Каково назначение и устройство коренных подшипников коленчатого вала кратко

Обновлено: 04.07.2024

Коленчатый вал (рис. 7.4) относится к числу наиболее ответственных, напряженных и дорогостоящих деталей двигателя. Стоимость изготовления вала может достигать 30 % стоимости изготовления всего двигателя.

В процессе работы двигателя коленчатый вал нагружается силами давления газов, а также силами инерции движущихся возвратно-поступательно и вращающихся деталей. Эти силы вызывают значительные напряжения кручения, изгибные напряжения и крутильные колебания, вследствие чего шейки вала испытывают переменное давление, которое вызывает значительную работу трения и износ шеек. Поэтому коленчатый вал должен обладать высокой прочностью, жесткостью и износостойкостью трущихся поверхностей при относительно небольшой массе, составляющей не более 15 % массы двигателя. Коленчатые валы изготавливаются из качественных углеродистых или легированных сталей ковкой или штамповкой, а также литьем из высококачественного чугуна или стали.

Коленчатый вал тепловозного дизеля типа Д49 имеет 10 коренных и 8 шатунных шеек, расположенных под углом 90° одна к другой. Между 9-й и 10-й коренными шейками устанавливается шестерня привода газораспределительного механизма дизеля. К щекам вала с помощью шпилек и гаек крепятся противовесы. Полости коренных шеек соединяются каналами с шатунными шейками, по которым подводится масло. Девятая коренная шейка имеет упорные бурты, предохраняющие коленчатый вал от продольного перемещения. От температурных нагрузок коленчатый вал мо-

Рис. 7.4. Коленчатый вал дизеля 1А-5Д49: 1 - антивибратор; 2 - шестерня; 3 - сухарь; 4 - пакет пластин; 5, 6 - диски дизель-генераторной муфты; 7 - направляющие кольца; а - коренная шейка; б - шатунная шейка; в - щека; г - противовесы

жет удлиняться от 9-й коренной шейки к 1-й. Фланец отбора мощности соединяется пластинчатой муфтой с тяговым генератором; к фланцу с противоположной стороны крепится комбинированный антивибратор (рис. 7.5).

В условиях эксплуатации высокие знакопеременные нагрузки от изгиба и крутильных колебаний могут привести к излому вала. Этому также способствуют дефекты, которые нередко возникают при изготовлении вала (литейные или возникшие при механической обработке). Повышенные механические напряжения в вале могут появляться в результате нарушения его уравновешенности а также при неправильной регулировке антивибратора или износе его грузов и пальцев. Задир шеек вала может произойти в результате ухудшения подачи на их поверхность масла, его разжижения или попадания в масло воды. При неправильной укладке вала в постели блока или неправильной его центровке с валом тягового генератора происходит упругий изгиб вала. В результате неправильной шлифовки коренных шеек при ремонте, а также от действия напряжений может возникнуть остаточный изгиб.

Рис. 7.5. Комбинированный антивибратор дизеля 5Д49: 1 - ступица; 2 - палец; 3 - груз; 4 - крышка; 5 -корпус; 6 - инерционная масса

Основными неисправностями коленчатых валов являются: сверхнормативный износ шеек; трещины и изломы; выкрашивание, коррозия и износ баббитовой заливки вкладышей; износ вкладышей и потеря торцового натяга; трещины крышек коренных подшипников.

Рассмотрим объемы работ при различных ТО и ТР на примере дизеля 10Д100.

При выполнении ТО-3 открывают люки верхней крышки и картера для осмотра подшипников, крышек и их крепления (методом остукивания молотком). Ослабление подшипников, крышек, присутствие баббита вблизи вкладышей, отсутствие шплинтов свидетельствует о неисправностях и требует восстановительного ремонта. Осматривают маслопровод в картере и трубки, подводящие масло к подшипникам. Через одно ТО-3 проверяют провисание нижнего коленчатого вала, которое не должно быть более 0,05 мм для коренных шеек (с 1-й по 7-ю включительно).

При проведении ТР-1 выполняют работы, предусмотренные для ТО-3, и дополнительно:

проверяют провисание нижнего коленчатого вала;

проверяют соосность валов дизеля и якоря тягового генератора. Эту проверку выполняют с помощью индикаторного приспособления. Измерения производят через каждые 90° поворота вала и каждый раз измеряют толщину пакета муфты. Отклонение по индикатору не должно превышать 0,15 мм на полный оборот коленчатого вала.

При проведении ТР-2 выполняют работы, предусмотренные ТР-1, и дополнительно:

разбирают шатунные подшипники коленчатых валов, проверяют их состояние, при необходимости ремонтируют;

демонтируют верхний коленчатый вал.

Нерабочие вкладыши (блока) снимают только в случае необходимости ремонта, все же рабочие вкладыши снимают, освидетельствуют и при необходимости ремонтируют. Восстанавливают осевой разбег коленчатого вала. Проверяют провисание коленчатого вала и при необходимости устраняют подбором вкладышей.

Демонтированные или новые вкладыши коренных подшипников (рис. 7.6) опускают на 3. 5 мин в масло, нагретое до температуры 50.80°С, затем протирают каждый вкладыш чистой безворсовой салфеткой и покрывают меловым раствором. После высыхания раствора вкладыш обстукивают деревянным молотком по тыльной части. Дребезжащий звук указывает на отставание баб-

Рис. 7.6. Коренные подшипники: 1 - верхний вкладыш; 2 - нижний вкладыш; 3 - канавка; 4 - отверстие; 5 - замок; 1 - средний подшипник бита, а потемнение мела из-за выступившего масла - на наличие трещин.

Вкладыши подлежат замене:

при наличии трещин в бронзе независимо от места расположения;

отслаивании баббитовой заливки, коррозии рабочей части более 20 % ее поверхности, выкрашивании более 50 % баббитовой заливки;

наличии круговых задиров на поверхности баббитовой заливки глубиной более 0,5 мм и шириной более 3 мм;

Подгонку вкладышей по шейкам вала производят путем шабрения баббитовой заливки, добиваясь, чтобы на I см2 баббитовой поверхности приходилось не менее двух пятен от краски или светлячков. После шабровочных работ баббитовую поверхность вкладышей выравнивают гладилкой. Натяг вкладышей в постели блока проверяют на стенде, а если стенда в депо нет - непосредственно в постели блока. Для этой цели между крышкой и постелью блока ставят металлические прокладки одинаковой толщины (обычно из фольги). Суммарная толщина двух прокладок должна равняться допустимому натягу вкладышей. Крышки подшипников закрывают до меток окончательной затяжки. Натяг вкладышей считается достаточным, если при постукивании медным молотком по торцу не происходит продольное перемещение вкладыша относительно постели и щуп толщиной 0,03 мм входит между вкладышем и постелью корпуса на глубину не более 15 мм. Разрешается восстанавливать натяг нанесением пленки эластометра ГЭН-150(В) на затылочную часть нерабочих вкладышей.

Коленчатый вал (коленвал) двигателя – это одна из важных деталей КШМ, расположенная в цилиндровом блоке. Вал преобразует поступательные движения поршней во вращательный момент, который через трансмиссию передается на колеса автомобиля.

Устройство коленчатого вала

Сложная конструкция коленвала представлена в виде расположенных по одной оси колен – шатунных шеек, соединенных специальными щеками. При этом количество колен зависит от числа, формы и месторасположения цилиндров, а также тактности двигателя автомобиля. С помощью шатунов шейки соединяются с поршнями, совершающими поступательно-возвратные движения.

В зависимости от расположения коренных шеек коленвал может быть:

полноопорным – когда коренные шейки расположены по две стороны от шатунной шейки;
неполноопорным – когда коренные шейки расположены только по одну из сторон от шатунной шейки.

В большинстве современных автомобильных двигателей применяются полноопорные коленвалы.

Итак, основными элементами коленвала являются:

Коренная шейка – основная часть вала, которая размещается на коренных вкладышах (подшипниках), находящихся в картере.
Шатунная шейка – деталь, соединяющая коленвал с шатунами. При этом смазка шатунных механизмов осуществляется благодаря наличию специальных масляных каналов. Шатунные шейки в отличие от коренных шеек всегда смещены в стороны.
Щеки – детали, соединяющие два типа шеек – коренные и шатунные.
Противовесы – детали, которые предназначены для уравновешивания веса поршней и шатунов.
Фронтальная (передняя) часть или носок – часть механизма, оснащенная колесом с зубцами (шкивом) и шестерней, в некоторых случаях гасителем крутильных колебаний, который осуществляет контроль над мощностью привода ГРМ (газораспределительного механизма), а также других механизмов устройства.
Тыльная (задняя) часть или хвостовик – часть механизма, соединенная с маховиком при помощи маслоотражающего гребня и маслосгонной резьбы, осуществляет отбор мощности вала.

Фронтальная и тыльная сторона коленчатого вала уплотняется защитными сальниками, которые препятствуют протеканию масла там, где выступающие части маховика выходят за пределы блока цилиндров.

Вращательные движения всего механизма коленвала обеспечивают подшипники скольжения – тонкие стальные вкладыши, с защитным слоем антифрикционного вещества. Для предотвращения осевого смещения вала, применяется упорный подшипник, установленный на коренной шейке (крайней или средней).

Коленвал двигателя изготавливается из износостойкой стали (легированной или углеродистой) или модифицированного чугуна, методом штамповки или литья.

Принцип действия коленчатого вала

Несмотря на сложность самого устройства, принцип работы коленвала достаточно прост.

В камерах сгорания происходит процесс сжигания поступившего туда топлива и выделения газов. Расширяясь, газы воздействуют на поршни, совершающие поступательные движения. Поршни передают механическую энергию шатунам, соединенным с ними втулкой или поршневым пальцем.

Шатун в свою очередь соединен с шейкой коленвала подшипником, вследствие чего каждое поступательное поршневое движение преобразуется во вращательное движение вала. После того как происходит разворот на 180˚, шатунная шейка движется уже в обратном направлении, обеспечивая возвратное движение поршня. Затем циклы повторяются.

Процесс смазки коленчатого вала

Смазка коленвала обеспечивается за счет шатунных и коренных шеек. Важно помнить, что смазка коленчатого вала всегда происходит под давлением. Каждая коренная шейка обеспечена индивидуальным подводом масла от общей смазочной системы. Поступившее масло попадает на шатунные шейки по специальным каналам, расположенным в коренных шейках.

Коленчатый вал является одной из самых главных деталей любого автомобиля. И в случае, когда он выходит из строя все сказывается на работе машины. Сразу начинаются стуки под капотом, снижается давление масла, падает мощность и много других негативных последствий. Основным элементом этого устройства являются подшипники коленвала, которые заставляют его вращаться и приводят в действие.

В общем, подшипники используются не только в автомобилях, а и во многих других устройствах и технике.

Что же касается именно коленвала, то в нем и нем используется два вида подшипников (выбрать их можно на сайте):
- шатунные подшипники;
- коренные подшипники.

Каждый из этих видов выполняет свои задачи.

Коренные подшипники предназначены для обеспечения свободного вращения и одновременно упора коленвала. Также они применяются для герметизации гнезд в каретке двигателя. В большинстве случаев на коленвалах двигателей устанавливаются подшипники скольжения. Они выдерживают более высокие нагрузки и могут устанавливаться способом разъемной установки, что дает им преимущество перед подшипниками качения. Если смазка подается на коленвал постоянно и без перебоев, то они могут прослужить многие годы тем самым обеспечив вам надежную работу и длительный срок эксплуатации вашего коленвала.

Подшипники качения в качестве подшипников для коленвала используются редко. В основном они устанавливаются в малолитражных автомобилях, мотоциклах, скутерах и прочей техники типа бензопил и мотоблоков.
Подшипники скольжения используются только на шатунных шейках. Все по той причине, что они могут быть разъемными и имеют небольшую толщину вкладыша.

Смазка подшипников коленвала происходит через систему смазки двигателя, так что необходимо проверять, как она работает ведь случает плохой работы подшипники не будут получать нужной смазки, а значит быстрее сносятся и выйдут из строя.

Подводя итог можно сказать, что долговечность и стабильность работы двигателя любого автомобиля напрямую зависит от коленвала и качества подшипников, которые в нем установлены. Они также наибольше со всех деталей подвергаются нагрузке и быстрому сносу, поэтому стоит покупать только качественную и проверенную продукцию, которая не подведет вас в нужный момент.

Коренные подшипники поддерживают коленчатый вал в блок-картере и работают в тяжелых эксплуатационных условиях, характеризующихся значительными динамическими нагрузками со стороны шеек коленчатого вала и высокой частотой вращения. При этом в результате трения подшипники нагреваются, и их трущиеся поверхности подвергаются механическому изнашиванию.
Интенсивному изнашиванию коренных подшипников в значительной мере препятствует масляный клин, который образуется в зоне сопряжения подшипник-шейка коленчатого вала при вращении последнего. В результате высокого давления масла в образовавшемся масляном клине коленчатый вал буквально всплывает в масляной пленке, и во время работы двигателя практически не касается поверхности вкладышей.
Тем не менее, износ коренных подшипников развивается динамично, поскольку масляная пленка между шейками вала и поверхностью подшипников образуется при устойчивой частоте вращения и эффективном функционировании системы смазки, которые в условиях пуска двигателя, особенно после длительного перерыва в работе, требуют значительного времени для выхода на оптимальный режим.

К коренным подшипникам предъявляются следующие требования:

уменьшение трения и теплоотвода;
соосность опор коленчатого вала;
высокая жесткость;
высокая надежность.

В двигателях внутреннего сгорания могут применяться коренные подшипники качения (обычно роликовые) и подшипники скольжения. Наибольшее распространение получили подшипники скольжения (вкладыши), так как применение подшипников качения связано с усложнением конструкции блок-картера и повышенным гидродинамическим сопротивлением качению роликов по слою смазочного материала при высоких частотах вращения.

Коренные подшипники скольжения выполняют разъемными. Верхняя опорная часть их расположена в перегородке картера, а нижняя размещена в съемной крышке, которая фиксируется на картере болтами или шпильками. Крышки коренных опор в процессе изготовления блока картера и расточке отверстия (постели) под коленчатый вал, обрабатываются совместно с перегородками, поэтому в процессе эксплуатации двигателя нельзя переставлять крышку из одной опоры на другую, поскольку это может привести к нарушению центровки постелей коленчатого вала.
Коренные подшипники скольжения выполняются в виде тонкостенных сменных вкладышей, которые устанавливаются в соответствующих гнездах картера с натягом.

Тонкостенные вкладыши представляют собой изогнутую в полукольцо стальную ленту, на внутреннюю (рабочую) поверхность которых нанесен антифрикционный слой – оловянисто-алюминиевый сплав, содержащий 17,5…22,5 % олова; 0,7…1,3 % меди; по 0,7 % железа, кремния, марганца; остальное – алюминий.

В двигателях с повышенной нагрузкой на подшипники (например, дизели) в качестве антифрикционного слоя коренных вкладышей используется свинцовистая бронза, содержащая 30 % свинца.

Особенность коренных вкладышей – наличие на их рабочей поверхности отверстий и кольцевых канавок для обеспечения непрерывной подачи масла к шейкам коленчатого вала.

Для обеспечения необходимой жесткости крышки коренных подшипников выполняются массивными с дополнительными ребрами и утолщениями, и крепятся к перегородкам картера с большим моментом затяжки.

Для того, чтобы исключить деформацию, высоконагруженные крышки коренных подшипников дизелей соединяют с картером дополнительными вертикальными или горизонтальными болтами. Во избежание боковых смещений крышки фиксируют обычно установочными штифтами или втулками, либо призонными болтами. Посадка крышки по торцевым плоскостям, отфрезерованным в приливах картера, обеспечивает высокую жесткость всему узлу подшипника.

Читайте также: