Коленчатый вал, коренные подшипники и маховик

Коленчатый вал воспринимает усилия от шатуна и передает их трансмиссии, а также преобразует возвратно-поступательное движение поршня по вращательное. От вала приводятся в действие различные механизмы двигателя.

Воспринимаемые валом периодически действующие силы от давления газов и силы инерции возвратно-поступательно движущихся и вращающихся частей вызывают в его элементах деформации изгиба, кручения и сжатия. При работе вал подвергается износу.

Коленчатый вал, представленный на рис. 26, состоит из коренных шеек 1, которыми он опирается на коренные подшипники, расположенные в картере, шатунных шеек 10, щек 2, связывающих коренные и шатунные шейки, носка — переднего конца вала и хвостовика — его заднего конца. Шатунная шейка и прилегающие к ней щеки образуют кривошип (колено). Переход от щек к шейкам делается плавным для уменьшения напряжений металла. Этот переход называется галтелью 7.

Рис. 26. Коленчатые валы двигателей в сборе:

а — СМД-18БН; б — Д-240; в — СМД-60; г — ЯМЗ-238НБ: 1 — коренная шейка;

• 2 — щека; 3 — маховик; 4 — маслосгонная резьба; 5 — фланец; 6 — упорный гребень; 7 — галтель; 8 — упорное полукольцо; 9 — верхний вкладыш коренного подшипника; 10 — шатунная шейка; 11 — шестерня привода масляного насоса; 12 — распределительная шестерня; 13 — храповик; 14 — шкив;
• 15 — маслоотражатель; 16 — коленчатый вал; 17 — канал для подвода масла от коренной шейки во внутреннюю полость шатунной шейки; 18 — пробка;
• 19 — полость в шатунный шейке; 20 — нижний вкладыш коренного подшипника; 21 — установочный штифт; 22 — болт крепления маховика; 23 — зубчатый венец; 24 — противовес; 25 — болт крепления противовеса; 26 — замковая шайба; 27 — болт; 28 — трубка для чистого масла; 29 — гайка крепления переднего противовеса; 30 — крышка коренного подшипника

Коленчатые валы двигателей СМД-14БН, СМД-18БН, Д-240, Д-241, СМД-60, СМД-62, ЯМЗ-238НБ, ЯМЗ-240Б штампуют из стали. Все поверхности, сопрягающиеся с другими деталями, подвергаются механической обработке. Коренные и шатунные шейки обрабатывают с повышенной точностью. Для повышения твердости и износостойкости их подвергают поверхностной закалке, а затем шлифуют и полируют. Коленчатый вал двигателей СМД-14БН, СМД-18БН (рис. 26, а) может быть отлит из высокопрочного чугуна. Обе конструкции полностью взаимозаменяемы.

Коленчатые валы многих двигателей имеют противовесы 24, которые являются продолжением щек. Противовесы предназначены для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил инерции неуравновешенных масс кривошипа и нижней части шатуна. На двигателях Д-240 (рис. 26, б), А-01МЛ, ЯМЗ-238НБ, ЯМЗ-240Б (рис. 26, г) они крепятся к щекам болтами 25 и стопорятся замковыми шайбами 26. На СМД-60, СМД-62 они изготовлены как одно целое со щеками (рис. 26, в).

На двигателях с однорядным расположением цилиндров число шатунных шеек равно числу шатунов; а с V-образным — на каждой шейке крепят по два шатуна: один — для правого ряда, а другой — для левого (рис. 26, г).

Для обеспечения необходимой жесткости коленчатые валы выполняются многоопорными. На валах однорядных двигателей и двигателей с V-образным расположением цилиндров коренных шеек, как правило, на одну больше, чем шатунных.

На переднем конце валов закреплены одна (ЯМЗ-238НБ, ЯМЗ-240Б) или две (СМД-14БН, СМД-18БН, Д-240, А-01МЛ) шестерни 11 и 12 для привода механизма газораспределения и других механизмов, маслоотражатель 15, шкив 14 для привода вентилятора, а также храповик 13 или болт 27 для проворачивания вала. На шейке хвостовика имеется маслосгонная резьба 4, которая предотвращает вытекание масла из картера. В местах выхода из блок-картера передний и задний концы вала уплотнены сальниками. Хвостовик заканчивается фланцем 5 для крепления маховика.

Продольное перемещение коленчатого вала ограничивается специальным устройством одного из коренных подшипников. В двигателях СМД-60, СМД-62, А-01МЛ, Д-240, это полукольца 8 из сталеалюминиевой ленты, установленные в проточках, сделанных по торцам задней коренной опоры совместного с вкладышами подшипника. Для этой же цели сталеалюминиевые полукольца установлены на третьей коренной опоре коленчатого вала двигателя СМД-14БН, СМД- 18БН. В двигателях ЯМЗ-238НБ, ЯМЗ-240Б полукольца изготовлены из бронзы.

В шейках и щеках коленчатых валов двигателей имеются сверления для подвода масла к коренным и шатунным подшипникам. В шатунных шейках предусмотрены полости 19 для центробежной очистки масла, закрываемые пробками 18. Масло в полость попадает из коренной шейки по каналу 17. При вращении вала тяжелые примеси под действием центробежной силы отбрасываются к стенке полости, а очищенное масло по каналу или трубке 28 (Д-240) подается на поверхность шатунной шейки.

Расположение кривошипов коленчатого вала определяется числом цилиндров, тактностью двигателя, требованием его уравновешенности, а также равномерного чередования в нем тактов расширения. Кривошипы валов четырехцилиндровых дизельных двигателей СМД- 14БН, СМД-18БН, Д-240 расположены под углом 180° друг к другу, а двигателя А-01МЛ — 120° и симметрично по отношению к валу. В результате достигается равномерное чередование тактов расширения и хорошая уравновешенность двигателя. В двигателях СМД-60, СМД62 с V-образно расположенными цилиндрами кривошипы расположены под углом 120°, а в ЯМЗ-238НБ, ЯМЗ-240Б — под углом 90°.

Коренные подшипники, показанные на рис. 27, представляют собой вкладыши из стальной ленты, покрытые тонким слоем антифрикционного сплава (как и на вкладышах шатунных подшипников). В верхних вкладышах имеются сквозные отверстия 1, которые при установке подшипников в постель совпадают с каналами в блок-картере. По этим каналам масло из главной магистрали подается к подшипникам. На внутренних поверхностях первого, третьего и пятого верхних вкладышей, а также третьего и пятого нижних вкладышей двигателей СМД-14БН, СМД-18БН сделаны канавки 3, сообщающиеся с отверстием 1. Канавки служат для подвода масла через сверление в щеке коленчатого вала к соответствующему шатунному подшипнику. По отверстию 4 масло под давлением подводится к подшипникам распределительного вала.

Рис. 27. Вкладыши коренных подшипников двигателя СМД-18БН:

а — вкладыш третьего подшипника; б — вкладыши второго и четвертого подшипников: 1 — отверстие, совпадающее с каналом блок-картера; 2 — усик; 3 — кольцевая канавка; 4 — отверстие для подвода масла к подшипникам распределительного вала Верхние вкладыши вставлены в гнездо стенки или в перегородку блок-картера, а нижние — в крышки подшипников. Для предотвращения проворачивания и осевого перемещения вкладышей служат усики 2, входящие в пазы, имеющиеся в постелях блок-картера и в крышках. Нижние крышки не взаимозаменяемы, они крепятся к блок-картеру болтами или шпильками с гайками, зашплинтованными проволокой, или замковыми шайбами.

Маховик служит для вывода поршней из мертвых точек и уменьшения неравномерности вращения коленчатого вала. Накопленная маховиком кинетическая энергия облегчает работу двигателя при трогании трактора с места и преодолении кратковременных перегрузок. Маховики отливают из чугуна. Их размеры и масса зависят от частоты вращения вала, числа цилиндров и заданной степени неравномерности вращения коленчатого вала. С увеличением частоты вращения количество кинетической энергии повышается, поэтому у быстроходных двигателей масса и размеры маховика меньше. Неравномерность вращения коленчатого вала уменьшается с увеличением числа цилиндров, поэтому чем больше число цилиндров, тем легче масса маховика двигателя.

Маховик 3 (см. рис. 26) представляет собой массивный литой диск. Он крепится болтами и фиксируется установочными штифтами на фланце коленчатого вала (СМД-14БН, СМД-18БН, СМД-60, СМД-62) или непосредственно на его хвостовике (Д-240, А-01МЛ, ЯМЗ-238НБ, ЯМЗ-240Б). На ободе маховика установлен зубчатый венец 23, который образует с шестерней электростартера или пускового двигателя зубчатую пару для вращения коленчатого вала. На СМД-14БН, СМД-18БН, А-01МЛ, Д-240 венец напрессован на маховик, а на ЯМЗ-238НБ, ЯМЗ- 24Б — крепится к нему болтами.

Для определения ВМТ в первом цилиндре и положения вала, соответствующего началу подачи топлива насосом, на маховики наносят метки или сверлят в них углубления. Для установки поршня первого цилиндра в ВМТ на двигателях СМД-14БН, СМД-18БН и А-01МЛ из кожуха маховика вывертывают специальную шпильку и длинным концом вставляют в отверстие, из которого она была вывернута. Затем, нажимая на шпильку, проворачивают вал до тех пор, пока шпилька не войдет в сверление на маховике.

На торце маховика всех двигателей, кроме Д-240, установлен подшипник вала сцепления, а на СМД-60, СМД-62 еще и шлицевая втулка привода ВОМ.