Коленчатый вал, маховик

Коленчатый вал воспринимает усилия со стороны шатунов и преобразует их в крутящий момент. Он обеспечивает движение поршней во время вспомогательных тактов и запуска двигателя, а также приводит в действие различные механизмы и приборы. Коленчатый вал является нагруженной, дорогостоящей деталью двигателя. На него действуют периодически изменяющиеся силы давления газов, силы инерции масс кривошипно-шатунного механизма, возникающие крутильные колебания, реакции опор, момент сопротивления вращению со стороны маховика, силы трения в подшипниках. Поэтому коленчатый вал должен быть прочным, жестким, износостойким при относительно малой массе. Он должен создавать равномерное чередование рабочих ходов, быть статически уравновешенным и обеспечивать динамическую уравновешенность двигателя. Основные элементы коленчатого вала (коренные и шатунные шейки, щеки, носок и хвостовик) показаны на рис. 6.8. На носке вала имеется храповик для прокручивания двигателя. За задним коренным подшипником на хвостовике коленчатого вала некоторых двигателей предусмотрена маслосгонная резьба. На фланце хвостовика крепят маховик.
Опорами коленчатого вала являются коренные шейки с подшипниками скольжения, снабженные тонкостенными вкладышами. Вкладыши устанавливают в корпус подшипника, состоящего из двух частей — верхней половины, выполненной в картере, и нижней съемной крышки, которая крепится к картеру болтами. От осевого перемещения коленчатый вал удерживают упорные подшипники, неподвижные упорные кольца или кольцевой поясок на щеке вала и стальная упорная шайба. По количеству опор коленчатые валы делят на полноопорные (число коренных шеек на единицу больше числа шатунных, и они располагаются по обе стороны последних) и неполноопорные (число коренных шеек меньше числа шатунных). Число шатунных шеек в рядном двигателе соответствует числу цилиндров, а в V-об-разных двигателях их может быть вдвое меньше. Для снижения массы коленчатого вала и, следовательно, влияния центробежных сил в высокооборотных двигателях шатунные шейки выполняют полыми. Полость используется для центробежной очистки масла, поступающего к шатунным шейкам. Щеки коленчатого вала служат для соединения коренных и шатунных шеек. Они могут иметь в сечении, перпендикулярном к оси вала, круглую или овальную форму.

Форма коленчатого вала зависит от числа и расположения цилиндров, порядка работы и тактности двигателя, требований равномерности рабочего хода и уравновешенности двигателя.
Кривошипы валов четырехцилиндровых рядных двигателей (рис. 6.9, а) расположены попарно (1 и 4, 2 и 3) симметрично и смещены на 180°. Порядок работы таких двигателей установлен 1-3-4-2 или 1-2-4-3. Кривошипы рядных шестицилиндровых двигателей (рис. 6.9,б) также расположены попарно (7 и 6, 2 и 5, 3 и 4) симметрично, но с углом между коленами 120°. Порядок работы установлен 1-5-3-6-2-4 или 1-4-2-5-3-6. Такое расположение колен обеспечивает равномерное чередование рабочих ходов в отдельных цилиндрах и уравновешивает силы инерции. Коленчатые валы V-образных двигателей (рис. 6.9в, г) короче рядных. Для установки и точной фиксации противовесов на поверхности щеки обрабатывают площадку. Коренные подшипники обычно располагают через отсек двух цилиндров, шатуны которых опираются на одну шатунную шейку вала (двигатели ЯМЗ, КамАЗ и др.). Изготавливают коленчатые валы из среднеуглеродистых или легированных сталей.

Противовесы служат для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил вращающихся масс и уменьшения напряжений изгиба коленчатого вала, создаваемых шатунными шейками.
В коленчатом валу в процессе работы двигателя могут возникать крутильные колебания от периодически изменяющегося крутящего момента. Если частота крутильных колебаний совпадает с частотой собственных колебаний вала, то появляется явление резонанса, приводящее к разрушению вала. Поэтому у некоторых двигателей на коленчатом валу устанавливают гасители крутильных колебаний: демпферы, маятниковые антивибраторы, жидкостные (вязкостные). Гасители размещают на переднем конце коленчатого вала, где амплитуда колебаний достигает максимальных значений. Наиболее распространен гаситель колебаний сухого трения (демпфер), основанный на поглощении энергии колебаний силами трения.
Маховик обеспечивает равномерное вращение коленчатого вала, облегчает пуск двигателя и вывод поршней из мертвых точек. Он изготавливается в виде массивного литого диска, на наружную обработанную поверхность которого напрессовывают зубчатый венец. Маховик крепят болтами на фланце или в торце коленчатого вала. Центровку маховика обеспечивают точной обработкой наружной и торцовой поверхностей фланца и правильным их расположением относительно оси вала.