Колінчастий вал
У групу колінчастоговала (7.17) входять: колінчастий вал, противаги, маховик,
елементи приводу ГРМ та інших механізмів, вузол осьової фіксації та деталі приладів
маслоущільнення.
Колінчастий вал включає корінні, шатунні шейки, щоки, противаги, що розташовані
звичайно на продовженні щік, хвостовик (фланець) для кріплення маховика, носок для кріплення
елементів приводу ГРМ (шестерні, шківа або зірочки) та додаткових приладів (рис. 7.47).
Вимоги до колінчастих валів:
- форма повинна забезпечувати рівномірне чергування робочих ходів та
зрівноваженість ДВЗ;
- максимальна жорсткість при мінімальній масі;
- висока міцність на утомлення;
- гарна зносостійкість шийок вала.
Колінчастий вал штампують зі сталі чи відливають з магнієвого чавуну. Лиття дозволяє
виконати усі шийки вала порожніми. Шийки сталевих колінчастих валів гартують струмами
високої частоти, їх ретельно шліфують і полірують.
Кривошип формується з двох корінних шийок, шатунної шийки та елементів, що
з’єднують їх – щок. Відстань між осями корінної та шатунної шийки називається радіусом
кривошипа.
Колінчасті вали можуть бути монолітними (рис. 7.47) та збірними (рис. 7.48),
повноопорними (7.18) (рис. 7.49) та неповноопорними (7.19) (рис. 7.50). Найбільш поширені
монолітні повноопорні вали.
Для зменшення маси вала і підводу масла до підшипників усередині шийок та щок
виконують систему каналів, порожнин та отворів. Найбільш віддалені від осі вала порожнини
можуть бути використані у якості уловлювача механічних часток.
Рисунок 7.47. Колінчасті вали:
а – сталевий, б – чавунний, 1 – хвостовик, 2 – шатунна шийка, 3 – щока, 4 – корінна шийка, 5 –
носок.
Рисунок 7.48. Збірний колінчастий вал з корінними опорами на підшипниках кочення
Рисунок 7.49. Повноопорний колінчастий вал (BMW M5)
Рисунок 7.50. Неповноопорний колінчастий вал (GM LZ8)
Кількість шатунних шийок в автомобільному двигуні з рядним розташуванням циліндрів
дорівнює числу циліндрів, а у V-подібному двигуні – у 2 рази менше числа циліндрів
(найчастіше), тому що на кожну шатунну шийку встановлюють по два шатуни. У випадку
використання центральних шатунів (головного і причіпного чи вильчастого і внутрішнього),
коли осі протилежних циліндрів лежать в одній площині, маса блоку-картера зменшується. З
умови рівномірного чергування робочих ходів циліндрів шатунні шийки колінчастого вала
чотирициліндрового двигуна розташовують під кутом 180° один до одного, шестициліндрового
– під кутом 120°, 8-циліндрового – під кутом 90°, 5-циліндрового – під кутом 144°. У деяких V-
подібних 6-циліндрових ДВЗ з кутом розвалу циліндрів 90° для забезпечення рівномірного
чергування робочих ходів шатунні шийки однойменних циліндрів лівого і правого рядів роблять
зі зсувом один відносно одного на кут 30° (рис.7.51). У іншому випадку такий ДВЗ буде
працювати неритмічно – спалахи у циліндрах будуть чергуватися через 90°-150°-90°-150°-90°-
150°.
Рисунок 7.51. Колінчастий вал КАЗ-ЯМЗ-642:
1 – шестерня, 2 – гвинт, 3 – вал, 4,6 – шпонка, 5 – різьбова пробка, 7 – шестерня приводу ГРМ, 8
– штифт
В даний час при конструюванні просліджується тенденція до проектування і
виготовлення двигунів, у яких відношення ходу поршня до діаметра циліндра S/D зменшується
до 1ч0,8 і навіть менше. Це дає можливість підвищити частоту обертання колінчастого вала без
істотного росту середньої швидкості поршня, підвищити коефіцієнт наповнення (3.2) циліндрів,
знизити тепловтрати. Крім того, у результаті значного перекриття шатунних і корінних шийок у
випадку малих відносин S/D, а також застосування вузьких вкладишів для корінних шийок з
великими діаметрами можна одержати більш твердий колінчастий вал з відносно тонкими
щоками і скоротити при цьому загальну довжину вала.
Щоки вала мають еліптичну, прямокутну або круглу форму.
На продовженні щок можуть бути розташовані противаги (7.20), які виготовляють як
одне ціле з колінчастим валом (рис. 7.49, 7.50) або (рідше) закріпляють на щоках (рис. 7.52,а).
При обмежених габаритах можливий комбінований варіант (рис. 7.52,б).
Варіанти конструювання колінчастих валів в залежності від кількості циліндрів наведені
на рис. 7.53, варіанти виконання масляних каналів усередині валів – на рис. 7.54.
Рисунок 7.52. Знімні (а) та додаткові противаги (б):
1 – додаткова противага, 2 – заклепка
Рисунок 7.53. Основні конструкції колінчастих валів:
а – рядного чотирициліндрового ДВЗ з одинарними противагами; б – рядного
чотирициліндрового ДВЗ з подвійними противагами; в – V-подібного шестициліндрового ДВЗ з
кутом розвалу 60° або 120°; г – V-подібного шестициліндрового ДВЗ з кутом розвалу 90° та
ритмічною роботою; д – рядного п’ятициліндрового ДВЗ; е – V-подібного восьмициліндрового
ДВЗ; ж – рядного шестициліндрового ДВЗ; з – двоциліндрового ДВЗ
Рисунок 7.54. Схеми змащення підшипників колінчастого вала
На носку колінчастого вала встановлюють (як правило, на шпонці) шківи, зірочки або
шестерні привода ГРМ, насосів, вентилятора, храповик для запуску ДВЗ рукояткою. У деяких
конструкціях на носку встановлюють гаситель крутильних коливань (рис. 7.55). Він являє собою
масивний диск, який привулканізовано шаром гуму до фланця колінчастого вала. Коливання
вала приводять до коливань диска, енергія коливань перетворюється на роботу внутрішнього
тертя гуму.
Рисунок 7.55. Гаситель (демпфер) крутильних коливань ЗіЛ-114:
1 – масивний диск, 2 – гумовий шар, 3 – фланець, 4 – шків привода вентилятора
На хвостовику колінчастого вала встановлюють маховик. У ряді конструкцій на
хвостовику може бути організовано привод ГРМ.
Для запобігання витоку масла на передньому і задньому кінцях колінчастого вала
встановлюють масловідбивачі та сальники.
На більшості сучасних ДВЗ на колінчастому валу встановлюють вінець датчика
положення вала – знімний (рис. 7.55) або відлитий як одне ціле з щоками та противагами (рис.
7.50).
Рисунок 7.56. Колінчастий вал зі знімним вінцем датчика положення (GM 3.6L)