной прочностью. Маркировка должна наноситься на передней щечке вала, верхние цифры соответствуют классам шатунных шеек с первой по шестую, при рассмотрении поочередно слева направо, нижние цифры являются классами коренных шеек с первой по седьмую слева направо.

Также маркировка может задаваться с номинальным значением диаметра, с диаметрами ремонтного размера с установленным снижением. Коленчатый вал отслеживается по 80—90 позициям, например размер, форма, относительное положение контролируемых поверхностей вала, параллельность оси шеек, положение шатунных шеек относительно коренных, угловое положение шатунных шеек относительно друг к другу, угловое положение шпоночной канавки относительно кривошипов, положение торца фланца относительно оси коренных шеек и др.

Для трудоемкого и непростого процесса контроля используются специальные многомерные индикаторные, пневматические, электронные измерительные приспособления.

Стальные коленчатые валы среднего размера, предназначенные для крупносерийного и массового производства, создаются с помощью ковки в закрытых штампах на молотах и прессах, весь процесс изготовления заготовки реализуется несколькими операциями. Производится предварительная и окончательная ковка в штампах, а далее переходят к обрезке облоя с помощью обрезного пресса, к горячей правке в штампе под молотом.

При создании заготовки коленчатого вала большое внимание уделяется расположению волокон материала, для того чтобы исключить возможность перерезания материала на дальнейших этапах механической обработки, поэтому широкое использование получили штампы, оснащенные специальными гибочными ручьями. Пройдя штамповку, коленчатые валы подвергаются термообработке, нормализации, очистке от окалины при помощи травления или обработке с помощью дробеметной машины. На механическую обработку шеек допускаются припуски в 3—4 мм на сторону со штамповочными уклонами 7—10°. Точность заготовок определяется 8—9 классом. Допустимая кривизна в плоскости разъема штампов для автомобильного коленчатого вала составляет менее 1,5—1 мм, смещение от сдвига штампов разрешается не более 2 мм.

Литые заготовки коленчатых валов производятся из высокопрочного чугуна, модифицированного магнием, для изготовления применяется способ прецизионного литья, т. е. в оболочковых формах, произведенные этим способом валы отличаются по сравнению со штампованными валами рядом положительных качеств, например высоким коэффициентом применения металла. Литые заготовки отличаются наличием внутренних полостей, которые образуются в результате отливки.

Припуск на обработку должен быть менее 2,5 мм на сторону отклонения, соответствующего 5—8 классу точности. Снижение колебания припуска и начальной неуравновешенности способствует лучшему качеству при эксплуатации.

Отлив в оболочковых формах осуществляется в горизонтальном положении: в случае, когда в одной форме необходимо произвести отлив двух валов, заливка металла создается с помощью общего литника.

Правка валов создается как следующий шаг после нормализации в горячем состоянии в штампе, на прессе после извлечения из печи, не прибегая к повторному подогреву.

Механическая обработка: главными базами для коленчатого вала являются опорные поверхности коренных шеек. К сожалению, они не могут использоваться как технологические на всех шагах обработки, поэтому иногда технологическими базами

становятся поверхности центровых отверстий. Небольшая жесткость вала для некоторых этапов обработки, производимых в центре, заставляет создавать вспомогательные базы, которыми являются наружные поверхности предварительно обработанных шеек. Для обработки шатунных шеек, по техническим условиям обязанных иметь угловую координацию, выбирается опорная технологическая база в виде специально фрезерованной площадки на щеках. В результате действия сил резания возникает деформация коленчатого вала, поэтому необходимо произвести достаточно большое количество раз, примерно от 3 до 9, правку коленчатого вала с помощью пресса. Однако правка способна образовать внутренние напряжения, приводящие к последующей деформации вала, что также является нежелательным воздействием. Технологические опорные базы представляются в качестве фрезерованных площадок на щеках коленчатого вала и обрабатываются до и после предварительной обработки.

Также необходимо произвести токарную обработку коренных и шатунных шеек, коренные шейки обрабатываются на обычных токарных станках, затем они берутся как технологические базы для обработки шатунных шеек и остальных поверхностей. Обработку коренных шеек многоколенных валов осуществляют специализированными станками, оснащенными центральным или двусторонним приводом для снижения скручивающего и изгибающего моментов.

Затем производится отделка смазочных каналов и внутренних плоскостей, далее необходимо отшлифовать шейки коленчатого вала. Балансировка при массовом производстве создается при помощи автоматических балансировочных станков или автоматических линий. Необходимо проанализировать диаметральные размеры шеек, отверстия под подшипник во фланце, длину шатунных и коренных шеек, дистанцию от базового торца, радиус кривошипа, биение шеек и торца фланца по отношению к крайним коренным шейкам, взаимное отношение коренных и шатунных шеек относительно длины и расстояния от базового торца, угловое расположение кривошипов, местонахождение установочного отверстия и шпоночной канавки по отношению к коренным и шатунным шейкам. Также производится обкатка крупных коленчатых валов. Специальные токарные станки с неподвижным валом применяются для обкатки шатунных шеек.

Колесо

Колесо – простейшее устройство (в основном), предназначенное для обеспечения вращательного или поступательного движения какого-либо механизма, транспортного средства и др. Колесо было одним из первых изобретений человечества и широко применялось с глубокой древности для оборудования различных повозок, телег, карет, а также боевых колесниц и боевых орудий. Практически от колеса, его многочисленных разновидностей шло прогрессирующее развитие транспортной и иной техники, начиная с велосипеда и кончая современными мощными транспортными машинами, летательными аппаратами всех видов и типов, станками, подъемным шахтным оборудованием. С развитием техники происходила и модернизация колеса, применяемого в различных механизмах в виде зубчатого колеса с внешними и внутренними зубьями. Простейшее колесо элементарной повозки или телеги состоит из ступицы (или диска), спиц и обода, укрепленного бандажной лентой. Самое сложное колесо имеют летательные аппараты – самолеты, вертолеты, причем устройство колеса и его крепление на шасси зависит от веса летательного аппарата. Кроме того, шасси самолета, на котором крепится одно или несколько колес, различаются в зависимости от числа и расположения опор: трехопорные с передней стойкой, трехопорные с задней стойкой и двухопорные. В самом простом варианте колесо устанавливается на рычаге и опирается через амортизатор на звено, соединенное с корпусом самолета. Колеса самолета имеют массивные шины-покрышки, защищающие его от значительных нагрузок, особенно при выполнении посадки на бетонные взлетно-посадочные полосы аэродромов. В другом варианте колесо закрепляется непосредственно на одном из звеньев амортизатора самолета. Самые сложные по конструкции колеса устанавливаются на шасси тяжелых транспортных самолетов. Сравнительно простое устройство имеют колеса тракторные и автомобильные, устанавливаемые на осях мостов – передних и задних или подвесок легковых автомобилей. Таким образом, колесо имеет самое широкое применение, начиная от часовых механизмов, кончая самыми современными летательными аппаратами. Среди колес, имеющих сложную конструкцию, выделяются так называемые шевронные цилиндрические зубчатые колеса (или просто шевронное зубчатое колесо). Такое колесо представляет собой цилиндрическое зубчатое колесо, венец которого по ширине состоит из участков с правыми и левыми зубьями; применяют его в шевронной цилиндрической передаче. Также широко применяются такие разновидности колеса, как шкивы – колеса с широким ободом, имеющим выемки для фиксирования троса (или ремня, или каната, или цепи) какого-либо подъемного механизма или редуктора.

Компенсатор

Компенсатор (от лат. compenso – «возмещаю», «уравновешиваю») – устройство для возмещения или уравновешивания влияния различных факторов на состояние и работу машины или механизма. К компенсаторам относятся, например, компенсирующие шарнирные механизмы, применяемые:

1) в железнодорожном транспорте для передачи движения на приводные колеса при значительных изменениях межосевого расстояния между приводным устройством и колесом;

2) для восприятия реактивного момента в механизме вращения (поворота) кранов, для осуществления «плавающей» подвески центральных колес планетарных механизмов, корпусов различного рода машин.