Колінчастий вал - без нього двигун перестає бути двигуном

Усі частини двигуна однаково важливі — двигуні немає «головних» і «неголовних» деталей, і вихід з ладу будь-якої з них відразу позначається на працездатності всієї установки. Але є одна деталь, без якої двигун перестає бути двигуном — це колінчастий вал, який перетворює зворотно-поступальний рух поршнів і шатунів в обертальний рух. Про колінчастому валі, його пристрої і ролі в двигуні читайте нижче.

Мабуть, найсерйозніша проблема техніки — перетворення зворотно-поступального руху в обертальний, і навпаки. Чоловік вирішив цю проблему ще 2,5 тисячі років тому, і створений тоді рішення практично в незмінному вигляді використовується й донині. Це — кривошип.

У сучасних двигунах внутрішнього згоряння також необхідно перетворення зворотно-поступального руху поршнів і шатунів в обертальний рух валу, маховика і, в кінцевому підсумку — коліс. З цим завданням справляється все той же кривошип, а точніше — кривошипно-шатунний механізм, головною деталлю якого є колінчастий вал.

Пристрій колінчастого вала

У коленвала відносно простий пристрій: він складається з колін, містять корінні і шатунні шийки, розділені щоками. Корінні шийки — це вісь коленвала, тому вони проходять точно по його центру. Шатунні шийки, як зрозуміло з назви, служать для кріплення і прийому зусиль від шатунів. Так як колінчастий вал — це кривошип, то шатунні шийки зміщені відносно осі вала й утримуються за допомогою щік.

Кількість шатунних шийок дорівнює кількості циліндрів, однак у більшості V-образних двигунів на одну шийку спираються відразу два циліндра. З іншого боку, на сучасних V-подібних двигунах можна зустріти колінвали, в яких кожен шатун припадає одна шийка, але спарені шийки при цьому зрушені відносно один одного на 18 градусів. Корінні шийки мають більший діаметр, ніж шатунні.

Щоки виконують кілька функцій. Вони не лише з'єднують шийки в єдину конструкцію, але також грають роль противаг для врівноваження шатунних шийок і шатунів. Відсутність противаг загрожує виникненням значних вібрацій, що в високооборотних двигунах може призвести до руйнування двигуна.

Найбільші навантаження на коленвале доводяться на місця з'єднання шийок і щік, тому для рівномірного розподілу навантажень на ці ділянки вони виконуються жолобник, тобто перехід від шийки до щоки виконаний з радіусом закруглення.

В цілому, положення шийок та щік в колінчастому валу повинно забезпечувати найбільш ефективне перетворення зворотно-поступального руху в обертальний, запобігати виникненню вібрацій і коливань, врівноважувати двигун і, нарешті, надійно протистояти изгибающим навантажень.

Полноопорные і неполноопорные колінчасті вали

Корінні шийки колінвала служать не тільки віссю, але також і підтримкою всього кривошипно-шатунного механізму. Навантаження від колінчастого вала передаються двигуна через корінні шийки, які спираються на корінні підшипники, закладені в картер двигуна.

Існує два види колінчастих валів, що відрізняються за типом опори:

• Полноопорные. У таких валах корінних шийок більше, ніж шатунних, при цьому корінні шийки розташовані по обидва боки шатунних шийок, чергуючись з ними (і корінних шийок на одну більше, ніж шатунних);
• Неполноопорные. У таких корінних шийок колінчастих валах менше, ніж шатунних, при цьому з обох сторін щоки може бути дві зміщених на певний кут шатунних шийки.

Неполноопорные колінвали мають більш просту конструкцію, однак вони з-за меншої кількості точок опори на картер двигуна повинні бути більш жорсткими і міцними, а значить — і більш важкими. Тому сьогодні більше поширення отримали полноопорные колінчасті вали, які при більш складному виробництві виходять більш легкими і надійними.

Підшипники

Колінчастий вал спирається на підшипники ковзання (також звані вкладишами), закладені в картер двигуна. Також підшипники ковзання передбачені для опори шатунів на колінчастий вал. Ці підшипники виконані зі сталевої стрічки, покритої спеціальним антифрикційним сплавом, знижує сили тертя між підшипником і валом.

Мастило двигуна і деталей КШМ

Особливе питання — змащення частин колінчастого валу і всього кривошипно-шатунного механізму. Питання це дійсно дуже важливий, так як для опори корінних шийок на картер і шатунів на шатунні шийки використовуються підшипники ковзання, які можуть нормально працювати тільки при постійній наявності мастила.

Для подачі масла до частин, що труться частин і деталей всередині коленвала у всіх його шийках і щоках передбачено канали. А щоб забезпечити надійне надходження масла до підшипників, його подача здійснюється під тиском.

Взаємодія колінчастого вала з іншими деталями

Як було сказано, колінвал приймає навантаження від шатунів, перетворюючи їх на крутний момент. Цей момент передається через хвостовик (задню вихідну частину валу) маховику і далі — трансмісії. Через іншу частину валу — передню, або шкарпетку — крутний момент передається на вал газорозподільного механізму і допоміжні системи двигуна.

Также на носке часто монтируется гаситель крутильных колебаний — несложное устройство из двух дисков, соединенных через пружины, резиновую прокладку, силиконовую жидкость или иной упругий материал. Гаситель сводит к минимуму возникающие во время работы двигателя крутильные колебания вала, снижая риск его повреждения.

Производство коленчатых валов

Коленчатый вал во время работы испытывает большие нагрузки, поэтому данная деталь даже для мощных дизельных двигателей изготавливается цельной. Сборные коленвалы показали свою несостоятельность в высокооборотных двигателях, и в автомобильных моторах сейчас они практически не используются.

Для виготовлення валів застосовуються сталь або чавун. Колінчаті вали з чавуну виробляються методом відливання, вали зі сталі — куванням або штампуванням. Надалі обидва види колінвалів піддаються різноманітним механічній обробці для досягнення необхідних параметрів — чистоти поверхні шийок, балансування і т. д.