Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Противовесы коленчатого вала сортируют на группы через 5 г. Какие дополнительные усилия возникнут в подшипниках коленчатого вала с радиусом кривошипа 60 мм, вращающегося с числом оборотов 4000 в минуту, в результате постановки противовеса соседней большей весовой группы. [1]
Противовесы коленчатых валов тракторов — ковка. [2]
Масса противовесов коленчатого вала составляет 70 — 80 % суммарной массы вращающихся частей. У некоторых двигателей противовесы отковывают или отливают как одно целое со щеками коленчатого вала. Толщина противовеса не должна превышать толщины щеки. У большинства двигателей противовесы изготовляют отъемными. Для большей надежности головки болтов приваривают к противовесам. [4]
На первом противовесе коленчатого вала должны быть выбиты товарный знак ремонтного предприятия, номер ремонтного воздействия и дата ремонта. [5]
Для облегчения поршня и свободного прохода противовесов коленчатого вала при нижних положениях поршней нерабочая часть юбки вырезается. [6]
Для облегчения поршня и свободного прохода противовесов коленчатого вала при нижних положениях поршней нерабочая часть юбки вырезается. Чтобы при нагреве поршни меньше расширялись, в поршни двигателя ЗИЛ-Ill при их изготовлении заделаны пластины из малорасширяющейся стали. [7]
Два типа специальной подвески маятникового гасителя на противовесе коленчатого вала показаны на рис. 25; в обоих случаях обеспечивается весьма малое значение расчетной длины маятника. [8]
Для гашения колебаний коленчатого вала авиационного мотора в противовесе коленчатого вала делается желоб в форме дуги окружности радиуса г с центром, смещенным на АВ 1 от оси вращения; но желобу может свободно двигаться дополнительный противовес, схематизируемый в виде материальной точки. Угловая скорость вращения вала равна и. [9]
Для гашения колебаний коленчатого вала авиа ционного мотора в противовесе коленчатого вала делается желоб в форме дуги окружности радиуса г с центром, смещенным на АВ I от оси вращения; по желобу может свободно двигаться дополнительный противовес, схематизируемый в виде материальной точки. Угловая скорость вращения вала равна а. [10]
Проверить состояние кулачков распределительного вала и толкателей, шплинтовку шатунных подшипников и крепление противовесов коленчатого вала . [11]
На многих карбюраторных и дизельных двигателях юбка поршня со стороны бобышек имеет вырез для прохода противовесов коленчатого вала . [13]
Рассмотренный метод определения величины противовесов может быть применен во всех случаях, в том числе и при определении противовесов коленчатых валов многоцилиндровых двигателей . [15]
нужно ли облегчать коленвал или нет
В продолжении темы по доработке коленвала. И ответы на некоторые ЧАВО
Опыт доказывает, что при облегчении коленвала действительно ощутимо улучшается динамика авто в целом, мотор гораздо быстрее выходит на верхний предел оборотов, имеет меньшую инерционность и т. д.Только вот, как и в принципе во всем остальном, нужно знать золотую середину. К примеру, подготовка коленвалов для дрега и для кольца немного отличается друг от друга.Некоторые статьи из просторов интернета заявляют, что облегчение КВ не дает никаких плюсов, это не так. Конечно влияние на ресурс это дело оказывает негативное, но при достижении целей по повышению мощности и отзывчивости мотора приходится жертвовать многим. Речь идет про экстремальное облегчение. Если перестараться, то ваше, чрезмерно облегченное колено, может лопнуть в самый неподходящий момент. В доказательство этих слов цитируем текст из учебника для вузов: «Коленчатые валы, большинства многоцилиндровых четырехтактных двигателей, уравновешены благодаря тому, что валы симметричны относительно плоскости, перпендикулярной оси вала и проходящей через его середину, соблюдая условие расположения центра тяжести на оси вращения, число колен четное и не менее четырех. Конструкции 4, 6, 8-цилиндровых двигателей, несмотря на свою уравновешенность от центробежных сил инерции, иногда содержат противовесы. Это делают для разгрузки коренных подшипников и шеек вала. Противовесы в этих случаях разгружают вал и от изгибающих усилий».Коленвалы отечественных авто, например Ваз 2108 (рассмотрим его), являются полностью уравновешенными коленвалами. Т. е. вес противовесов, при учете его цента тяжести, практически полностью совпадает с весом кривошипа, а также расстояния центров тяжести обоих находятся на равном удалении от оси симметрии коленчатого вала.Кстати говоря, у полностью уравновешенных КВ, вес противовесов не обязательно должен быть равным весу кривошипа. Все зависит от расстояния на котором находится центр тяжести противовеса относительно оси симметрии КВ. Чем дальше центр тяжести от оси симметрии, тем вес противовеса может быть меньше, и наоборот, чем ближе к оси, тем вес должен быть больше. При проектировании и при производстве облегчения КВ можно изначально заложить желаемый вес противовесов в расчетные формулы и получить требуемое значение по расстоянию центра тяжести противовеса от оси симметрии КВ.
Вариант который будет показан ниже по ссылке я использую практически всегда.
При облегчении таким способом как раз противовес не трогаем и ресурс по моему мнению остается прежним.
Вес удаляется больший чем при срезании противовесов «токарным» методом (противовесы режутся под углом и имеют ограничение связанное с конструкцией кв.)
Облегчаю срезанием металла со стороны шатунных шеек. По радиусу не глубоко . Достаточно просто сгладить поверхность чтоб не было видно пор от литья. Отрезаем все дефекты связанные с литьем и технологические отливы. Отрезаем так называемые»уши» на коленвале в районе шатунных шеек
Не забываем на переходах плоскостей добавлять галтель для предотвращения возникновения напряжений и других паразитных явлений.
Определение параметров нащечных противовесов коленчатого вала для уравновешивания центробежных сил и моментов
Центробежные инерционные силы и моменты от НВМ постоянны по величине и переменны по направлению. Их годографы являются окружностями. Для многоцилиндровых ДВС в некоторых случаях их результирующие равны нулю, так как взаи- моуравновешиваются действием соседних колен вала. Уравновешивание осуществляют с помощью нащечных противовесов.
Эти противовесы могут быть выполнены как заодно со щекой коленчатого вала, так и в виде отдельных элементов, прикрепляемых к специальным местам коленчатого вала.
Для уравновешивания необходимо расположить нащечные противовесы так, чтобы результирующие всех центробежных сил и моментов от них были равны нулю: ^Рс=0,^Мс=0.
Например, в 2-цилиндровом ДВС с показанной на рис. 2.1 схемой расклинки кривошипов центробежные силы от НВМ взаимоуравновешены Х?с =0)? а для уравновешивания центробежного момента достаточно двух противовесов с массами Мпр1 и Мпр , располагаемых на радиусах гпр1 и гпр2 (расстояния от оси вращения до центра соответствующих масс).
Рис. 2.1. Схема уравновешивания момента от центробежных сил
С учетом обозначений рис. 2.1 дисбаланс (статический момент) противовесов должен удовлетворять условиям: Мгф -гпр1 =М„р2-гпр2 = Mr-R-a/b. Чем больше размер Ь, тем меньше необходимая для уравновешивания величина дисбаланса противовесов. Поэтому для уменьшения металлоемкости коленчатого вала нащечные противовесы в этом случае целесообразно располагать на крайних щеках, как показано на рис. 2.1 (практически из условий обеспечения внутренней уравновешенности их чаще располагают на всех четырех щеках).
Рассмотрим уравновешивание центробежных сил и моментов для общего случая при произвольном расположении кривошипов. На рис. 2.2, а показана схема, состоящая из трех произвольно расположенных НВМ кривошипов, характеризуемых величинами дисбаланса М(т(, углами расположения ср( (углы между вертикальной плоскостью и плоскостями кривошипов, на схеме это углы между радиус-векторами дисбалансов и осью ординат У) и расстояниями а( до центра масс СА (точка А).
Рис. 2.2. Схемы произвольно расположенных кривошипов (а) и противовесов для уравновешивания центробежных сил и моментов (б)
Для уравновешивания всех центробежных сил и моментов необходимо подобрать параметры дисбалансов противовесов МПР;. • гпр , углы их установки фпр. и места расположения по длине коленчатого вала, так, чтобы выполнить условия: ?РС= О,
^ Мс = 0 (в некоторых случаях эти условия представляют в виде равенств нулю проекций сил и моментов на осиХи = О,
Один из возможных способов состоит в том, что сначала находят параметры одного противовеса, обеспечивающего выполнение условия ^Рс = О (на рис.2.2, б это параметры Мпр , гпр1, Фпр), а затем — параметры пары противовесов, обеспечивающие выполнение условия ^)МС =0 (на рис. 2.2, б это параметры Мпр2, гпр2, 5пр, К). Эти три противовеса в принципе могут уравновесить все центробежные силы и моменты при любом числе и расположении кривошипов. Параметры одного противовеса, уравновешивающего центробежные силы всех НВМ кривошипов, могут быть найдены из условий ‘?РСХ=0, ^Рсу = О- Из этого следует:
откуда может быть найден дисбаланс противовеса и угол его установки
Место установки этого противовеса по длине коленчатого вала (характеризуемое размером апр — расстоянием от радиус- вектора противовеса до центра масс — точки А) может быть задано произвольно, например, из конструктивных соображений.
Параметры пары противовесов для уравновешивания центробежных моментов могут быть найдены из условий: ^ Мсх = О, ?Мсу = 0 (с учетом вычисленных параметров противовеса Мпр , г„Р1, Фпр)- Из этого следует:
Из этих уравнений могут быть найдены необходимые для уравновешивания центробежного момента параметры пары противовесов — дисбаланс Мпр • гпр2 и расстояние между ними (плечо)К:
Здесь величиной К можно задаваться произвольно при условии выполнения приведенного выше равенства.
Угол плоскости установки пары противовесов 8пр (рис. 2.2, б) с учетом приведенных выше уравнений может быть найден по формуле
Рассмотренный способ уравновешивания с помощью трех противовесов является не единственным. Такую задачу можно выполнить и иными способами. Наиболее простое решение состоит в том, чтобы установить против каждого кривошипа (на продолжении его радиуса) два нащечных противовеса с таким же дисбалансом как у НВМ данного кривошипа (2Мпр. • гпр. = Mt -Rj). Хотя такое решение связано с увеличением металлоемкости, оно иногда применяется. Например, для уравновешивания ДВС типа R3 в некоторых случаях устанавливают шесть нащечных противовесов (по два на каждый кривошип), так что НВМ каждого колена уравновешены парой нащечных противовесов (рис. 2.3, а).
Рис. 2.3. Схемы размещения шести (а) и двух (б) нащечных противовесов коленчатого вала для уравновешивания моментов от центробежных сил в двигателе типа R3
В данном случае уравновешивания центробежного момента можно было достигнуть установкой всего двух противовесов, как показано на рис. 2.3, б, дисбаланс и угол установки которых определяются по указанным выше формулам (2.3), (2.4), однако тогда оставались бы не уравновешены внутренние моменты, изгибающие шейки вала.
Заметим, что в этом ДВС результирующая центробежных сил ? Рс не требует уравновешивания, так как она равна нулю. Как уже указывалось выше (см. главу 1), мероприятия, направленные на уменьшение действия переменных сил и моментов, действующих только внутри остова двигателя (не передающихся на опоры), называют внутренним уравновешиванием. Например, для этих целей устанавливают нащечные противовесы в двигателе типа R4, где действие центробежных сил и моментов от НВМ кривошипов не передается на опоры (эти силы и моменты взаимоуравновешиваются и без дополнительных противовесов). Этот двигатель «внешнеуравновешен» от действия центробежных сил и моментов естественным способом. Однако при этом на шейки вала действуют внутренние изгибные моменты. Чтобы уменьшить их действие, устанавливают нащечные противовесы, как показано на рис. 2.4.
Рис. 2.4. Схема размещения нащечных противовесов коленчатого вала в двигателе типа R4, предназначенных для разгрузки подшипников от действия центробежных моментов
Из этих же соображений для уравновешивания моментов от центробежных сил на щеках коленчатого вала часто устанавливают не два противовеса, что теоретически возможно для целей внешнего уравновешивания при любой схеме ДВС, а большее, обычно четное число. Покажем это еще и на примере распространенного ДВС типа V8 с углом развала цилиндров 90° и крестообразным коленчатым валом (рис. 2.5). Здесь для внешнего уравновешивания моментов от действия сил инерции масс совершающих ВПД и НВМ достаточно разместить два противовеса, как показано на рис. 2.5, а. На практике же часто в таких двигателях устанавливают шесть противовесов, как показано на рис. 2.5, б, хотя встречаются и другие варианты с иным числом и углами установки.
Рис. 2.5. Схемы размещения нащечных противовесов на крестообразном коленчатом валу ДВС типа V8 для вариантов с двумя (а) и шестью противовесами (б)
При большем числе противовесов не только уменьшаются моменты, изгибающие подшипники вала (т. е. решаются вопросы внутреннего уравновешивания), но и увеличивается собственная частота крутильных колебаний коленчатого вала, что позволяет исключить резонанс от этих колебаний. Параметры противовесов (дисбалансы, углы установки) находят из условия равенства нулю всех центробежных моментов: = О, ^ Мсу = 0, откуда определяются только два параметра, необходимые для уравновешивания: модуль (см. формулу (2.3)) и направление действия (см. формулу (2.4)) результирующего момента от всех противовесов. Если число противовесов, предназначенных для уравновешивания момента, больше двух, то общее число параметров, характеризующих положение всех противовесов, больше. В таком случае некоторые параметры можно варьировать произвольно (выбирать число противовесов, дисбаланс отдельных противовесов, расстояния между ними, углы их установки) при соблюдении двух указанных выше параметров для результирующего момента. Поэтому для каждого типа ДВС можно осуществить множество различных вариантов размещения нащечных противовесов для уравновешивания моментов от центробежных сил.
Заметим, что в некоторых конструкциях ДВС (R4, R6) применяется симметричная схема расположения кривошипов коленчатого вала. В таком случае результирующая центробежных сил и главный момент от них равны нулю и без применения противовесов, т. е. обеспечено «самоуравновешивание». Таким образом, установка противовесов здесь требуется только для целей внутреннего уравновешивания (разгрузки коренных подшипников).
После определения величин дисбалансов противовесов необходимо решить конструкторскую задачу определения формы и размеров каждого нащечного противовеса.
Для простых форм нащечных противовесов существуют формулы, связывающие основные размеры и дисбаланс.
Например, если противовес выполнен в виде части кругового сектора (рис. 2.6, а), то между величиной его дисбаланса и основными размерами существует следующее соотношение:
где р — плотность материала противовеса; b — толщина противовеса; R1hR2 — радиусы (см. рис. 2.6, а). Для противовеса, выполненного в виде кругового сегмента, (рис. 2.6, б) дисбаланс определяется по формуле
где |/ — угол сегмента; R — его радиус.
Рис. 2.6. Основные размеры нащечных противовесов, выполненных в виде кругового сектора (а) или сегмента (б)
Из формул (2.5), (2.6) по заданному дисбалансу Дпр можно найти один из конструктивных размеров противовеса (либо толщину, либо угол, либо радиус), задав остальные, или варьировать несколькими размерами, решая задачу итерационным способом.
Использование компьютерных технологий существенно повышает эффективность проектирования конструкции противовеса. Так, в программе AutoCAD имеется возможность после проектирования нащечного противовеса (создания чертежа фрагмента противовеса в данной программе), используя специальные опции из меню программы, сразу найти числовые значения его объема, массы и дисбаланса (статического момента) относительно оси коленчатого вала. Причем такой анализ можно выполнить для противовеса любой формы и даже при разной толщине по поверхности. Таким образом, после предварительного проектирования противовеса можно сразу оценить его дисбаланс и затем оперативно выполнять корректировку его размеров и формы для обеспечения требуемого дисбаланса, сравнивая при этом металлоемкость разных вариантов. С точки зрения снижения металлоемкости целесообразно выполнять противовесы с наибольшим (по компоновочным условиям) наружным радиусом и переменной толщиной (утолщение вблизи наружного радиуса). По этим соображениям траектория крайней точки противовеса (при вращении коленчатого вала) обычно расположена всего в нескольких миллиметрах от внутренней стенки картера ДВС. Конечно, при проектировании необходимо выполнять и другие требования к конструкции (достаточную прочность, технологичность).
На рис. 2.7 показаны нащечные противовесы коленчатых валов автомобильных ДВС BMW и Ford-Fokus 2.
Рис. 2.7. Конструкции нащечных противовесов коленчатых валов ДВС BMW (слева) и Ford-Fokus 2, представленные в разных видах (а) и (б) в рабочих окнах программы AutoCAD
Изображения представлены в рабочих окнах программы AutoCAD. Показанная на рисунке точка начала осей координат расположена на оси коленчатого вала, относительно нее определяется дисбаланс.
Коленчатый вал
Коленчатый вал воспринимает усилия, передаваемые от поршней шатуном, и преобразует их в крутящий момент. Поэтому коленчатый вал должен быть прочным и жестким.
В качестве материала для коленчатого вала используют высокопрочный чугун и сталь. Чугунные валы изготавливают методом литья, а стальные — методом ковки. Рабочие поверхности коренных и шатунных шеек коленчатого вала подвергают упрочнению с помощью термической обработки и последующей шлифовке.
Коленчатый вал состоит из нескольких коренных шеек, соединенных щеками с шатунными шейками. Щеки коленчатого вала продолжаются в противоположном от шейки направлении, образуя противовесы. В некоторых двигателях грузовых автомобилей используют съемные противовесы, которые крепятся к коленчатому валу болтами. Коренные шейки всегда больше в диаметре, чем шатунные. Коленчатый вал будет более жестким, если коренные и шатунные шейки перекрывают друг друга при взгляде с торца вала. Очевидно, что намного легче добиться перекрытия шеек в [[Короткоходный двигатель |короткоходном двигателе]]. Если по обеим сторонам от шатунной шейки расположены коренные шейки, коленчатый вал является полноопорным. В противном случае он неполноопорный и поэтому должен быть более жестким, а следовательно, более массивным, чтобы воспринимать значительные изгибающие и закручивающие усилия. Поэтому в современных двигателях в основном применяются полноопорные валы. В настоящее время редко применяют разборные коленчатые валы, хотя такая конструкция вала дает возможность применять шатуны с неразъемной нижней головкой. Переход от шейки к щеке является опасным с точки зрения концентрации напряжений, и поэтому его выполняют по радиусу. Такая конструкция уменьшает возможность появления трещин и последующего усталостного излома.
В качестве коренных и шатунных подшипников скольжения в настоящее время применяют разъемные, тонкостенные вкладыши. Вкладыши изготавливают из стальной ленты с нанесенным на нее слоем антифрикционного сплава. Для того чтобы установленные вкладыши не проворачивались в опорах коленчатого вала и головках шатунов, они имеют выступ, с помощью которого фиксируются в соответствующих канавках. Для предохранения коленчатого вала от осевых перемещений используются упорные подшипники скольжения.
Внутри коленчатого вала, в щеках и шейках коленчатого вала просверлены отверстия для прохода масла. Подшипники коленчатого вала подвергаются значительным нагрузкам, и даже кратковременная работа двигателя без масла приводит к его выходу из строя, поэтому к шейкам коленчатого вала масло подается постоянно под давлением.
К заднему концу коленчатого вала крепится маховик. Маховик служит для уменьшения неравномерности работы двигателя, запасая энергию при рабочем ходе и отдавая ее при других тактах, а также выводит КШМ из мертвых точек. Маховик представляет собой массивный диск, выполненный из чугуна. На внешнюю цилиндрическую поверхность маховика напрессован зубчатый венец, обеспечивающий проворачивание коленчатого вала при пуске двигателя с помощью электрического стартера. У многоцилиндровых двигателей рабочий ход происходит одновременно в нескольких цилиндрах. У таких двигателей крутящий момент более равномерный и масса маховика может быть уменьшена.
Рис. Двухмассовый маховик двигателя
Каким бы жестким ни был коленчатый вал, он подвергается крутильным колебаниям. Крутильные колебания можно представить как постоянное закручивание с последующим раскручиванием вала, что происходит при работе двигателя с определенной частотой. При совпадении частоты крутильных колебаний с частотой внешних сил может наступить резонанс, который приведет к резкому увеличению нагрузок, действующих на коленчатый вал, и, как следствие, к его поломке. Излом коленчатых валов (обычно в месте соединения щеки с коренной шейкой) был частой причиной выхода из строя двигателей старых конструкций. Современные коленчатые валы имеют высокую жесткость, и резонансные частоты находятся за пределами возможных частот вращения валов этих двигателей. Тем не менее в конструкции двигателей часто применяют гасители крутильных колебаний, которые снижают до нужного уровня виброактивность коленчатого вала. Наиболее распространенный способ: разделить шкив или диск, установленный на коленчатом вале, на внутреннюю и наружную части и соединить их упругим материалом, который поглощает вибрации за счет внутреннего трения.
Сейчас все большее распространение получают двухмассовые маховики, которые успешно выполняют функцию гасителя крутильных колебаний.
Прогресс в системах управления может внести дополнительные изменения в конструкцию двигателей. Сегодня разработаны новые тороидные стартер-генераторы, которые не только мгновенно и бесшумно пускают двигатель, но и дают возможность за счет электронного управления гасить всевозможные колебания и вибрации, а также обеспечивают возможность работы двигателя при экстремальных нагрузках.