Осевая фиксация коленчатого вала

Коренные шейки КВ в картере двигателя располагаются в опорных коренных подшипниках (по количеству коренных шеек). Опорные коренные подшипники воспринимают радиальные усилия, возникающие в результате действия давления газов в цилиндрах и сил инерции неуравновешенных масс КШМ.

Во избежание осевого перемещения КВ относительно картера в двигателе применяется дополнительно установочный подшипник (один на двигатель). Принципиальным отличием установочного подшипника от подшипника упорного является отсутствие значительного осевого усилия, воспринимаемого установочным подшипником. Имеющееся в автомобильном двигателе и воспринимаемое установочным подшипником осевое усилие обусловлено исключительно возможностью свободного перемещения КВ вдоль оси вращения под действием силы тяжести при наклоне автомобиля.

Примечание. Упорный подшипник полностью воспринимает и передает на корпус транспортного средства тяговое усилие, создаваемое, например, гребным винтом судна или пропеллером самолета. При этом упорный подшипник обычно устанавливается на вале винта вне картера двигателя.

Таким образом, основной функцией установочного подшипника является ограничение осевого перемещения КВ относительно картера в зоне расположения этого подшипника. Взаимное расположение установочного и радиального коренного подшипников показано на рис. 4.3.

На выбор места расположения установочного подшипника влияют следующие факторы:

• 1) значения коэффициентов линейного расширения материала КВ и материала картера;
• 2) способ отбора мощности с коленчатого вала;
• 3) общая длина КВ.

Рис. 4.3. Осевая фиксация КВ: / - поперечная перегородка картера; 2 — верхние полукольца установочного подшипника; 3 — вкладыши коренного подшипника; 4 — нижние полукольца установочного подшипника; 5 — крышка коренного подшипника; 6 — щека КВ При значительной разности коэффициентов линейного расширения (например, при изготовлении картера из алюминиевого сплава) установочный подшипник следует размещать в зоне центральной шейки КВ. Это позволяет уменьшить перемещения КВ относительно картера при нагревании двигателя во время работы. Поскольку при таком решении фланец отбора мощности двигателя имеет линейное перемещение, то фланцевое соединение с потребителем оказывается в ряде случаев невозможным, поэтому приходится прибегать к отбору мощности с использованием шлицевого соединения.

Для обеспечения фланцевого соединения с потребителем мощности необходимо размещать установочный подшипник в зоне ближайшей к маховику коренной шейки КВ.

При значительной длине КВ, особенно когда он устанавливается в картер из алюминиевого сплава, для уменьшения перемещения КВ относительно картера рекомендуется размещать установочный подшипник в зоне центральной шейки КВ.

На рис. 4.4 показаны осевые зазоры в КШМ 4-цилиндрового двигателя при расположении установочного подшипника со стороны маховика.

Рис. 4.4. Осевые зазоры в КШМ двигателя: 0… IV — коренные опоры КВ; / - поршень; 2 — поршневой палец; 3 — шатун; 4 — щека КВ; 5 — рабочая поверхность цилиндра; б — маховик (фланец отбора мощности); Д — монтажный осевой зазор; L — длина КВ в корпусе двигателя Осевой зазор между обращенной к щеке КВ рабочей поверхностью установочного подшипника и рабочей поверхностью щеки составляет не более 0,3…0,5 мм. Этот зазор необходим для обеспечения в установочном подшипнике жидкостного трения и отвода смазки, вытекающей из зазора расположенного рядом коренного подшипника. Таким образом, в зоне расположения установочного подшипника взаимные осевые перемещения КВ и корпуса двигателя практически исключены.

При изготовлении картера двигателя из алюминиевого сплава осевое перемещение КВ относительно картера по мере удаления от установочного подшипника возрастает, поэтому между щеками КВ и торцами коренных подшипников, воспринимающих только радиальную нагрузку, должен быть предусмотрен монтажный осевой зазор, А = 3…5 мм. Наличие такого зазора гарантирует свободное перемещение кривошипов КВ относительно корпуса на всех нагрузочных режимах работы двигателя. При этом должна быть также гарантирована возможность перемещения коренных шеек КВ в подшипниках только своей цилиндрической частью — контакт галтелей с вкладышами коренных подшипников должен быть исключен.

Монтажный осевой зазор можно рассчитать по выражению.

где Д_кв — симметричный допуск на расположение кривошипов КВ по длине (Д_кв = 0,4…0,8 мм);

Д_кор — симметричный допуск по длине корпуса на расположение гнезд коренных подшипников (Д_кор = 0,4…0,8 мм);

Дт_ерм — разность линейных удлинений корпуса и КВ при нагреве до рабочей температуры;

Д — гарантированный зазор.

При расположении установочного подшипника в зоне коренной шейки у маховика разность линейных удлинений корпуса и КВ при нагреве до рабочей температуры при разных значениях коэффициентов линейного расширения рассчитывается по формуле.

где / - разность температур КВ и корпуса двигателя, °С;

L — длина КВ в корпусе двигателя, мм.

Очевидно, что при расположении установочного подшипника в средней части КВ значение величины Д_тсоы уменьшается вдвое.

Шатуны монтируются на шатунные шейки КВ с осевым зазором, составляющим 0,3…0,5 мм. Этот зазор необходим для обеспечения жидкостного трения по торцам шатунного подшипника и отвода из него смазки. При таком осевом зазоре шатуны практически зафиксированы на КВ и при линейном расширении КВ перемещаются вместе с ним. Поскольку положение каждого поршня определяется положением соответствующего цилиндра, то во избежание перекоса КШМ между торцовыми поверхностями поршневых головок шатунов и бобышками поршней также должен быть предусмотрен монтажный осевой зазор Д ~ 3…5 мм.