Колінвал Вікіпедія

Колінчастий вал- деталь (або вузол деталей у разі складеного валу) складної форми, що має шийки для кріплення шатунів, від яких сприймає зусилля і перетворює їх у крутний момент. Складова частина кривошипно-шатунного механізму (КШМ).

Зміст

Вперше таку важливу механічну деталь як колінчастий вал описав і сконструював середньовічний вчений Аль-Джазарі в імперії Османа в 13 столітті. У 1206 році в трактаті «Кітаб фі маріфат аль-хіял аль-хандасійя» (Книга знань про дотепні механічні пристрої) описаний механізм валу.

Основні елементи колінчастого валу

Корінна шийка —опора валу, що лежить у корінному підшипнику, розміщеному в картері двигуна.
Шатунна шийка- опора, за допомогою якої вал зв'язується з шатунами (для мастила шатунних підшипників є масляні канали).
Щіки— пов'язують корінні та шатунні шийки.
Передня вихідна частина валу(шкарпетка) — частина валу на якій кріпиться зубчасте колесо або шків відбору потужності для приводу газорозподільного механізму (ГРМ) та різних допоміжних вузлів, систем та агрегатів.
Задня вихідна частина валу(хвостовик) - частина валу, що з'єднується з маховиком або масивною шестернею відбору основної частини потужності.
Противаги- забезпечують розвантаження корінних підшипників від відцентрових сил інерції першого порядку неврівноважених мас кривошипу та нижньої частини шатуна.

Матеріал та способи отримання заготовок для колінчастих валів

Колінчасті вали виготовляють з вуглецевих, хромомарганцевих, хромонікельмолібденових та інших сталей, а також зі спеціальних високоміцних чавунів. Найбільше застосування знаходять сталі марок 45, 45Х, 45Г2, 50Г, а дляважко навантажених колінчастих валів дизелів - 40ХНМА, 18ХНВА та ін. Перевагою сталевих валів є найвища міцність, можливість отримання високої твердості шийок азотуванням, чавунні вали - дешевше.

Заготівлі сталевих колінчастих валів середніх розмірів у великосерійному та масовому виробництві виготовляють куванням у закритих штампах на молотах або пресах, при цьому процес отримання заготовки проходить декілька операцій. Після попереднього та остаточного кування колінчастого валу в штампах роблять обрізку облої на обрізному пресі та гарячу правку в штампі під молотом.

У зв'язку з високими вимогами механічної міцності валу велике значення має розташування волокон матеріалу при отриманні заготовки, щоб уникнути їх перерізання при подальшій механічній обробці. Для цього застосовують штампи зі спеціальними згинальними струмками. Після штампування перед механічною обробкою, заготовки валів піддають термічній обробці - нормалізація - і потім очищення від окалини травленням або обробкою на дробометній машині.

Литі заготовки колінчастих валів виготовляють зазвичай із високоміцного чавуну, модифікованого магнієм. Отримані методом прецизійного лиття (в оболонкових формах) вали в порівнянні зі «штампованими» мають ряд переваг, у тому числі високий коефіцієнт використання металу та хороше демпфування крутильних коливань, що дозволяє часто відмовитись від зовнішнього демпфера на передньому носі валу. У литих заготовках можна отримати і низку внутрішніх порожнин при виливку.

Припуск на обробку шийок чавунних валів становить не більше 2,5 мм на сторону при відхиленнях за 5-7 класами точності. Найменше коливання припуску та менша початкова неврівноваженість сприятливо позначаються на експлуатації інструменту та"обладнання", особливо в автоматизованому виробництві.

Виправлення валів проводять після нормалізації в гарячому стані в штампі на пресі після виїмки заготовки з печі без додаткового підігріву.

Масляні отвори в колінвалах зазвичай з'єднують сусідні корінну і шатунну шийку, і виконуються свердлінням. Отвори в щоках у своїй зачеканиваются або закриваються пробками на різьбленні.

Крупнорозмірні колінчасті вали, такі як суднові, а також колінвали двигунів з тунельним картером є розбірними і з'єднуються на болтах. Колінвали можуть встановлюватися не тільки на підшипниках ковзання, але і на роликових (шатунні та корінні), і кулькових (корінні у малопотужних моторах). У цих випадках і точності виготовлення, і до твердості пред'являються більш високі вимоги. Такі вали завжди виготовляють сталевими.

Механічна обробка колінчастих валів

Складність конструктивної форми колінчастого валу, його недостатня жорсткість, високі вимоги до точності оброблюваних поверхонь викликають особливі вимоги до вибору методів базування, закріплення та обробки валу, а також послідовності, поєднання операцій та вибору обладнання. Основними базами колінчастого валу є опорні поверхні корінних шийок. Однак далеко не на всіх операціях обробки можна використовувати їх як технологічні. Тому деяких випадках технологічними базами вибирають поверхні центрових отворів. У зв'язку з порівняно невеликою жорсткістю валу на ряді операцій при обробці його в центрах як додаткові технологічні бази використовують зовнішні поверхні попередньо оброблених шийок.

При обробці шатунних шийок, які відповідно до вимог технічних умов повинні матинеобхідну кутову координацію, опорною технологічною базою є спеціально фрезеровані майданчики на щоках [1] . Після закінчення виготовлення колінчасті вали зазвичай піддають динамічному балансуванню у зборі з маховиком (автомобільні двигуни).

У більшості випадків колінчасті вали передбачають можливість їхнього перешліфування на ремонтний розмір (зазвичай 4-6 розмірів, раніше було до 8). У цьому випадку колінвали шліфують обертовим наждачним колом, причому вал провертається навколо осей базування. Звичайно, ці осі для корінних та шатунних шийок не збігаються, що потребує перестановки. При перешліфуванні потрібно дотриматися міжцентрового стану, і згідно з інструкцією, вали після шліфування підлягають повторному динамічному балансуванню. Найчастіше це не виконують, тому відремонтовані двигуни часто дають більшу вібрацію.

При шліфуванні важливо дотримати форму жолобників, і в жодному разі не припекти їх. Неправильна обробка жолобників часто призводить до руйнування колінчастого валу.

Термічна та хіміко-термічна обробка валів

Колінчасті вали для збільшення міцності та зносостійкості шийок піддають термічній, а іноді і хіміко-термічній обробці: загартування ТВЧ, азотування, загартування поверхневого шару (сталі регламентованої прожарюваності 55ПП, 60ПП). Отримувана твердість залежить кількості вуглецю (загартування ТВЧ, зазвичай трохи більше 50..55 HRC), чи виду ХТО (азотування дає твердість 60 HRC і від). Глибина загартованого шару шийок дозволяє зазвичай використовувати 4-6 проміжних ремонтних розмірів шийок валу, азотовані вали не шліфують. Імовірність задира шийки зі зростанням твердості значно знижується.

При ремонті колінчастих валів використовуються також методи напилення, у тому числі плазмового. При цьому твердістьповерхневого шару може підвищуватися навіть вище заводських значень (для гарту ТВЧ), а заводські діаметри шийок відновлюють до нульового розміру.

Несправності та ремонт колінчастих валів

При експлуатації через різні причини можуть спостерігатися такі несправності:

знос валу по корінних чи шатунних шийках;
вигин;
руйнування валу;
знос посадкових поверхонь під маховик, сальник (сальник), передню шестерню.

При зносі шийок вище допустимого або незначного вигину, що усувається перешліфуванням, колінчастий вал обробляють під наступний ремонтний розмір. Проте за великих задирах (наприклад, при виплавленні вкладишів з проворотом) іноді перешліфовують "через розмір", тобто. одночасно на 2 розміри. Всі корінні шийки, а також усі шатунні шліфують в один розмір – наприклад, корінні можуть бути 2-го ремонтного розміру, а шатунні 3-го у будь-якій комбінації розмірів. Колінчасті вали з підшипниками кочення та азотовані перешліфування не підлягають.

Однак посібники з армійського польового ремонту (двигуни бойових машин) зазвичай наказують індивідуальний ремонт, тому шатунні/корінні шийки можуть мати різний діаметр після шліфування, і навіть не мати стандартного ремонтного розміру (!). Вкладиші при цьому розточуються парами, використовуються заготівлі з мінімальним внутрішнім діаметром. Плюсом є найвища швидкість ремонту та уніфікація запчастин (вкладиші).

Руйнування валу походить від втомних тріщин, що виникають іноді через припікання жолобників при шліфуванні. Тріщини розвиваються в неякісному матеріалі (волосовини, неметалеві включення, флокени, відпускна крихкість) або при перевищенні розрахункових величин крутильних коливань (помилки при проектуванні, самостійне форсування почислу оборотів дизеля). Зламаний вал ремонту не підлягає.

При зношуванні посадкових поверхонь можуть застосовуватися електрохімічна обробка, плазмова або електродугова наплавка поверхонь. Колінчасті вали малого розміру, можливо, дешевше в такому разі замінити. При утворенні канавки від сальника досвідчені мотористи встановлюють новий так, щоб він працював по іншому місцю (наприклад, зменшивши ширину сальника його підточуванням, або навпаки, садити на меншу глибину). "Одноразовим" рішенням при зношуванні посадкової поверхні під шестірню може бути лудіння, зазвичай з попереднім численним керненням поверхні (але шестерню потім важко або неможливо зняти).