0,15 Мн/м2 (1,5 кГ/см2), для коленчатых валов используют высоколегированные стали 18ХНМА, 18ХНВА и 40ХНМА с повышенными пределами текучести и прочности.

Обычно коленчатые валы изготовляют ковкой. В последнее время стали применять литые коленчатые валы из высокопрочного чугуна, модифицированного магнием, перлитного ковкого чугуна, легированного никельмолибдено-вого чугуна.

Наибольшее применение для литых коленчатых валов получил высокопрочный ВЧ 50-1,5 (НВ 187—255) и перлитовый чугун.

Литые коленчатые валы имеют следующие преимущества по сравнению с коваными: меньший расходметалла,сокращениечисла операцийпримеханическойобработке,возможность придания оптимальных форм в отношении распределения металла и повышения усталостной прочности.

Литые коленчатые валы из чугуна обладают лучшей способностью гашения крутильных колебаний.

Литые чугунные валы обладают меньшей прочностью (особенно на изгиб), чем штампованные стальные валы. Поэтому у чугунных валов увеличивают диаметры шатунных и коренных шеек, толщину щек и радиусы галтелей. Чугунные коленчатые валы изготовляют полноопорными. Шейки чугунных валов имеют высокую износостойкость, что позволяет применять подшипники из свинцовистой бронзы.

Масса обработанного литого коленчатого вала на 10—15% меньше массы кованого.

После ковки коленчатые валы отжигают или нормализуют для снятия внутренних напряжений и понижения твердости до НВ 163—269,чтобы облегчитьмеханическую обработку.После механической обработки коленчатые валы перед шлифованием подвергают вторичной термической обработке (закалка и отпуск), что значительно улучшает их механические свойства и повышает поверхностную твердость шеек. Обычно вторичная термическая обработка производится с нагревом т. в. ч. (токами высокой частоты).

Глубина закаленного слоя должна быть не менее 3—4 м.и, чтобы после перешлифования шеек коленчатого вала под ремонтные размеры толщина закаленного слоя была не менее 1 мм. Твердость шеек коленчатого вала из стали 50Г HRC52—62, а из стали 45Г2 — HRC48—50.

Коленчатый вал — деталь (или узел деталей в случае составного вала) сложной формы, имеющая шейки для крепления шатунов, от которых воспринимает усилия и преобразует их в крутящий момент. Составная часть кривошипно-шатунного механизма (КШМ).

Содержание

История [ править | править код ]

Впервые столь важную механическую деталь как коленчатый вал описал и сконструировал средневековый учёный Аль-Джазари в Османской империи в 13 веке. В 1206 году в трактате «Китаб фи марифат аль-хиял аль-хандасийя» (Книга знаний об остроумных механических устройствах) описан механизм вала.

Основные элементы коленчатого вала [ править | править код ]

• Коренная шейка — опора вала, лежащая в коренном подшипнике, размещённом в картере двигателя.
• Шатунная шейка — опора, при помощи которой вал связывается с шатунами (для смазки шатунных подшипников имеются масляные каналы).
• Щёки — связывают коренные и шатунные шейки.
• Передняя выходная часть вала (носок) — часть вала на которой крепится зубчатое колесо или шкив отбора мощности для привода газораспределительного механизма (ГРМ) и различных вспомогательных узлов, систем и агрегатов.
• Задняя выходная часть вала (хвостовик) — часть вала соединяющаяся с маховиком или массивной шестернёй отбора основной части мощности.
• Противовесы — обеспечивают разгрузку коренных подшипников от центробежных сил инерции первого порядка неуравновешенных масс кривошипа и нижней части шатуна.

Размеры коленчатых валов [ править | править код ]

Определяются как результат расчётов, причём часть размеров задаётся исходя из выбранной компоновки. Например, количество шатунных шеек определяется в зависимости от числа цилиндров. В многорядных двигателях (V, W, X-образных, звездообразных) одна шатунная шейка воспринимает нагрузки сразу нескольких шатунов (или одного центрального, соединённого с прицепными). Коленчатый вал воспринимает крутящий момент, имеющий переменное значение, а следовательно, работает на скручивание и должен иметь достаточный запас прочности (обычно 2,5) по усталостному напряжению на сдвиг.

Стальные валы (чаще всего) имеют невысокое внутреннее демпфирование крутильных колебаний, что в некоторых случаях угрожает валу разрушением из-за резонанса при прохождении опасной зоны по числу оборотов. Поэтому валы такие снабжают демпферами крутильных колебаний, расположенными на переднем носке вала.

Кроме усталостной прочности, коленвалы должны иметь определённую площадь шеек, задающую контактное давление подшипников скольжения или качения. Максимальное контактное давление и скорость скольжения для антифрикционных материалов может быть несколько повышено при высокой твёрдости шеек и высококачественной смазке. Превышение их выше допустимых ведёт к выплавке/растрескиванию антифрикционного слоя или питтингу роликов (подшипники качения).

Диаметр шатунных шеек (исходя из упомянутых соображений) может быть увеличен косым разъёмом шатуна (что увеличивает его трудоёмкость и стоимость), длину же можно увеличить либо за счёт коренных шеек (что увеличивает контактное давление), либо увеличением расстояния между цилиндрами (что ведёт к увеличению габаритов и массы двигателя). В последние десятилетия, в связи с появлением новых высопрочных антифрикционных сплавов и высококачественных масел, длину шеек валов (а вместе с ним — и межцилиндровое расстояние) конструкторы сокращают.

Материал и технология изготовления заготовок коленчатых валов [ править | править код ]

Материал и технология изготовления зачастую тесно увязаны между собой. В данном случае, стальные валы (с целью достижения наивысшей прочности и вязкости) получают ковкой, чугунные (материал ковке не поддаётся) — литьём.

Стальные коленчатые валы [ править | править код ]

Коленчатые валы изготовляют из углеродистых, хромомарганцевых, хромоникельмолибденовых, и других сталей, а также из специальных высокопрочных чугунов. Наибольшее применение находят стали марок 45, 45Х, 45Г2, 50Г, а для тяжело нагруженных коленчатых валов дизелей — 40ХНМА, 18ХНВА и др [1] . Преимуществом стальных валов является наивысшая прочность, возможность получения высокой твёрдости шеек азотированием, чугунные валы – дешевле.

Выбор стали определяется поверхностной твёрдостью шеек, которую нужно получить. Твёрдость около 60 HRC (необходимая для применения роликовых подшипников) может быть получена, как правило, только химико-термической обработкой (цементация, азотирование, цианирование). Для этих целей годятся, как правило, малоуглеродистые хромоникелевые или хромоникельмолибденовые стали (12ХН3А, 18ХНВА, 20ХНМА, причём для валов средних и крупных размеров требуется большее легирование дорогостоящим молибденом. Однако в последнее время для этого стали употреблять дешёвые стали регламентированной прокаливаемости, позволяющие получить высокую твёрдость при сохранении вязкости сердцевины. Меньшая твёрдость, достаточная для надёжной работы подшипников скольжения, может быть получена закалкой ТВЧ как среднеуглеродистых сталей, так и серого или высокпрочного чугуна (45..55 HRC).

Заготовки стальных коленчатых валов средних размеров в крупносерийном и массовом производстве изготовляют ковкой в закрытых штампах на молотах или прессах, при этом процесс получения заготовки проходит несколько операций. После предварительной и окончательной ковки коленчатого вала в штампах производят обрезку облоя на обрезном прессе и горячую правку в штампе под молотом.

В связи с высокими требованиями механической прочности вала большое значение имеет расположение волокон материала при получении заготовки во избежание их перерезания при последующей механической обработке. Для этого применяют штампы со специальными гибочными ручьями. После штамповки перед механической обработкой, заготовки валов подвергают термической обработке — нормализация — и затем очистке от окалины травлением или обработкой на дробеметной машине.

Крупноразмерные коленчатые валы, такие как судовые, а также коленвалы двигателей с туннельным картером являются разборными, и соединяются на болтах. Коленвалы могут устанавливаться не только на подшипниках скольжения, но и на роликовых (шатунные и коренные), шариковых (коренные в маломощных моторах). В этих случаях и к точности изготовления, и к твёрдости предъявляются более высокие требования. Такие валы поэтому всегда изготовляют стальными.

Чугунные коленчатые валы [ править | править код ]

Литые коленчатые валы изготовляют обычно из высокопрочного чугуна, модифицированного магнием. Полученные методом прецизионного литья (в оболочковых формах) валы по сравнению со «штампованными» имеют ряд преимуществ, в том числе высокий коэффициент использования металла и хорошее демпфирование крутильных колебаний, позволяющее часто отказаться от внешнего демпфера на переднем носке вала. В литых заготовках можно получить и ряд внутренних полостей при отливке [2] .

Припуск на обработку шеек чугунных валов составляет не более 2,5 мм на сторону при отклонениях по 5-7-му классам точности. Меньшее колебание припуска и меньшая начальная неуравновешенность благоприятно сказываются на эксплуатации инструмента и «оборудования», особенно в автоматизированном производстве.

Правку валов производят после нормализации в горячем состоянии в штампе на прессе после выемки заготовки из печи без дополнительного подогрева.

Масляные отверстия в коленвалах соединяют обычно соседние коренную и шатунную шейку, и выполняются сверлением. Отверстия в щёках при этом зачеканиваются либо закрываются пробками на резьбе.

Механическая обработка коленчатых валов [ править | править код ]

Сложность конструктивной формы коленчатого вала, его недостаточная жесткость, высокие требования к точности обрабатываемых поверхностей вызывают особые требования к выбору методов базирования, закрепления и обработки вала, а также последовательности, сочетания операций и выбору оборудования. Основными базами коленчатого вала являются опорные поверхности коренных шеек. Однако далеко не на всех операциях обработки можно использовать их в качестве технологических. Поэтому в некоторых случаях технологическими базами выбирают поверхности центровых отверстий. В связи со сравнительно небольшой жесткостью вала на ряде операций при обработке его в центрах в качестве дополнительных технологических баз используют наружные поверхности предварительно обработанных шеек.

При обработке шатунных шеек, которые в соответствии с требованиями технических условий должны иметь необходимую угловую координацию, опорной технологической базой являются специально фрезерованные площадки на щеках [3] . По окончании изготовления коленчатые валы обычно подвергают динамической балансировке в сборе с маховиком (автомобильные двигатели).

В большинстве случаев коленчатые валы предусматривают возможность их перешлифовки на ремонтный размер (обычно 4-6 размеров, ранее было до 8). В этом случае коленвалы шлифуют вращающимся наждачным кругом, причём вал проворачивается вокруг осей базирования. Конечно, эти оси для коренных и шатунных шеек не совпадают, что требует перестановки. При перешлифовке требуется соблюсти межцентровое состояние, и согласно инструкции, валы после шлифовки подлежат повторной динамической балансировке. Чаще всего это не выполняют, потому отремонтированные двигатели часто дают большую вибрацию. При шлифовании важно соблюсти форму галтелей, и ни в коем случае не прижечь их. Неправильная обработка галтелей часто приводит к разрушению коленчатого вала.

Термическая и химико-термическая обработка валов [ править | править код ]

Коленчатые валы для увеличения прочности и износостойкости шеек подвергают термической, а иногда и химико-термической обработке: закалка ТВЧ, азотирование, закалка поверхностного слоя (стали регламентируемой прокаливаемости 55ПП, 60ПП). Получаемая твёрдость зависит от количества углерода (закалка ТВЧ, обычно не более 50..55 HRC), либо вида ХТО (азотирование даёт твёрдость 60 HRC и выше) [1] . Глубина закалённого слоя шеек позволяет обычно использовать 4-6 промежуточных ремонтных размеров шеек вала, азотированные валы не шлифуют. Вероятность задира шейки с ростом твёрдости значительно снижается.

При ремонте коленчатых валов используются также методы напыления, в том числе — плазменного. При этом твёрдость поверхностного слоя может повышаться даже выше заводских значений (для закалки ТВЧ), а заводские диаметры шеек восстанавливают до нулевого размера.

Неисправности [ править | править код ]

При эксплуатации из-за разных причин могут наблюдаться такие неисправности:

• износ вала по коренным или шатунным шейкам;
• изгиб;
• разрушение вала [4] ;
• износ посадочных поверхностей под маховик, сальник (сальники), переднюю шестерню.

При износе шеек выше допустимого или незначительном изгибе, устранимом перешлифовкой, коленчатый вал обрабатывают под следующий ремонтный размер. Однако при больших задирах (например, при выплавлении вкладышей с проворотом) иногда перешлифовывают «через размер», т.е. сразу на 2 размера. Все коренные шейки, а также все шатунные шлифуют в один размер – например, коренные могут быть 2-го ремонтного размера, а шатунные 3-го, в любой комбинации размеров. Коленчатые валы с подшипниками качения и азотированные перешлифовке не подлежат.

Однако руководства по армейскому полевому ремонту (двигатели боевых машин) обычно предписывают индивидуальный ремонт, поэтому шатунные/коренные шейки могут иметь разный диаметр после шлифовки, и даже не иметь стандартного ремонтного размера(!). Вкладыши при этом растачиваются парами, используются заготовки с минимальным внутренним диаметром. Плюсом является наивысшая скорость починки и унификация запчастей (вкладыши).

Разрушение вала происходит от усталостных трещин [4] , возникающих иногда из-за прижога галтелей при шлифовке. Трещины развиваются в некачественном материале (волосовины, неметаллические включения, флокены, отпускная хрупкость) либо при превышении расчётных величин крутильных колебаний (ошибки при проектировании, самостоятельная форсировка по числу оборотов дизеля). Возможна поломка по причине превышения числа оборотов, отказе демпфера, заклинивания поршня [5] . Сломанный вал ремонту не подлежит. При износе посадочных поверхностей могут применяться электрохимическая обработка, плазменная или электродуговая наплавка поверхностей, а также другие решения.

собственно вопрос в названии темы)

Смотрите также

Метки: коленвал, материал

Комментарии 18

Из пластика ё-моё!

в любом случае это не просто кусок металла причудливой формы, проще говоря внутри коленвала метал более мягкий чем снаружи, для того чтобы он выдерживал нагрузки и биения при работе, он как бы не много изгибается. клапана также сделаны из окалиностойкой стали, а внутри залит жидкий натрий, для того чтобы выдерживать высокие температуры и резкие перепады.

Там не два материала. Весь коленвал из одногодного материала, из чугуна. Но поверхность подвергнута термической обработке.

Уже давно не закаливают поверхность вала. Это был удел совдепа. Сейчас наши бравые ЗМЗшники заявляют, что это приводит к необоснованному удорожанию детали.

Там не два материала. Весь коленвал из одногодного материала, из чугуна. Но поверхность подвергнута термической обработке.

я не говорил, что там два металла.

в любом случае это не просто кусок металла причудливой формы, проще говоря внутри коленвала метал более мягкий чем снаружи, для того чтобы он выдерживал нагрузки и биения при работе, он как бы не много изгибается. клапана также сделаны из окалиностойкой стали, а внутри залит жидкий натрий, для того чтобы выдерживать высокие температуры и резкие перепады.

какой какой там натрий? оО =)

Внутри клапана имеется полость, заполненная на 50…60% натрием. Полость закрыта заглушкой, приваренной к тарелке клапана. Во время работы двигателя натрий плавится и, переливаясь при встряхивании, интенсивно переносит тепло от головки к стержню, а от стержня тепло передается втулке клапана. Благодаря этому температура тарелки клапана снижается.

нет там ничего подобного. но должно быть. но нету:)

если память мне не изменят то есть два двигателя умз 417 и змз 402. так вот распредвалы у них одинаковые. У умз сделан из чугуна, а у змз из стали .

Есть еще УМЗ 421 и на всех заводской распредвал, как и коленвал из одного и того же материала сделан.

Из дерева, странный вопрос, из чего ещё коленвалы делают:-)

зачет это нужно знать ?именно марку ну чугун

Изготовление коленчатого вала двигателя

Совершенствование технологического процесса изготовления коленчатых валов — один из решающих факторов увеличения моторесурса двигателей. Для повышения их надежности и ка­чества изготовления проведен комплекс исследований и конструкторско-технологических мероприятий, которыми преследовалась цель уменьшить остаточные напряжения в волокнах материала, снизить влияние концентраторов напряжений, улучшить формо­образование заготовки, усовершенствовать термическую обра­ботку, применить различные методы упрочнения и повышения качества.

Материалы изготовления коленчатого вала 

Коленчатые валы двигателя шести- и восьмицилиндровых четырехтакт­ных двигателей изготовляются из марганцовистой стали 50Г, а двенадцати цилиндровых — из Хромованадиевой стали 60ХФА. Коренные и шатунные шейки, а также шейки под уплотнительные манжеты подвергаются поверхностной закалке с нагревом ТВЧ. Сложная форма кованых коленчатых валов влечет за собой необ­ходимость сравнительно большого съема металла при механиче­ской обработке. Металл снимается не только на шейках, но и на щеках. Сравнительно большие припуски имеют коленчатые валы У-образных двигателей, ко_гда шейки расположены в не­скольких плоскостях. Кроме того, стремление использовать штамп как можно дольше также приводит к увеличению припу­сков. Согласно исходной технологии токарная обработка корен­ных шеек, переднего и заднего Концов коленчатого вала прово­дилась одновременно на многорезцовых станках мод. МК-840, а шатунных шеек на многорезцовых станках мод. МК-8212. При этом суммарная ширина режущих кромок одновременно рабо­тающих резцов на станке мод. МК-840 для шестицилиндровых валов составляла 440 мм, для восми-цилиндровых 490 мм, а на станке мод. МК-8212 — соответственно 240 и 320 мм.

Наличие значительных сил резания и ударных нагрузок при обработке щек в сочетании с перераспределением внутренних напряжений в материале вала после снятия поверхностного слоя штампованной заготовки приводило к короблению вала на пред­варительных операциях его изготовления. Нагрев шеек при закалке ТВЧ также вызывал дополнительное коробление вала. При этом суммарные деформации вала достигали 1,5—2 мм. I С целью их устранения технологическим процессом предусма­тривалась правка вала, которая производилась после обтачи­вания коренных и шатунных шеек и после термической обработки. Процесс правки заключался в неоднократном прогибе вала с устра­нением биения до допустимых величин.

Холодная правка коленчатого вала 

Холодная правка в про­цессе механической обработки приводила к возникновению боль­ших остаточных напряжений. Исследованиями на усталостных машинах коленчатых валов, подвергавшихся холодной правке, и валов, не подвергавшихся правке, показали значительную разницу в их прочностных характеристиках. Усталостная проч­ность коленчатых валов, подвергавшихся холодной правке, снижается на 30% и более. При этом характерно значительное рассеяние разрушающих напряжений . В процессе эксплуата­ции двигателя происходила релаксация остаточных напряжений, что приводило к короблению валов и отрицательно сказывалось на надежности как собственно вала, так и сопрягаемых с ним деталей и прежде всего подшипников (вкладышей) и блока ци­линдров.

Перецентровка коленвала

Чтобы исключить причины, вызывающие появление остаточ­ных напряжений, в технологию изготовления вала введены до­полнительные операции перецентровки: первая — после обтачи­вания коренных шеек, вторая — после термической обработки. Базой при перецентровках приняты первая и четвертая коренные шейки, что позволило усреднить биение и снизить припуски на последующую обработку. Во время второй перецентровки, произ­водимой на алмазно-расточном станке, кроме корректировки центров улучшается форма центровых фасок, уменьшается шеро­ховатость поверхности, что важно для последующей обработки детали на финишных операциях. Все это позволило ликвиди­ровать операции правки валов, уменьшить и стабилизировать межоперационные припуски и, в конечном итоге, благоприятно сказалось на надежности коленчатых валов в эксплуатации. Проблема снижения остаточных напряжений решена путем внед­рения более производительного и прогрессивного способа пред­варительной обработки коленчатых валов методом кругового фрезерования. При этом методе обработка производится много­резцовыми фрезерными головками, оснащенными твердосплав­ными неперетачиваемыми пластинками с механическим крепле­нием. Резание ведется на скорости 100—150 м/мин. Коленчатый вал производит за цикл медленный поворот в режиме подачи. Количество шеек, обрабатываемых за один поворот детали, соот­ветствует количеству фрезерных головок. Таким методом можно обрабатывать как коренные, так и шатунные шейки. По сравне­нию с точением фрезерование характеризуется сравнительно невысокой нагрузкой на коленчатый вал во время обработки. Достигается это соответствующим расположением режущих кро­мок пластинок фрезерной головки, благодаря чему весь профиль шейки делится на отдельные участки (секторы). При этом режу­щие кромки инструмента вступают в работу попеременно, что значительно снижает силы резания. Привод круговой подачи осуществляется с обоих концов вала, благодаря чему исключается   его деформация  и обеспечивается высокая геометрическая точность. Стружка дробится, что также положительно сказывается на параметрах процесса.

Обработка шатунных шеек

Обработка шатунных шеек, раз­личается методом врезания фрезерной головки. По первой схеме врезание производится в проем между щеками на величину  до достижения заданного диаметра шейки А по­следующее снятие припуска ведется при круговой подаче. По второй схеме  врезание происходит непосредственно в шейку, а остальная ее часть и проем между щеками обрабаты­ваются при круговой подаче. В этом случае за счет уменьшения длины врезания повышается производительность обработки. По первой схеме обрабатываются валы двенадцати цилиндровых дви­гателей одновременно двумя фрезами от самостоятельных при­водов последовательной обработки в сочетании 1—6-й, 2—5-й и 3—4-й шейки. Контуры шейки и щек формируются на раздель­ных станках. Шейки и щеки валов шести- и восьмицилиндровых двигателей обрабатываются по второй схеме на одном станке. Станок имеет самостоятельные позиции с независимыми приво­дами для обработки двух валов одновременно.

Коренные шейки фрезеруются одновременно, при этом выдерживаются размеры.  Шатунные шейки фрезеруют после­довательно (1, 2, 3 и 4-я) с выдержкой диаметра шейки  и толщины буртиков щек  с обоих сторон, радиусов галтелей, радиуса кривошипа . Оси кривошипов 2, 3 и 4-й шейки относительно 1-й выдерживаются с точностью ±15′. Линейные размеры до торцов щек выдерживаются с точностью 0,2 мм. Ширину шеек и радиусы галтелей по заданным размерам определяет приме­няемый инструмент. На круглофрезерные станки вал поступает с обработанными хвостовиками для базирования  в  постелях зажимных патронов и с проточкой диаметром  и ши­риной  на средней шейке для установки люнета. При фрезе­ровании коренных шеек средняя опора находится в жестком люнете, а 2 и 4-я шейки устанавливаются в следящий гидравли­ческий люнет. Благодаря этому деталь имеет надежное крепле­ние и не подвергается деформации при обработке. Снятие при­пуска ведется двумя комплектами, состоящими из двух и трех фрез, расположенных с противоположных сторон детали. Такая схема размещения инструмента позволяет снизить величину сил, скручивающих вал при обработке. При фрезеровании шатунных шеек 2, 3 и 4-я коренные шейки находятся в гидролюнетах, а 1 п 5-я помещены в базовых вкладышах зажимных патронов. В про­цессе фрезерования шатунной шейки фреза совершает синхронное С кривошипом вала возвратно-поступательное перемещение в го­ризонтальной плоскости. Как видно из приведенных схем, усилия резания  воспринимаются   хвостовиками   вала,   закрепленными I патронах жестких шпинделей. Двойной привод вала, жесткие и точные люнеты, установленные на шейках, обеспечивают мини­мальное скручивание и прогиб вала. Деформации вала по новой технологии 0,1—0,2 мм (против 1,5—2 мм по старой). Это позво­лило отказаться от первой перецентровки и получить после закалки ТВЧ и отпуска коленчатые валы с биением по коренным шейкам в пределах 0,3—0,4 мм.

Благодаря высокой точности, достигаемой на станках для кругового фрезерования, припуски на шлифование обработанных коренных и шатунных шеек сводятся к минимуму. При данном методе на обработанной поверхности образуется огибающая кривая в виде многоугольника с большим количеством граней. Такой профиль является результатом специфических условий обработки данным инструментом. При рассмотрении поверхности обработки кажется на первый взгляд, что последующее оконча­тельное шлифование можно осуществить только с повышенным износом шлифовального круга. Однако на практике имеет место обратная картина, когда грани вызывают саморегулирующий износ и очистку зерен шлифовального круга. Эта особенность процесса позволяет в ряде случаев отказаться от операции пред­варительного шлифования. Фрезерные головки оснащены твердо­сплавными поворотными пластинками, которые устанавливаются в точно выполненные пазы и закрепляются при помощи каленых клиньев.

В зависимости от профиля пластинки имеют до восьми режу­щих кромок. При повороте или замене пластинок сохраняется точность кругового вращения и ширина инструмента в пределах допуска пластинок, который составляет по ГОСТ 19086—73. Материал пластинок для обработки валов из стали 50Г-СШ и 60ХФА — твердый сплав Т14К8; формы пласти­нок 07141—270660 по ГОСТ 19061—73, 09141—180600 по ГОСТ 19058—73 и др. Смена и проверка пластинок фрезерной головки осуществляется вне станка, поэтому при замене фрезы не требуется наладки станка, что обеспечивает сокращение вре­мени на простой оборудования, связанный с техническим обслу­живанием, и обеспечивает стабильное качество. В настоящее время метод кругового фрезерования шеек коленчатых валов наиболее прогрессивен, так как обеспечивает высокую произво­дительность и точность получения геометрических параметров детали, а также снижение внутренних напряжений в волокнах металла. Конструкции станков для данного вида обработки со­вершенствуются. В частности, кругло фрезерные станки с внеш­ним расположением инструмента заменяются станками, где обра­ботка ведется фрезой с внутренним расположением зуба. Новый принцип обработки позволяет, с одной стороны, создать более жесткий рабочий орган фрезерной головки, что обеспечивает спокойную работу при повышении режимов более чем в 2 раза, с другой стороны, станок стал меньше по габаритам. Примером та­ких станков могут служить мод. RFК-250, RFК400 фирмы «Геллер».

Коленчатые валы для дизельных двигателей

Коленчатый вал считается одним из наиболее важных составляющих силового агрегата транспортного средства. Он находится в цилиндровом блоке и способствует преобразованию возвратно-поступательного движения поршней в крутящий момент. Дальше момент через трансмиссию поступает на колеса транспортного средства. Одним из крупнейших производителей отечественных дизельных силовых агрегатов остается ЯМЗ. Моторы от Ярославского завода нашли свое применение в различных отраслях автомобильной промышленности и сельскохозяйственной деятельностью.

Среди гаммы силовых агрегатов особенно стоит выделить V- образные двигатели ЯМЗ-236, 238, а также новую линейку рядных силовых установок ЯМЗ-534, 536 и 650.Основным из достоинств отечественного дизеля считается широкий мощностной диапазон, а также отличная ремонтопригодность. Так как коленвал во время работы ДВС испытывает большие нагрузки, потребность в его ремонте, а иногда даже замене, возникает нередко.

Какую работу выполняет коленчатый вал

Коленвал – достаточно сложная деталь, состоящая из шатунных шеек, расположенных на одной оси колен, и соединенных специальными щеками. Как правило, он цельный, поэтому вал можно смело называть деталью. Посредством шейки шатунов обеспечивается его соединение с поршнями для совершения поступательно-возвратных действий при сгорании топлива.

Так как коленчатый вал работает в тяжелых условиях и совершает большое количество оборотов, к нему выдвигают особые требования по материалам и технологии изготовления. Обычно коленвал для двигателя отливают из высокопрочного чугуна, но также часто используют сталь. Кованые коленчатые валы способны выдержать большую нагрузку, поэтому их чаще всего ставят на турбированные силовые агрегаты.

Конструкция коленвала:

·         коренные шейки – служат опорой конструкции на подшипниках;

·         шатунные шейки – и опора, и элемент соединения с шатунами;

·         щеки – объединяют между собой оба вида шеек;

·         выходная часть – на ней устанавливается шкив или шестерня, отбирающая мощность двигателя;

·         противовесы – снижают нагрузку центробежных сил на подшипники.

За вращение коленвала в опорах, а шатунов в шейках отвечают тонкостенные металлические вкладыши, изготовленные из стальной ленты и получившие антифрикционный слой. Кроме подшипников скольжения предусмотрен еще упорный подшипник скольжения, предотвращающий осевое перемещение коленвала.

Возвращаясь к дизельным моторам производства ЯМЗ, в частности к ЯМЗ-236, 238, следует отметить, что во всех модификациях ДВС этого семейства коленчатый вал изготавливают из стали 50Г. Исключением считается только ЯМЗ-240, в котором вал изготовлен с применением легированных хромом и ванадием сплавов. Деталь производится методом ковки с шейками и укреплением посредством методики азотации. Отличается наличием четырех опорных точек и противовесов. Еще одна особенность двигателя – бронзовые подшипники скольжения.

Преимущества азотирования

При изготовлении коленвала для ЯМЗ с целью повышения прочности и износостойкости его закаливают с последующим отпуском до уровня твердости 229-269. За счет токов высокой частоты отдельно закаливаются поверхности шеек и места установки сальников. Также укрепляются методом азотации.

В результате такая деталь становится:

·         выносливей в два раза – реальный ресурс свыше 700 тыс. км пробега;

·         экономной – для азотированного коленвала периодичность замена вкладышей сокращена на 60%;

·         надежной – риск кустарного ремонта в сервисном центре исключен.

Основной критерий выработки всего заложенного производителем ресурса – четкое соблюдение регламента и следованием основным рекомендациям по выбору и замене смазочного материала.

Причины поломки

Сама по себе деталь надежная и выносливая, но ряду причин способна изнашиваться интенсивней. Обычно к этому приводит повышенная нагрузка на силовой агрегат, а также масляное «голодание». В редких случаях коленвал ЯМЗ турбо заклинивает, что становится следствием повышенного трения и чрезмерного нагрева подшипников. Но если это происходит, требуется капитальный ремонт двигателя. Чтобы предотвратить «голодание», необходимо следить за качеством и уровнем смазочного материала в системе. Особенно важна работоспособность масляного насоса.

Еще одна возможная причина поломки – наличие трещин как в головке блока цилиндров, так и в самом блоке. Так в моторное масло может попасть вода или топливо, что сильно ухудшает свойства смазочного материала. Это в свою очередь приводит к ухудшению отвода тепла и качества смазки основных компонентов. В результате водитель может обнаружить специфический стук во время работы двигателя, появление вибраций, что объясняется образованием люфта и увеличением реального зазора вала.

Возможные неисправности

Ресурс современных дизельных двигателей при соблюдении правил эксплуатации и обслуживания ощутимо большой. Но следует понимать, что даже наличие малейших повреждений на шатунах приводит к преждевременному износу вала.

Рассмотрим самые распространенные дефекты:

1.       Задиры. Появляются в том случае, если использовалось некачественное и неподходящее моторное масло. Также к такой проблеме приводит нарушение сроков смены материала вместе с фильтром.

2.       Царапины на шейках вала. Небольшие царапины удаляются полировкой, дефекты размеров свыше 5 микрон устраняются только путем шлифовки на один ремонтный размер.

3.       Прогиб вала. Такой вал подлежит восстановлению – его выпрямляют. Характерная неисправность для моторов тяжелой спецтехники, в которой установлены ДВС с недостаточно качественными валами.

4.       Трещины. Самый опасный дефект, ведь трещина способна привести к усталостному излому. Обнаружить трещину смогут специалисты во время диагностики мотора. Они видны невооруженным глазом или же для их обнаружения используется магнитный дефектоскоп.

Исходя из всего вышесказанного, нетрудно догадаться, что своевременная поездка на диагностику – верный способ избежать капитального ремонта. Ведь проще устранить неисправность в начале ее зарождения, нежели после капиталить мотор.

Способы ремонта

Методика восстановления коленвала МАЗ или ЯМЗ определяется после диагностики двигателя. Если обнаружена несущественная деформация или выработка шеек, то ремонт сводится к перешлифовке деталей к следующему ремонту размеру под соответствующие вкладыши. При выявлении глубоких задир допускается шлифовка с пропуском одного ремонтного размера.

Редко, но на практике случается так, что коленчатый вал «лопается» или на нем образуются трещины. Что касается последнего случая, то независимо от того, какой коленвал установлен в двигателе ЯМЗ-236 или 238, он не подлежит восстановлению. Потребуется установка нового коленчатого вала ЯМЗ. Не стоит пытаться самостоятельно отремонтировать деталь – лишняя трата времени и сил. Также не смогут помочь и профессиональные автомеханики, ведь технологии ремонта с такой неисправностью просто не существует.

Автомобильные транспортные средства. Валы коленчатые двигателей. Общие технические требования и методы испытаний – РТС-тендер

ГОСТ Р 53444-2009

Группа Д24

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОКС 43.060.99

ОКП 45 6000

Дата введения 2010-06-01

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации — ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием «Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт «НАМИ» (ФГУП «НАМИ»)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 56 «Дорожный транспорт»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 4 декабря 2009 г. N 561-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Настоящий стандарт распространяется на коленчатые валы двигателей автомобильных транспортных средств (АТС).

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 8.563-2009 Государственная система обеспечения единства измерений. Методики (методы) измерений

ГОСТ 8.051-81 Государственная система обеспечения единства измерений. Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм

ГОСТ 1050-88 Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали. Общие технические условия

ГОСТ 1215-79 Отливки из ковкого чугуна. Общие технические условия

ГОСТ 2604.1-77 Чугун легированный. Методы определения углерода

ГОСТ 2604.2-86 Чугун легированный. Методы определения серы

ГОСТ 2604.3-83 Чугун легированный. Методы определения кремния

ГОСТ 2604.4-87 Чугун легированный. Методы определения фосфора

ГОСТ 2604.5-84 Чугун легированный. Методы определения марганца

ГОСТ 2604.6-77 Чугун легированный. Методы определения содержания хрома

ГОСТ 2604.7-84 Чугун легированный. Методы определения ванадия

ГОСТ 2604.8-77 Чугун легированный. Методы определения никеля

ГОСТ 2604.9-83 Чугун легированный. Методы определения меди

ГОСТ 2604.10-77 Чугун легированный. Методы определения титана

ГОСТ 2604.11-85 Чугун легированный. Методы определения мышьяка

ГОСТ 2604.13-82 Чугун легированный. Методы определения алюминия

ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики

ГОСТ 2999-75 Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу

ГОСТ 3443-87 Отливки из чугуна с различной формой графита. Методы определения структуры

ГОСТ 4543-71 Прокат из легированной конструкционной стали. Технические условия

ГОСТ 7293-85 Чугун с шаровидным графитом для отливок. Марки

ГОСТ 9012-59 (ИСО 410-82, ИСО 6506-81) Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю

ГОСТ 9013-59 (ИСО 6508-86) Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу

ГОСТ 12344-2003 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения углерода

ГОСТ 12345-2001 (ИСО 671-82, ИСО 4935-89) Стали легированные и высоколегированные. Методы определения серы

ГОСТ 12346-78 (ИСО 439-82, ИСО 4829-1-86) Стали легированные и высоколегированные. Методы определения кремния

ГОСТ 12347-77 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения фосфора

ГОСТ 12348-78 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения марганца

ГОСТ 12349-83 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения вольфрама

ГОСТ 12350-78 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения хрома

ГОСТ 12351-2003 (ИСО 4942:1988, ИСО 9647:1989) Стали легированные и высоколегированные. Методы определения ванадия

ГОСТ 12352-81 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения никеля

ГОСТ 12353-78 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения кобальта

ГОСТ 12354-81 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения молибдена

ГОСТ 12355-78 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения меди

ГОСТ 12356-81 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения титана

ГОСТ 12357-84 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения алюминия

ГОСТ 12362-79 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения микропримесей сурьмы, свинца, олова, цинка и кадмия

ГОСТ 12363-79 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения селена

ГОСТ 12364-84 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения церия

ГОСТ 12365-84 Стали легированные и высоколегированные. Методы определения циркония

ГОСТ 14959-79 Прокат из рессорно-пружинной углеродистой и легированной стали. Технические условия

ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды

ГОСТ 21105-87 Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод

ГОСТ 27611-88 Чугун. Метод фотоэлектрического спектрального анализа

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3.1 Валы изготовляют в соответствии с требованиями настоящего стандарта по конструкторской документации (КД), утвержденной в установленном порядке.

3.2 Валы изготовляют из стали марки 45 по ГОСТ 1050, сталей марок 50Г, 40Х, 40ХН, 40ХНМА по ГОСТ 4543, стали марки 50ХФА по ГОСТ 14959, а также из сталей других марок, по физико-механическим свойствам не уступающих перечисленным.

3.3 Разброс показателей твердости поковок валов после предварительной механической обработки для одной и той же модели двигателя не должен превышать 40 НВ.

3.4 Для коленчатых валов, упрочненных закалкой токами высокой частоты (ТВЧ), твердость коренных и шатунных шеек должна быть в пределах 53-63 HRC.

Для коленчатых валов, упрочненных азотированием на глубину 0,25-0,40 мм, твердость поверхности должна быть не менее 500 HV 5/10.

3.5 Требования к качеству микроструктуры закаленного или азотированного слоев должны соответствовать КД предприятия-изготовителя.

3.6 Валы изготавливают из чугуна марок ВЧ-50, ВЧ-60, ВЧ-70 по ГОСТ 7293 и марок КЧ 60-3, КЧ 70-2 по ГОСТ 1215.

3.7 До прохождения механической обработки валы подвергают соответствующей термической обработке для получения твердости 207-255 НВ.

По требованию заказчика литые заготовки валов подвергают легированию или изотермической закалке для достижения твердости до 302 НВ.

3.8 Микроструктура металла валов должна иметь металлическую основу в виде перлита или троосто-феррита. Графит в чугуне марок ВЧ-50, ВЧ-60 и ВЧ-70 должен быть шаровидной формы, а в чугуне марок КЧ 60-3 и КЧ 70-2 — хлопьевидной и компактной форм.

Допускаются:

— отдельные включения графита неправильной формы, а также мелкие и средние включения графита псевдопластинчатой формы;

— до 10% феррита и отдельные редко расположенные карбиды.

3.9 Наружные и внутренние поверхности литого коленчатого вала должны быть тщательно очищены от песка и окалины. Наличие окалины на необрабатываемых поверхностях не допускается.

3.10 Остатки литников, заливы по знакам стержней и линий разъема должны быть обрублены и зачищены. Заливы и заусенцы на базовых поверхностях не допускаются.

3.11 Допускается смещение по линии разъема формы (перекос) не более 1,0 мм.

3.12 Допускается кривизна щек на валах не более 0,5 мм.

3.13 Правку отливки вала производят в нагретом состоянии до механической обработки.

3.14 В местах сопряжения наружной поверхности шеек и смазочных каналов острые кромки должны быть притуплены. Поверхность фаски или закругления должна быть гладкой, без задиров и рисок.

3.15 На необработанных поверхностях валов не должно быть окалин, закатов, плен, расслоений, волосовин и трещин, видимых невооруженным глазом.

3.16 На поверхностях галтелей и шеек вала не допускаются прижоги, трещины и неметаллические включения.

3.17 Устранение дефектов вала зачеканкой и заваркой не допускается, за исключением заварки площадок под противовесы и незаполненных участков в поковке или отливке (на вершинах противовесов и фланцах).

3.18 Толщина закаленного слоя шеек валов, закаленных ТВЧ, после шлифования под последний ремонтный размер должна быть не менее 1,0 мм.

3.19 Шероховатость поверхностей коренных и шатунных шеек должна быть 0,32 мкм по ГОСТ 2789, шероховатость поверхностей галтелей должна соответствовать КД.

3.20 Допуски круглости (овальности) и профиля продольного сечения (конусо-, седло- и бочкообразность) шеек вала не должны превышать 0,005 мм.

3.21 Суммарное отклонение от параллельности осей шатунных шеек и от профиля продольного сечения не должно превышать 0,03 мм на 100 мм длины.

3.22 Биение средних коренных шеек при установке вала на крайние коренные шейки должно соответствовать КД.

3.23 Торец фланца коленчатого вала, прилегающий к маховику, должен быть плоским или вогнутым. Предельное отклонение от плоскостности составляет 0,1 мм. Выпуклость торца не допускается.

3.24 Угловое смещение оси шпоночной канавки, фиксирующей шпонку шестерни (звездочки) привода механизма газораспределения или привода к топливному насосу высокого давления, не должно превышать 30′ от номинального положения.

3.25 Коленчатый вал должен быть динамически сбалансирован. Способ балансировки и допустимый дисбаланс должны соответствовать КД.

3.26 Ресурс коленчатых валов, поставляемых на комплектацию, должен быть не менее ресурса двигателя до капитального ремонта.

4.1 Каждый коленчатый вал должен быть принят службой технического контроля предприятия-изготовителя.

4.2 Химический состав материала коленчатого вала проверяют по ГОСТ 2604.1 — ГОСТ 2604.11, ГОСТ 2604.13, ГОСТ 12344 — ГОСТ 12357, ГОСТ 12362 — ГОСТ 12365, ГОСТ 27611.

4.3 Микроструктуру металла определяют по ГОСТ 3443 и ГОСТ 4543.

4.4 Твердость коленчатого вала проверяют по ГОСТ 9012, ГОСТ 9013, ГОСТ 2999 в местах, предусмотренных КД.

4.5 Толщины азотированного слоя и слоя поверхностной закалки определяют соответственно по [1] и [2].

4.6 Шероховатость поверхности определяют по ГОСТ 2789.

4.7 Выявление дефектов материала валов проводят методом магнитного контроля по ГОСТ 21105. После контроля вал должен быть размагничен.

4.8 Погрешность средств измерения, применяемых при контроле геометрических параметров валов, должна соответствовать требованиям ГОСТ 8.051.

4.9 Дисбаланс коленчатых валов проверяют на станке для динамической балансировки валов по аттестованным методикам заводов-изготовителей в соответствии с ГОСТ Р 8.563.

4.10 Ресурс коленчатых валов оценивают по результатам подконтрольной эксплуатации двигателей по аттестованным методикам заводов-изготовителей в соответствии с ГОСТ Р 8.563.

4.11 При проведении контроля изделий результаты испытаний оформляют протоколом, форма которого приведена в приложении А.

5.1 Противокоррозионное покрытие и упаковка коленчатых валов должны предохранять их от коррозии в течение не менее 12 месяцев со дня отгрузки с предприятия-изготовителя при хранении по ГОСТ 15150 (условия 2).

Приложение А

(рекомендуемое)

«УТВЕРЖДАЮ» Руководитель испытательного подразделения

М.П.

подпись

Ф.И.О.

___  ____________20___г.

ПРОТОКОЛ N________

от________________

1 Организация, представившая образцы

2 Объект испытаний

3 Дата поступления образцов на испытания

4 Количество образцов

5 Результаты контроля внешнего вида

6 Результаты испытаний

Показатели образца

Требование по КД, ГОСТ Р

Результат испытания

Химический состав материала

Геометрические параметры, мм

Твердость деталей, HB/HRC/HV

Микроструктура материала

Толщина упрочненного слоя, мм

Шероховатость поверхности, мкм

Дисбаланс, г·см

и т.д.

7 Заключение:

Испытания провел:

должность

подпись

Ф.И.О.

Дата

[1]	ОСТ 37.001.059-74	Методы измерения толщины азотированного слоя деталей
[2]	ОСТ 37.001.060-74	Методы измерения толщины слоя поверхностной закалки

САЛЬНИК ПЕРЕДНИЙ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ УМЗ (5 ESPRA EO5034

 

Фильтр

• срок доставки
• Доступное количество
• Сбросить

Используя сервис по продаже автозапчастей —  Автоcистема, Вы легко можете заказать онлайн оптом и в розницу, как оригинальную деталь — САЛЬНИК ПЕРЕДНИЙ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ УМЗ (5 ESPRA. 

Так и выбрать из множества  качественных аналогов — САЛЬНИК ПЕРЕДНИЙ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ УМЗ (5 ESPRA, которые легко купить в пару шагов, используя онлайн оплату или оплатить на расчетный счет (для юридических лиц)

Есть так-же возможность заказа запчастей без предоплаты, с оплатой при получении.
 

А в случае, если Вы в сомнениях, подойдет ли деталь ESPRA с номером EO5034 к Вашему авто, мы с удольствием развеем их.
Поставьте галочку «Проверить по VIN» и введите данные Вашего автомобиля при подтверждении заказа и мы проверим применимость артикулов деталей находящихся в нем к Вашему автомобилю.  Так же Вы можете самостоятельно связвться с менеджером по номеру +7(8552) 31-48-08 и он подберет вам необходимую запчасть, которая подойдет для вашей модификации авто. 

Изготовление коленчатого вала в Москве

Компания «Профдеталь» оказывает услугу изготовления коленчатых валов на заказ по любым чертежам или существующим образцам. Современное оборудование, профессиональный инструмент и опыт позволяют мастерам реализовывать сложнейшие проекты.

Производство коленчатых валов требует строгого соблюдения заданных размеров и других параметров. При необходимости могут быть доработаны и улучшены технические характеристики изделия, чертеж которого предоставляет клиент. Изготовленный коленвал удовлетворяет требованиям заказчика и соответствует эксплуатационным условиям.

Особенности коленвала

Коленчатые валы принимают усилие от шатуна, преобразуя его в крутящий момент. Для этого изделие должно соответствовать техническим параметрам:

• стойкость к механическому износу;
• высокая жесткость материала, которая исключает деформацию вала при эксплуатации;
• небольшой вес, снижающий инерцию;
• усталостная прочность металла под воздействием динамических нагрузок.

Качество коленчатого вала от производителя соответствует всем стандартам. Деталь обеспечивает надлежащий моторесурс силового агрегата, поэтому для ее изготовления принято использовать хромованадиевую или марганцовистую сталь.

Подходящую марку стали выбирают с учетом конструктивных особенностей изделия и нагрузок, которые оно должно выдерживать. Выбор делают на стадии разработки прототипа.

Критерии выбора коленвала

Деталь необходимо выбирать по размерам и таким основным параметрам, как количество колен, формы и положение цилиндров двигателя, такты его работы. Шейки вала через шатуны соединяются с поршнями, придавая им возвратно-поступательные движения. В зависимости от положения коренных шеек деталь бывает:

• Полноопорной. Коренные шейки размещены с обеих сторон от шатунной рейки.
• Неполноопорной. Шейки находятся с одной стороны рейки.

Первый вид коленчатых валов на нашем заводе в Санкт-Петербурге заказывают чаще, так как именно они обычно встречаются двигателях современных автомобилей.

На рабочей поверхности коленвала не должно быть царапин, сколов, задиров и других изъянов. Специалисты, занимающиеся изготовлением деталей по чертежам или реальным образцам, строго следят качеством обработки всех поверхностей. Все размеры важны, но главными среди них являются диаметр с конусностью вала, а также овальность и соосность шеек.

Перед установкой коленвал требует правильной балансировки с целью уравновешивания всех вращающихся элементов. Во избежание проблем необходимо доверять сборку двигателя с установкой изготовленного коленчатого вала профессионалам.

Вал коленчатый где находится

Коленвал – что это такое и как он работает?

Двигатель – сложный агрегат, в котором нет незначительных деталей. Одна из таких его составляющих – коленвал. С одной стороны, это не сложное устройство, а простая деталь, с другой, коленчатый вал – одна из основных деталей двигателя.

Для чего нужен коленвал?

Любой автомобильный двигатель является поршневым. Принцип его работы прост: в цилиндр подается топливно-воздушная смесь, которая воспламеняется и увеличивается в объеме. Возникает избыточное давление, которое выталкивает поршень из цилиндра. Поршень при этом совершает поступательное движение, которое нужно преобразовать во вращательное, чтобы передать его в коробку передач, а дальше – на полуоси или карданный вал.

Вот именно эту функцию и выполняет коленчатый вал – преобразовывает один тип механического движения в другой, а именно: поступательное во вращательное.

Материал, из которого изготавливаются коленчатые валы, это не простая сталь, поэтому и стоимость изделия так высока, по сравнению с ценой простой металлической болванки. Сталь, из которой изготавливается вал, легируется хромом, молибденом и другими металлами, что придает изделию особую прочность. Кроме того, немаловажен сам процесс изготовления, начиная от того, как расположены волокна заготовки, заканчивая методикой изготовления – прессованием или ковкой.

С тем, что делает вал, мы разобрались, но остался вопрос – где находится коленвал? Коленчатый вал расположен в нижней части двигателя, снизу он прикрыт картером, заполненным моторным маслом. Вал закреплен в подшипниках, которые удерживают его и не дают смещаться, иногда для его усиления используются дополнительные упоры. Но есть исключение – в оппозитных двигателях коленчатый вал располагается выше, по центру ДВС.

Что собой представляет и как работает коленчатый вал?

Теория ДВС: Коленвал

Поршня в двигателе перемещаются неравномерно – пока дни опускаются, другие поднимаются – это обеспечивает плавность хода, и равномерное распределение нагрузки по времени. Коленчатый вал сдерживает ход поршней после сгорания топлива и возвращает их в исходное положение для сжатия смеси. С одной стороны он связан с газораспределительным механизмом, с другой – передает вращательный момент в трансмиссию.

Коленчатый вал состоит из нескольких шеек:

• Основные находятся точно по центральной оси вала и в процессе вращения не смещаются.
• Между ними находятся шатунные шейки, которые смещены относительно оси под разными, строго определенными углами, и при вращении описывают круг. Именно они обеспечивают взаимодействие вала и поршня.
• Между собой шейки соединены «щеками» – пластинами из толстого металла. Щеки кроме крепежной, выполняют антирезонансную функцию – во время вращения вал может войти в резонанс и разрушиться, но щеки не позволяют этому произойти.

Словами трудно описать внешний вид этой детали, если вы хотите точно представить коленвал, фото или схематическое изображение – наилучший вариант.

Принцип действия коленчатого вала:

• В момент, когда в камере воспламеняется воздушно-топливная смесь, поршень, а соответственно и связанная с ним шейка, находятся в крайнем нижнем положении.
• При воспламенении смеси поршень выталкивает шейку, которая смещается и тем самым проворачивает вал.
• В свою очередь, другая шейка, смещенная относительно описанной, под действием вращательного момента проворачивается и вдавливает сопряженный с ней поршень в цилиндр, сжимая топливно-воздушную смесь.

Дальше все продолжается аналогично. Это простой примет, не стоит забывать, что автомобильный двигатель – четырехтактный, поэтому в определенный момент поршень находится в одном из следующих положений:

• Впуск смеси.
• Сжатие смеси.
• Рабочий ход поршня.
• Выпуск отработанных газов.

Поэтому каждая из шатунных шеек расположена под углом 90 градусов по сравнению с рядом стоящими.

Немного интересной информации о коленвалах

Вытачивание коленвала

Кроме обычных серийных, существуют спортивные коленчатые валы. Они обеспечивают более быстрый ход поршня в крайней точке сжатия за счет особой формы шатунных шеек. Если у обычного вала они имеют круглую форму, то у спортивного они слегка вытянутые, за счет чего общие характеристики работы двигателя изменяются.

Среди автомобилистов бытует мнение, что маркировка коленвала может рассказать о его характеристиках. На самом деле это не так – маркировка это всего лишь каталожный номер производителя или оригинальный номер. Она ничего общего не имеет со свойствами изделия, а используется для простоты подбора запчасти.

По сути, коленчатый вал это простой кусок обработанного должным образом качественного металла или сплава. С точки зрения функциональности, это незаменимая деталь, которая испытывает огромные нагрузки, от работы которой зависит не только качество езды, но и ресурс двигателя и его деталей. По сути же, это просто передаточное звено, которое обеспечивает работу других узлов автомобиля – генератора, трансмиссии, полуосей, карданного вала и так далее.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип работы

Коленчатый вал (коленвал) двигателя – это одна из важных деталей КШМ, расположенная в цилиндровом блоке. Вал преобразует поступательные движения поршней во вращательный момент, который через трансмиссию передается на колеса автомобиля.

Устройство коленчатого вала

Сложная конструкция коленвала представлена в виде расположенных по одной оси колен – шатунных шеек, соединенных специальными щеками. При этом количество колен зависит от числа, формы и месторасположения цилиндров, а также тактности двигателя автомобиля. С помощью шатунов шейки соединяются с поршнями, совершающими поступательно-возвратные движения.

В зависимости от расположения коренных шеек коленвал может быть:

• полноопорным – когда коренные шейки расположены по две стороны от шатунной шейки;
• неполноопорным – когда коренные шейки расположены только по одну из сторон от шатунной шейки.

В большинстве современных автомобильных двигателей применяются полноопорные коленвалы.

Итак, основными элементами коленвала являются:

• Коренная шейка – основная часть вала, которая размещается на коренных вкладышах (подшипниках), находящихся в картере.
• Шатунная шейка – деталь, соединяющая коленвал с шатунами. При этом смазка шатунных механизмов осуществляется благодаря наличию специальных масляных каналов. Шатунные шейки в отличие от коренных шеек всегда смещены в стороны.
• Щеки – детали, соединяющие два типа шеек – коренные и шатунные.
• Противовесы – детали, которые предназначены для уравновешивания веса поршней и шатунов.
• Фронтальная (передняя) часть или носок – часть механизма, оснащенная колесом с зубцами (шкивом) и шестерней, в некоторых случаях гасителем крутильных колебаний, который осуществляет контроль над мощностью привода ГРМ (газораспределительного механизма), а также других механизмов устройства.
• Тыльная (задняя) часть или хвостовик – часть механизма, соединенная с маховиком при помощи маслоотражающего гребня и маслосгонной резьбы, осуществляет отбор мощности вала.

Фронтальная и тыльная сторона коленчатого вала уплотняется защитными сальниками, которые препятствуют протеканию масла там, где выступающие части маховика выходят за пределы блока цилиндров.

Вращательные движения всего механизма коленвала обеспечивают подшипники скольжения – тонкие стальные вкладыши, с защитным слоем антифрикционного вещества. Для предотвращения осевого смещения вала, применяется упорный подшипник, установленный на коренной шейке (крайней или средней).

Коленвал двигателя изготавливается из износостойкой стали (легированной или углеродистой) или модифицированного чугуна, методом штамповки или литья.

Принцип действия коленчатого вала

Несмотря на сложность самого устройства, принцип работы коленвала достаточно прост.

В камерах сгорания происходит процесс сжигания поступившего туда топлива и выделения газов. Расширяясь, газы воздействуют на поршни, совершающие поступательные движения. Поршни передают механическую энергию шатунам, соединенным с ними втулкой или поршневым пальцем.

Шатун в свою очередь соединен с шейкой коленвала подшипником, вследствие чего каждое поступательное поршневое движение преобразуется во вращательное движение вала. После того как происходит разворот на 180˚, шатунная шейка движется уже в обратном направлении, обеспечивая возвратное движение поршня. Затем циклы повторяются.

Процесс смазки коленчатого вала

Смазка коленвала обеспечивается за счет шатунных и коренных шеек. Важно помнить, что смазка коленчатого вала всегда происходит под давлением. Каждая коренная шейка обеспечена индивидуальным подводом масла от общей смазочной системы. Поступившее масло попадает на шатунные шейки по специальным каналам, расположенным в коренных шейках.

Коленчатый вал это перегнутый много раз стержень и всунутый в блок

Когда я учился в автошколе, преподаватель в начале занятия, отправлял какого-нибудь «незнайку» к стеллажам, чтобы тот нашёл и принес изучаемую деталь. Независимо от названия детали, чтобы «помочь» незадачливому ученику, все показывали на него и конечно коленчатый вал это был.

То есть первая деталь, которую все научились узнавать с первого раза, был именно он коленчатый вал.

Вот и мы сегодня поговорим о назначении и конструктивных особенностях коленчатого вала, а также о материалах из которых его делают.

Назначение коленчатого вала

Коленчатый вал это, одна из важных деталей двигателя. Он преобразует поступательное движение поршня во вращательное, которое через трансмиссию передается к колесам.

Несмотря на относительную сложность устройства, его принцип работы достаточно простой. В камере сгорания сжигается топливо и выделяются газы, которые толкают поршни, и придают им поступательное движение.

Поршни через шатуны отдают механическую энергию на шейку коленвала, в результате поступательное движение преобразуется во вращательное. Как только вал поворачивается на 180˚, шатун начинает двигаться в обратном направлении, возвращая поршень в исходную позицию ‒ цикл повторяется.

Коленчатый вал это конструкция, короче много раз изогнутая железяка

Коленвал представляет собой расположенные на одной оси коренные шейки, соединенные щеками и шатунные шейки, количество которых определяется числом цилиндров. При помощи шатунов шейки коленвала соединены с поршнями.

В зависимости от того как расположены коренные шейки, коленвал бывает:

• полноопорный – если коренные шейки располагаются по обе стороны от шатунной шейки;
• неполноопорный – если коренные шейки располагаются только с одной стороны от шатунной шейки.

Большинство современных автомобильных двигателей оснащены полноопорными коленчатыми валами.

Основные элементы КВ

К основным элементам относятся:

• Коренная шейка – это главная часть узла, которая находится на коренных подшипниках (вкладышах), расположенных в картере;
• Шатунная шейка – соединяет коленчатый вал с шатунами. Смазываются шатунные механизмы через специальные масляные каналы. Шатунные шейки смещены в стороны;
• Щеки коленвала – соединяют коренные и шатунные шейки;
• Противовесы – уравновешивают вес поршней и шатунов;
• Передняя, фронтальная часть или носок – элемент механизма, оснащенный зубчатым колесом (шкивом) и шестерней, а в отдельных случаях еще и гасителем колебаний. Он контролирует мощность привода газораспределительного механизма (ГРМ) и других устройств;
• Задняя часть (хвостовик) – элемент механизма, соединенный с маховиком с помощью маслоотражающего гребня и маслосгонной резьбы, выполняет отбор мощности.

Тыльная и фронтальная стороны коленчатого вала уплотняются защитными сальниками, которые не допускают протекания масла в местах, где маховик выходит за пределы блока цилиндров.

Движение коленвала гарантируют подшипники скольжения, которые представляют собой тончайшие стальные вкладыши, со специальным антифрикционным слоем. Чтобы не допустить осевое смещение, существует упорный подшипник, устанавливаемый на коренную шейку (крайнюю или среднюю).

Материалы для изготовления

Коленчатый вал это трудяга, который подвергается действию сильных, быстроизменяющихся нагрузок. Показатели его надёжности определяются конструктивными особенностями и материалами, из которого он сделан.

У этого элемента двигателя, обычно, цельная структура. Так что материалы для его изготовления должны использоваться максимально прочные, потому что от этого зависит стабильная работа системы. Лучшие материалы ‒ углеродистая и легированная сталь и высокопрочный чугун.

Коленчатые валы изготавливают методом литья, ковки из стали, а затем их вытачивают. Заготовки производят горячей штамповкой или литьем.

Важный момент ‒ расположение волокон материалов в заготовке. Чтобы они не перерезались в процессе обработки, применяют гибочные ручьи. Когда заготовка изготовлена, её еще раз обрабатывают высокой температурой и освобождают от окалины.

Материал и технология производства зависит от класса и типа автомобиля.

1. Для серийных моделей коленвалы производятся методом литья из чугуна. Это уменьшает себестоимость.
2. Для дорогих спортивных моделей берут кованные стальные коленвалы. Такой вариант обладает рядом преимуществ по размерам, весу и показателям прочности, и все чаще используются в автомобилестроении.
3. Для супердорогих двигателей изделие вытачивается из цельных стальных болванок. При этом приличная часть материала остается в отходах.

Конструктивные особенности

Теперь вы знаете, что кроме серийных, есть и спортивные коленвалы. Они дают возможность ускорить ход поршня в крайней точке сжатия, благодаря специальной форме шатунных шеек. У стандартного вала они круглые, а у спортивного ‒ немного вытянутые, за счет этого характеристики двигателя изменяются.

Многие автомобилисты считают, что по маркировке коленчатого вала можно узнать о его характеристиках. Это заблуждение – маркировка лишь номер в каталоге производителя, который используют для подбора запчасти. К свойствам изделия она не имеет отношения.

Поздравляю вас, господа. Теперь вы в курсе, что коленчатый вал это не только тяжелая железяка, но и незаменимая деталь, от которой зависит комфортная езда, ресурс двигателя и его узлов.

А ещё она обеспечивает многие устройств автомобиля крутящим моментом: трансмиссию, генератор, карданы, и так далее до колес.

Конечно рассказывать об этом своей любимой девушке не обязательно, а вот друзьям автомобилистам через социальные сети сообщите. Пусть тоже читают наш блог – будет много интересного.

И до скорой встречи.

Коленчатый вал и его назначение

Подробно рассмотрим принцип работы коленчатого вала.

Среди всех элементов конструкции двигателя внутреннего сгорания именно коленчатый вал считается наиболее важным и дорогостоящим. И это неудивительно, ведь довольно трудно найти более ответственный элемент, чем коленчатый вал. Именно данный элемент ответственен за процесс преобразования в крутящий момент возвратно-поступательного движения поршней.

Восприятие переменных нагрузок, возникающих в результате действия сил давления газа, вращающихся и движущихся масс и их сил инерции – одна из важнейших задач, которая решается исключительно благодаря данному элементу конструкции. Коленчатый вал является цельным элементом конструкции, потому правильнее будет дать ему название “деталь”. Методы ковки стали либо литья чугуна – вот главные способы изготовления этой детали. Стоит отметить, что турбированные, а также дизельные силовые установки оснащаются коленчатыми валами из наиболее прочных видов стали, и они являются более надежными.

Схема коленчатого вала.

Рассмотрев конструкцию вала, можно увидеть, что эта деталь соединяет воедино шатунные(6) и коренные шейки(9), которые, в свою очередь, объединяются друг с другом при помощи щек(5). По количеству шеек коренные опережают шатунные на один элемент, а сам вал с подобной компоновкой называется “полноопорный”. В сравнении с шатунными шейками, коренные обладают большим диаметром. Противовес(4) является естественным продолжением щеки(5) в направлении, противоположном шатунной шейке. Основной задачей противовесов является создание условий для уравновешивания веса поршней и шатунов, что напрямую влияет на работу силовой установки, делая ее более плавной и размеренной.

Между щеками находится шатунная шейка, и она носит название “колено”. Расположение колен напрямую зависит от нескольких факторов, среди которых: количество цилиндров, порядок их работы, расположение, а также тактность силовой установки. Уравновешенность мотора обеспечивается за счет положения колен. Кроме того, от данного фактора зависит равномерность воспламенения, изгибающие моменты и наименее возможные крутильные колебания.

Шатунная шейка является важнейшей опорной поверхностью для шатунов. В V-образной силовой установке коленчатый вал создается при помощи специальных шатунных шеек удлиненной формы. На этих шейках и основывается пара шатунов правого и левого ряда цилиндров. На определенных валах таких двигателей спаренные шейки шатунов несколько сдвинуты друг против друга под углом в 18 градусов, за счет чего и обеспечивается равномерное воспламенение (данная технология более известна под названием Split-pin).

Переход к щеке от шейки считается элементом, который наиболее подвержен нагрузкам среди всех элементов конструкции коленчатого вала. Чтобы добиться снижения концентрации напряжения, переход к щеке от шейки создается с определенным радиусом закругления, который также известен как галтель. За счет галтелей длина коленчатого вала способна увеличиваться, а чтобы уменьшить длину вала, эти галтели создают с углублением в шейку либо щеку.

Подшипники скольжения – еще один важный элемент, ведь они обеспечивают вращение в шатунных шейках шатунов, а вала – в опорах. Роль подшипников выполняют специальные, произведенные из прочной стальной ленты разъемные вкладыши. На эту же ленту наносится антифрикционный слой. Но почему вкладыши не проворачиваются вокруг шейки? Все потому, что они надежно фиксируются в опоре благодаря наличию выступа. Чтобы недопустить лишних перемещений вала, применяется упорный подшипник скольжения. Этот подшипник устанавливается на крайней, либо средней шейке.

Схема системы смазки.

Шатунные и коренные шейки являются частью системы смазки двигателя, при этом сама смазка производится под давлением. Конструкцией предусмотрен подвод масла для смазки к каждой конкретной опоре коренной шейки, начинающийся от общей магистрали. В дальнейшем к шатунным шейкам масло переходит по каналам, расположенным в щеках.

С коленчатого вала мощность отбирается с хвостовика, заднего конца, а к этому концу прикрепляется маховик. Спереди на конце вала (его также называют носком) имеются посадочные места, и на этих местах закрепляется звездочка (шестерня) привода распределительного вала, специальный гаситель крутильных колебаний (во многих, но не во всех конструкциях) и шкив привода вспомогательных агрегатов. Гаситель представляет собой 2 диска, которые крепятся друг к другу при помощи материала, обладающего высокой степенью упругости (резина, пружина и силиконовая жидкость). Благодаря данному упругому материалу происходит поглощение вибраций вала через внутреннее трение.

Что такое коленчатый вал (коленвал) видео, лекция:

Графическое видео о процессе работы коленвала:

Как изготавливают коленчатый вал (видео):



Коленчатый вал — обзор | ScienceDirect Topics

На рисунке 6 показано поперечное сечение впускного коллектора. Угол дроссельной заслонки регулирует массовый расход воздуха в коллектор. Дизельные двигатели либо не дросселируются, либо очень умеренно дросселируются в некоторых рабочих точках, чтобы обеспечить достаточную рециркуляцию выхлопных газов. Массовый расход воздуха из коллектора в цилиндры, ma, out, зависит от уровня давления во впускном коллекторе, p _м (и давления в цилиндре, p _c ).Чтобы правильно управлять соотношением воздух-топливо λ в переходных режимах, впрыскиваемое количество топлива должно быть адаптировано к массовому расходу воздуха в цилиндр ma, out, а не к массовому расходу воздуха во впускной коллектор ma, в,.

РИСУНОК 6. Поперечный разрез впускного коллектора.

Колебаниями давления во впускном коллекторе пренебречь (усредненная модель). Изменение массового расхода воздуха m.a, in приводит к замедленному изменению давления в коллекторе p _m .Применимое дифференциальное уравнение выводится из энергетического равновесия: изменение внутренней энергии воздушной массы во впускном коллекторе равно сумме входящих и исходящих потоков энергии плюс баланс изменений энергии газа из-за смещения работа пВ . Если ввести удельную внутреннюю энергию u = U / m и удельную энтальпию h = H / m , дифференциальное уравнение принимает вид:

(7) ddt (ma, inuin) = м.a, inuin − ma, outuout + paV.in − pmV.out

Использование коэффициентов удельной теплоемкости c _v = ∂ u / ∂ϑ и c _p = ∂ h / ∂ϑ, показатель адиабаты κ = c _p / c _v , газовая постоянная R , а также плотность воздуха ρ = м / V , получаем следующее уравнение для изменения давления:

(8) п.m = κRϑaVm (m.a, in − ϑmϑam.a, out)

Трудно измерить массовый расход воздуха из коллектора в цилиндр, m.a, out ,. Поскольку динамический отклик ma, out намного быстрее, чем динамический отклик давления в коллекторе p _m , в справочной таблице должно учитываться только статическое поведение ma, out f ₁ ( n , p _m ) (рис.7). Массовый расход воздуха m.a, out, зависит от частоты вращения двигателя n и давления в коллекторе p _m при стационарной работе, где производные равны n.= 0 и pˆ.m = 0:

РИСУНОК 7. Динамическая модель впускного коллектора.

(9) ma, out * = ma, outϑmϑa = f1 (n, pm)

Изменение давления во впускном коллекторе определяется по формуле:

(10) pm = 1τ (ma, in − f1 (n, pm))

с постоянной времени интегрирования τ:

(11) τ = VmκRϑa

Постоянная времени интегрирования зависит от рабочего состояния двигателя. На одном тестовом двигателе оно варьируется от 21 мс до 740 мс. Сравнение измеренного и рассчитанного давления в коллекторе и частоты вращения двигателя n показано на рис.8. Процесс преобразования энергии чрезвычайно сложен и очень нелинейен. В упрощенном подходе стационарная зависимость крутящего момента сгорания T _comb от давления во впускном коллекторе и скорости двигателя должна быть представлена ​​второй нелинейной справочной таблицей f ₂ ( n , p _м ), которые можно измерить во всех рабочих точках двигателя. Динамическое поведение отдельно рассматривается как комбинация времени запаздывания первого порядка T _{l, e} и мертвого времени T _{d, e} .

РИСУНОК 8. Сравнение измеренного и рассчитанного давления в коллекторе.

Обе постоянные времени изменяются обратно пропорционально частоте вращения двигателя.

Баланс крутящего момента на коленчатом валу составляет

(12) 2πJdndt = Tcomb − Tload

Двигатель с разомкнутым сцеплением (т. Е. Без трансмиссии) имеет момент инерции в диапазоне:

J = 0,15… 0,30 кг / м2

Вводя нормированные переменные, получаем:

(13) Tj2π · J · n0T0 · d (n / n0) dt = TcombT0 − TloadT0

с постоянной времени,

(14) Tj = 2πJ · n0T0

При максимальном выходном крутящем моменте T ₀ и частоте вращения двигателя n ₀ :

J = 0.3 кг / м ³

n ₀ = 6000 об / мин

T ₀ = 300 Нм

Постоянная времени T J = _{с . При разгоне с низких оборотов двигателя с максимальным крутящим моментом момент инерции J на порядок меньше, однако T J на порядок больше при высоких оборотах двигателя и минимальном выходном крутящем моменте (e .г., при движении накатом). Момент нагрузки включает трение, вспомогательные приводы и возмущения. Полная модель установки для управления частотой вращения холостого хода показана на рис. 9. Для конструкции контроллера две карты: f 1 ( n , p m ) и f 2 ( n , p m ) линеаризованы в рабочей точке холостого хода ma, 0, n0, pm, 0. Представляем дифференциалы первого порядка:}

РИСУНОК 9.Блок-схема управления холостым ходом.

(15) FN1 = ∂f1∂n | n = n0FN2 = ∂f2∂n | n = n0FP1 = ∂f1∂pm | pm = pm, 0FP2 = ∂f2∂pm | pm = pm, 0

и разность переменных, получаем:

(16) Δm.a, out * ma, 0 = FN1n0m.a, 0Δnn0 + FP1pm, 0m.a, 0Δpmpm, 0

(17) ΔTcomb * T0 = FN2n0T0Δnn0 + FP2pm, 0T0Δpmpm, 0

Дифференциальное уравнение из модели многообразия, Ур. (10) преобразуется Лапласа и в сочетании с уравнением. (16) принимает следующий вид:

(18) с · τn · ΔPmpm, 0 = −FN1n0m.a, 0ΔNn0 − FP1pm, 0m.a, 0ΔPmpm, 0 + ΔM.a, дюйм.a, 0

Входящий воздушный поток ΔM.a, in служит управляющим входом Δ U . Уравнение (17) также преобразовано по Лапласу и расширено на время задержки двигателя и времени задержки:

(19) ΔTcombT0 = FN2n0T0e − sTd, esTl, eΔNn0 + FP2pm, 0T0e − sTd, e1 + sTl, eΔPmpm, 0

Это теперь вставлен в баланс крутящего момента, уравнение. (13). Пренебрегая моментом возмущающей нагрузки T _load для целей управления, получаем:

(20) sTJ · ΔNn0 = e − sTd, e1 + sTl, e (FN2n0T0ΔNn0 + FP2pm, 0T0ΔPmpm, 0) Анализ устойчивости модели установки и конструкции контроллера теперь должен выполняться без учета постоянных времени T _{d, e} и T _{l, e} .Последующий подход упрощается до модели линейного пространства состояний второго порядка:

(21) S · [ΔPmpm, 0ΔNn0] = ︸A¯ [−FP1τnpm, 0m.a, 0 − FN1τnn0m.a, 0FP2Tjpm, 0T0FN2Tjn0T0] · [ Pmpm, 0ΔNn0] + ︸B¯ [1τn0] · ΔUm.a, 0

Управление пространством состояний с пропорциональной обратной связью может быть выполнено, например, путем размещения полюсов. Добавлена ​​дополнительная интегральная обратная связь, чтобы компенсировать смещения из-за возмущающих нагрузок. Вся система показана на рис. 9. На рис. 10 показан входной критический возмущающий сигнал от привода, который поступает одновременно с возмущающим моментом.Видно лишь очень незначительное снижение частоты вращения двигателя. Аналогичным образом может быть выполнено регулирование холостого хода дизельных двигателей. По сравнению с двигателями SI есть два основных отличия:

РИСУНОК 10. Помехи, поступающие от водителя, и одновременное переключение передач в положение движения как возмущающая нагрузка.

1.

Впускной коллектор не дросселируется, поэтому двигатель получает максимально возможный массовый расход воздуха m.a в каждой рабочей точке.

2.

При непосредственном впрыске топлива время задержки T _{l, e} может быть значительно сокращено.

Эти две точки упрощают конструкцию управления. Сложностью может быть турбонаддув, который вносит значительную временную задержку в реакцию массового расхода воздуха m.a на переходные процессы управляющего входа.

Материалы коленчатого вала | Термическая обработка коленчатого вала | Кованые коленчатые валы из материалов

Материалы коленчатого вала:

Стальные сплавы, обычно используемые в высокопрочных коленчатых валах, были выбраны с учетом того, что каждый разработчик считает наиболее желательным сочетанием свойств.Здесь обсуждается номинальный химический состав сплавов коленчатого вала. Среднеуглеродистые стальные сплавы состоят в основном из элемента железа и содержат небольшое количество углерода от 0,25% до 0,45%, описывается как «от 25 до 45 баллов» углерода, несколько комбинаций легирующих элементов, смесь которых была тщательно разработана для получения определенных свойств целевого сплава, включая твердость, твердость поверхности и сердечника, предел прочности на растяжение, предел текучести, предел выносливости, усталостную прочность, пластичность, ударопрочность, коррозионную стойкость, стойкость к возгоранию.

Обычно используемые легирующие элементы в этих углеродистых сталях — марганец, хром, молибден, никель, кремний, кобальт, ванадий и иногда алюминий и титан. Каждый из этих элементов добавляет определенные свойства данному материалу. Содержание углерода является основным определяющим фактором предельной прочности и твердости, до которых такие сплавы могут подвергаться термообработке.

Химия сплавов коленчатого вала
Материалы	AMS	С	Mn	Cr	Ni	Пн	Si	В
4340	6414	0.4	0,75	0,82	1,85	0,25
EN-30B		0,3	0,55	1,2	4,15	0,3	0,22
4330-М	6427	0,3	0,85	0,9	1,8	0,45	0,3	0,07
32-CrMoV-13	6481	0.34	0,55	3	<0,30	0,9	0,25	0,28
300 — M	6419	0,43	0,75	0,82	1,85	0,4	1,7	0,7

Ключ: —

• C = углерод
• Mn = марганец
• Cr = хром
• Ni = никель
• Mo = молибден
• Si = кремний
• V = ванадий
• AMS = Номер спецификации материала самолета

Также читайте: Что такое блок цилиндров? | Материалы блока цилиндров и гильзы | Конструкция блока цилиндров

Состав сплавов коленчатого вала

Помимо легирующих элементов, высокопрочные стали тщательно очищаются для удаления как можно большего количества нежелательных примесей, таких как сера, фосфор, кальций и т. Д.Определяет допустимую процентную долю легирующих элементов. Сталь самого высокого качества обычно указывается и заказывается по номеру AMS (Спецификация материалов для аэрокосмической промышленности). Эти стекла жестко ограничивают химический состав, и требуемая чистота часто может быть достигнута только путем плавления в вакууме, а затем повторного плавления в вакууме для дальнейшего рафинирования металла. Типичный метод вакуумной обработки — это VIM и VaR.

Индукционная плавка в вакууме (VIM) — это процесс производства сталей очень высокой чистоты путем плавления материала путем индукционного нагрева внутри камеры высокого вакуума.Вакуумная дуговая переплавка (VAR) — это процесс рафинирования, при котором сталь переплавляется в вакуумной камере для уменьшения количества растворенных газов в металле. Нагрев происходит за счет электрической дуги между расходуемым электродом и слитком. Существуют и другие сверхвысокопрочные стали, не являющиеся углеродистыми сталями.

Эти стали, известные как «слитные» стали, очищаются для удаления как можно большего количества углерода и содержат большое количество никеля (15%) в качестве побочного продукта образовавшихся кристаллических структур.Обладает исключительными прочностными и усталостными свойствами. И выше) и кобальта (6% и выше). Эта сталь может достигать экстремальных уровней прочности и сохранять отличную стойкость к ударам.

Насколько я мог определить, мартенситностареющие сплавы в настоящее время (2008 г.) не используются для гонок коленчатого вала, но они использовались в некоторых экстремальных приложениях Conrads. В мире высокопроизводительных коленчатых валов никель-хром-молибденовый сплав SAE-4340 (AMS-6414) является фаворитом как для кованых, так и для заготовок.Он используется из-за его очень высоких прочностных и усталостных свойств, сочетается с хорошей пластичностью и ударопрочностью при высокой прочности. SAE-4340 имеет номинальную маркировку углерода 40 и часто описывается как «стандарт, с которым сравниваются другие сверхвысокопрочные сплавы».

Есть свидетельства того, что более низкое содержание углерода обеспечивает лучшую ударопрочность (меньшую чувствительность к надрезам) в некоторых сплавах. Закаленные на воздухе никель-хром-молибденовые сплавы EN-30B используются в некоторых высокотехнологичных коленчатых валах как в коммерческих, так и в VAR-формах.Эти сплавы содержат 30 единиц углерода и более 4% никеля (400 единиц). Он обладает хорошей ударопрочностью при высокой прочности и часто используется в буровом оборудовании, а также в высоконагруженных компонентах зубчатых передач и трансмиссий.

Возможность закалки на воздухе для достижения определенной жесткости сердечника коленчатого вала является дополнительным преимуществом, поскольку исключаются деформации и остаточные напряжения, возникающие в результате закалки в масле. Некоторые производители предлагают коленчатые валы в заготовках из EN-30B.

По крайней мере, один американский производитель коленчатых валов для сверхмощных коленчатых валов для NASCAR Cup, Top Fuel, Pro-Stock, Early IRL и других мест выбрал высокочистую низкоуглеродистую версию никель-хром-молибденовых сталей серии 43xx. .Полноценный вариант Э-4330-М (AMS 6427). Эти материалы имеют номинальное содержание углерода 30 единиц и стали фаворитом для компонентов бурения нефтяных скважин и реактивных двигателей из-за их высокой твердости и ударопрочности при термообработке для повышения прочности.

Этот производитель использует незначительные вариации химического состава для различных применений, но не хотел обсуждать особенности вариаций и то, как они влияют на желаемые свойства. Компания поддерживает жесткий контроль над всем процессом, закупая конкретный химический состав у одного производителя высококачественной стали и выполняя термическую обработку, криогенную обработку, ионное азотирование и высокотехнологичный контроль.За нитридным процессом может следовать чистовое шлифование с использованием ионного азотирования.

Материал, который в настоящее время считается сверхэкстремальным сплавом коленчатого вала, — это сталь, доступная от французских производителей Aubert & Duval, известная как 32-CrMoV-13 или 32CDV13. Это сплав для глубокого азотирования, содержащий 300 точек хрома, разработанный в середине 90-х годов специально для подшипников в аэрокосмической отрасли. Он доступен в трех вариантах. ГКХ — профессиональная чистота и химическая устойчивость. GKH-W — это сорт с высокой степенью чистоты (VAR) и строгой химической стойкостью.GKH-YW — это очень чистый сорт (VIM — VAR), который, как говорят, стоит в два раза дороже за фунт, чем сорт -W.

По данным, предоставленным Aubert & Du улучшение (более чем на 22%) усталостной прочности по сравнению с классами -W и, как утверждается, немного меньше, чем предел текучести предела выносливости, что поистине поразительно.Мне сказали, что из-за экстремальных уровней напряжения коленчатого вала Formula One большинство из них используют сплавы -YW, в то время как более низкие уровни натяжения коленчатого вала позволяют успешно использовать класс -W.

Известный производитель (Chambon) разработал процесс, который позволяет изготавливать более глубокий слой нитрида корпуса в этом сплаве (глубиной около 1,0 мм по сравнению с более типичным слоем толщиной от 0,10 до 0,15 мм). Они заявляют, что этот глубокий корпус обеспечивает очень короткий резкий градиент твердости от поверхности> 60 HRC до сердечника 40-45 HRC, что улучшает усталостные и ударные свойства стали.В нем указывается, что процесс глубокой обработки требует нескольких дней в печи для азотирования, но позволяет проводить чистовую шлифовку после глубинного азотирования, используя очень сложный процесс для устранения искажений, возникающих во время азотирования.

Ни одно обсуждение высококачественных материалов коленчатых валов не будет полным без упоминания сверхвысокопрочного сплава, известного как 300M (AMS 6419). Этот сплав является модификацией исходного химического состава 4340, к которому добавлено еще несколько точек углерода (более высокая достижимая твердость и прочность), а также 170 точек кремния и 7 точек ванадия.Ванадий действует как измельчитель зерна, а кремний позволяет материалу иметь очень высокую прочность (285 тыс. Фунтов на квадратный дюйм) и усталостные свойства, сохраняя при этом чрезвычайно хорошую ударопрочность и ударную вязкость.

Также читайте: Что такое гильза цилиндра? | Материал гильзы цилиндра | Функция гильзы цилиндра | Типы гильзы цилиндра

Термическая обработка коленчатого вала:

Типичный процесс термообработки сплавов углеродистой стали сначала изменяет структуру обработанной детали путем нагрева детали до полной температуры в печи, чтобы преобразовать ее в гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру аустенита («аустенизация»). .Деталь стабилизируется в диапазоне от 1550 ° F до 1650 ° F, в зависимости от конкретного материала. После этого деталь вынимают из нагревательной печи и быстро охлаждают («закаливают») для отвода тепла от деталей со скоростью, достаточной для превращения большого процента аустенитной композиции в мелкозернистый мартенсит.

Желаемая мартенситная кристаллическая структура стали после закалки — это высокая прочность, высокая твердость, форма железоуглеродистых растворов. Скорость охлаждения, необходимая для достижения максимального изменения, зависит от твердости материала, которая определяется комбинацией легирующих элементов.Деформация и остаточное индуцированное напряжение — две самые большие проблемы, связанные с термообработкой.

Менее жесткие методы закалки снижают остаточное напряжение и деформацию. Некоторые сплавы (например, EN-30B и некоторые инструментальные стали) могут достигать полной твердости путем закалки на воздухе. Другие сплавы с более низкой твердостью можно закалить в солевой ванне с температурой 400 ° F. Тем не менее, для других требуется закалка на основе полимеров в масле и, по крайней мере, для твердых сплавов, требующих закалки в воде.

Удар при закалке водой часто бывает достаточно сильным, чтобы сломать деталь или вызвать серьезные остаточные напряжения и деформации.По мере того, как твердость материала уменьшается, твердость (следовательно, прочность) сильно меняется от поверхности к сердцевине материала. Материалы с более высокой твердостью могут достигать более однородной твердости после закалки.

Как правило, твердость после износа, обеспечивающая лучшую пластичность и ударные свойства, недостаточна для изнашиваемых поверхностей магазинов кривошипа. Кроме того, усталостная прочность материалов при такой твердости недостаточна для приемлемого срока службы. В настоящее время предпочтительным процессом, который обеспечивает резкое улучшение как твердой поверхности шейки, так и усталостной долговечности, является азотирование (а не «нитрование» — нитраты представляют собой кислородсодержащие соединения азота).

Азотирование — это процесс диффузии элементарного азота на поверхность стали с образованием нитрида железа (FeNx). В результате получается более прочный и прочный корпус, а также остаточное поверхностное сжимающее напряжение. Деталь имеет высокопрочную, твердую поверхность с высокой износостойкостью и значительно улучшает усталостные характеристики благодаря высокой прочности корпуса и остаточному сжимающему напряжению.

Этот эффект возникает без необходимости закалки за счет температур азотирования.Толщина кожуха обычно довольно мала (от 0,10 до 0,20 мм), хотя, по крайней мере, один производитель коленчатых валов разработал способ увеличения толщины нитридного слоя до 1,0 мм. Существует три распространенных процесса азотирования: газовое азотирование (обычно аммиак), азотирование в солевой ванне (цианидные соли) и, точнее, плазменно-ионное азотирование.

Все три имеют примерно одинаковую температуру (925 — 1050 ° F), которая, конечно, становится конечной температурой деталей — эффективность азотирования зависит от химического состава стального сплава.Наилучший результат достигается, когда сплавы содержат один или несколько нитридообразующих элементов, включая хром, молибден и ванадий.

Также читайте: Что такое обработка коленчатого вала? | Обработка коленчатого вала | Способ обработки коленчатого вала | Детали обработки коленчатого вала

Кованые коленчатые валы материалов:

Если одна была сделана для ваших двигателей, наиболее распространенной сталью является сталь 1038. Это в основном простая старая чистая сталь с добавлением углерода для целей термообработки.Коленчатый вал из кованой стали обычно является хорошим выбором из-за его низкой стоимости и высокой мощности, особенно при покупке. Эти кованые коленчатые валы по-прежнему будут использоваться в более сложных условиях, чем литые коленчатые валы, но по-прежнему потребуют некоторой подготовительной работы, прежде чем их можно будет использовать в двигателях.

Опять же, первое, что мы делаем, — это не тратим время и деньги на треснувший коленчатый вал. Далее снимаем стояк с заброса штанги и просверливаем масляную скважину поперек. Другой вариант, особенно привлекательный для гонщиков кольцевых гусениц, — это сверление штанг параллельно оси кривошипа с помощью стержня или отверстий 7/8.

Это делает шейку стержня полой и очень легкой, с минимальной потерей прочности, и это можно сделать менее чем за 100 долларов. В конце концов, кованый коленчатый вал был снят до того, как его можно было реверсировать. Он также снимает напряжение со стали и делает коленчатый вал более стабильным. Кованый коленчатый вал, сконструированный таким образом, сможет выжить во всех гоночных условиях, кроме самых сложных. Гонщик может выбрать, какая степень коленчатого вала лучше всего подходит для его применения и бюджета.

На вершине лестницы находятся коленчатые валы из кованой и заготовленной стали после продажи.Это много разных производителей и ценовых категорий. Итак, как гонщик решает, по какому пути идти? Во-первых, я расскажу о самых распространенных доступных материалах. Есть 4130 и 4340 — эти числа постоянно появляются в рекламе коленчатого вала, но знаем ли мы, что они означают? Я постараюсь дать краткие пояснения. Последние два числа говорят нам, сколько сотых углерода содержится в материале. Углерод увеличивает твердость стали. В 4130 будет 30% углерода, в 4340 — 40% и так далее.

И 4130, и 4340 начинаются с # 4; это говорит нам о том, что сталь смешана с молибденом или молибденом.Это придает прочности стали. Больше молибдена означает более твердый коленчатый вал. 4130 содержит 20% молибдена, а 4340 — 25%. В дополнение к большему количеству углерода и молибдена 4340 также легирован никелем; это отмечено вторым номером в сплаве. Никель «3» обеспечивает глубокую и равномерную жесткость коленчатого вала.

Также читайте: Что такое раздавливание подшипника? | Подшипник Crus | Проверка подшипника на раздавливание

Процессы производства коленчатого вала:

№1. Необработанная поковка коленчатого вала V8 с двумя плоскостями

Многие высокопроизводительные коленчатые валы изготавливаются методом ковки, в котором заготовка подходящего размера нагревается до подходящей температуры ковки, обычно в диапазоне 1950-2250 ° F, а затем последовательно сжимается и растягивается до желаемого размера.Или зажатая между парами, заготовка умирает под очень высоким давлением.

Эти штампы имеют вогнутую отрицательную форму желаемой внешней формы. Для придания формы сложной формы и / или чрезмерной деформации часто требуется более одного набора штампов. Первоначально шатуны V8 с двумя плоскостями были выкованы в одной плоскости, затем основные шейки номер два и четыре были повторно нагреты и повернуты на 90 ° для перемещения шатунов номер два и три в вертикальной плоскости. Более поздние разработки в области кузнечных технологий позволили изготовить прямые двухплоскостные кривошипы «без скручивания».

№2. Обработка коленчатого вала заготовки

Предоставлено Bryant Racing: — Верхняя часть спектра автоспорта, коленчатые валы производятся из заготовок из высококачественных легированных сталей. Заготовки коленчатого вала изготавливаются полностью из круглого прутка («заготовки») выбранного материала. Этот метод производства обеспечивает исключительную гибкость конструкции и позволяет быстро вносить изменения в конструкцию в поисках оптимальных рабочих характеристик.

В дополнение к полностью обработанным поверхностям процесс заготовки позволяет легко разместить противовес и журнальную перемычку именно там, где их хочет дизайнер.Этот процесс включает в себя сложные операции механической обработки, особенно в отношении формования и подрезания противовеса, нарезания нарезов и сверления основных цапф и шейки штанги, а также каналов для смазки при сверлении.

Наличие многоосного, высокоскоростного и высокоточного обрабатывающего оборудования с ЧПУ сделало метод «от заготовки к заготовке» значительно рентабельным и позволил чрезвычайно точное изготовление в сочетании с точными методологиями проектирования 3D-CAD и FEA. Коленчатые валы часто нуждаются в небольшом массировании последнего для балансировки.

№3. Сборный радиальный кривошип двигателя

Существует старый аргумент, что кованые кривошипы лучше кривошипов для заготовок из-за якобы плавного потока зерна, который может быть достигнут в процессе ковки. Это может быть верно для некоторых компонентов, но в отношении коленчатого вала аргумент не работает из-за больших дислокаций в материале, которые требуются для перемещения материала шатунной шейки и противовеса от центров поковок к внешнему краю детали. .

Полученная зернистая структура типичных поковок кривошипа V8 демонстрирует свойства фрагментированного зерна, аналогичные свойствам обработанных заготовок. Более чем один производитель коленчатых валов сказал мне, что нет никакого способа выжить после штамповки из обычно используемого стального сплава SAE-4340 (AMS-6414) в одном из сегодняшних чашечных двигателей. Несколько лет назад Cosworth попытался создать коленчатый вал Формулы-1, собрав вместе различные секции, включая шейки, перемычки и противовесы.

Предполагаемая цель заключалась в том, чтобы иметь возможность улучшить форму и сечение различных компонентов, тем самым уменьшая MMOI при достижении равной или лучшей жесткости.Хотя никто не хотел подробно рассказывать об усилиях, ходят слухи, что они проводились один или два раза, а затем были прекращены из-за высокой стоимости и сложности по сравнению с измеримыми выгодами.

В некоторых случаях они являются преимуществами использования сборного коленчатого вала. Из-за механизма «ведущая штанга», необходимого для реализации радиально-поршневого двигателя, который приводил в действие большинство самолетов до конца 20-го века, почти исключительно использовалась конфигурация коленчатого вала, соединенная болтами. Незакрепленные противовесы будут рассмотрены позже в этих статьях.

Понравился пост? Поделитесь этим с вашими друзьями!

Рекомендуемое чтение —

Crankshaft Tech — Popular Hot Rodding Magazine

Рабочий объем ложе 80-х годов. Дни крошечного и примитивного увеличения рабочего объема за счет шлифовки кривошипа со смещением стали более далекими воспоминаниями, чем президентская кампания Фрица Мондейла. В связи с появлением в последнее десятилетие количества доступных на вторичном рынке коленчатых валов толкателя кубические дюймы стали дешевле, чем когда-либо.Одновременно с этим технология головок цилиндров была вынуждена идти в ногу с требованиями постоянно увеличивающегося рабочего объема, а мощность в лошадиных силах разрослась до неприличных размеров. Поскольку наше хобби — это коллективные шалости в золотой век лошадиных сил, ни один компонент двигателя, за исключением головки блока цилиндров, не продвинул дело так далеко, как современный коленчатый вал. Так что, если ваш санкционирующий орган не запрещает это, если вы строите двигатель, вы, вероятно, хотите купить кривошипный двигатель.

Тем не менее, вариантов много, и не все кривошипы одинаковы.Стоит ли соглашаться на стальное литье или переходить к ковке? В чем разница между сталью 5140, 4130 и 4340? Вам действительно нужно во всех случаях переходить к подделке? Соответствует ли заготовка своей священной репутации? Как вы отличите маркетинговую шумиху от реального качества продукта? И, что наиболее важно, какой коленчатый вал подходит для вашей области применения? К счастью, на этом дезинформация заканчивается. Мы связались с ведущими производителями коленчатых валов в стране, чтобы дать окончательные ответы на все вышеупомянутые вопросы, включая понимание металлургии и различных производственных технологий.Не паникуйте, если вы предпочитаете менее популярные модели, потому что у нас также есть модели Buick, Olds и Pontiac. Хотя некоторая информация не согласуется с общественным мнением, факты не всегда легко усвоить. У нас есть правда, но вы справитесь?

Сравнение литья, ковки и заготовки Технологии производства играют важную роль в обеспечении максимальной прочности коленчатого вала. Литье и ковка — два наиболее распространенных метода производства, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.Литые кривошипы начинают свою жизнь в виде жидкого чугуна или стали, и их разливают в форму. Это позволяет необработанной отливке максимально приближаться к ее окончательной форме, что сокращает объем окончательной обработки. В сочетании с тем фактом, что оборудование, необходимое для производства отливок, относительно недорогое, становится очевидным, почему литые кривошипы являются преобладающим выбором среди оригинальных комплектующих. Литые шатуны на вторичном рынке предлагают значительное повышение прочности и могут быть приобретены всего за 200 долларов.

Просмотреть все 7 фотографий

В отличие от этого, процесс ковки требует мощных прессов и более обширных операций окончательной обработки.Ковка включает нагревание цилиндрической заготовки металла до расплавленного состояния, а затем придание ей формы с помощью прессов и штампов. Именно это сжимающее действие создает более прочный конечный продукт по сравнению с отливкой. «В отливке структура зерен похожа на пляжный песок», — объясняет Том Либ из Scat. «В ковке сила пресса сжимает зерна вместе, так что он становится одним однородным потоком зерна. Когда пространство между молекулами сжимается, каждая молекула вынуждена« держаться за руки »со следующей молекулой.«По сравнению с литым кривошипом недостатком ковки является стоимость. Гидравлические прессы для тяжелых условий эксплуатации, используемые в процессе ковки, чрезвычайно дороги, что приводит к более дорогостоящему продукту. Ожидайте, что цены будут начинаться с 500 долларов за более популярные двигатели.

Думайте о кривошипах для заготовок как о ответвлении кованых кривошипов. Как и поковка, кривошип для заготовок начинается как большой цилиндрический слиток стали. Однако, в то время как кованый кривошип сжимается во время процесса ковки, стальной слиток, используемый в кривошипе для заготовки, имеет вид уже кованый, хотя и не такой сжатый, как в кованой рукоятке.Ключевое различие между ними заключается в том, как слитки имеют форму кривошипов. «Металлический стержень, используемый для изготовления кованого кривошипа SBC диаметром 4000 дюймов, имеет диаметр около 4,75 дюйма, а общая ширина кривошипа составляет 6,75 дюйма после завершения процесса ковки», — говорит Либ. «Металлический стержень, используемый в кривошипе для заготовки с таким же ходом, намного больше, примерно 8 дюймов, весит 350 фунтов по сравнению со 150 фунтами в кованом кривошипе. Вместо того, чтобы скручивать и колотить металл в разных направлениях, как в поковке, Кривошип заготовки изготавливается путем стачивания металла таким образом, чтобы структура зерен проходила параллельно по всей длине кривошипа.«Из-за увеличения количества материалов и трудозатрат по сравнению с кованым кривошипом, кривошипы из заготовок являются самыми дорогими из всех. Изготовленные на заказ одноразовые изделия имеют ценник в районе 3000 долларов. Что касается того, прочнее ли кривошип из заготовки, чем поковка, потому что в отрасли нет единого мнения, различные производители покажут это позже, и мы позволим вам позвонить.

Прочность Прежде чем углубляться в специфику металлургии, есть характеристики прочности, универсальные для всех отливок а поковки ничего не стоят.В лаборатории металл проверяют на прочность, растягивая круглый стержень диаметром один дюйм до тех пор, пока он не сломается. Прочность на растяжение связана с силой, необходимой для начала растяжения стержня. Предел текучести описывает силу, необходимую для дальнейшего разрыва стержня. Разница между пределом прочности на разрыв и предел текучести между отливками и поковками значительна. «При литье вам нужно всего лишь уменьшить поперечное сечение стержня на шесть процентов, прежде чем он сломается», — объясняет Либ. «Поковка позволяет уменьшить поперечное сечение на 20 процентов до того, как пруток сломается.»

Просмотреть все 7 фотографий

Металлургия Поскольку сплав состоит в основном из железа, небольшое количество металла, добавленного к этому железу, определяет разницу в прочности между различными марками стали. Набор стандартов, установленных Американским обществом для Металлы (ASM) определяют содержание марок металлов в дополнение к их номенклатуре. «Для литых шатунов начального уровня увеличение содержания углерода по отношению к железу улучшает прочность», — говорит Алан Дэвис из Eagle Specialty Products.Самые простые кривошипы — это чугун, у которых обычно есть предел прочности на разрыв от 70 000 до 80 000 фунтов на квадратный дюйм. Незначительное увеличение содержания углерода в железе приводит к образованию чугуна с шаровидным графитом, в результате чего прочность на разрыв составляет примерно 95000 фунтов на квадратный дюйм. Оба материала широко используются производителями оригинального оборудования, но не совсем подходят для более серьезных послепродажных работ с кривошипами ходового механизма. Обычно используемая в коленчатых валах начального уровня послепродажного обслуживания, литая сталь имеет большее содержание углерода, чем чугун с шаровидным графитом, и имеет предел прочности на разрыв около 105 000 фунтов на квадратный дюйм.«В типичном малом блоке кривошип из литой стали может легко выдерживать 500 л.с.

Двигаясь вверх по столбу, заводские кованые кривошипы изготавливаются из стальных сплавов, таких как 1010, 1045 и 1053. Хотя их предел прочности на растяжение аналогичен пределу прочности на разрыв стального кривошипа, их коэффициент удлинения более чем в три раза выше. В результате получается гораздо менее хрупкий материал.Тем не менее, они далеки от предельной прочности стальных кривошипов на вторичном рынке. «Заводские шатуны из кованой стали имеют высокое содержание углерода, но им не хватает хрома и никеля, как в сплавах премиум-класса, используемых в шатунах на вторичном рынке», — объясняет Либ из Scat. «В этих типах сплавов хром и никель делают их более прочными. Есть и другие материалы, но они используются, чтобы убедиться, что все смешивается должным образом и не влияет на прочность».

Самая обычная сталь для вторичного рынка — это 5140, которая может похвастаться пределом прочности на разрыв около 115 000 фунтов на квадратный дюйм.Этот материал раньше был — и до некоторой степени все еще остается — отличным выбором для гонщиков с ограниченным бюджетом, но он менее распространен, чем в прошлые годы, из-за растущей доступности шатунов из высококачественного сплава. К ним относятся поковки 4130 и 4340, которые имеют номинальную прочность на разрыв примерно 125 000 фунтов на квадратный дюйм и 145 000 фунтов на квадратный дюйм, соответственно. Производители двигателей и коленчатых валов повсеместно признают 4340 идеальным сплавом, обеспечивающим прочность и долговечность. Поскольку цена на шатуны 4340 на вторичном рынке составляет от 500 до 600 долларов за обычные двигатели, популярность более мелких марок стали снижается.«У нас много клиентов, которые развивают 1500 л.с. через кривошип из кованой стали 4340», — говорит Дэвис из Eagle.

Кручение и ковка без скручивания Кованые кривошипы прижимаются к штампу, но для этого используются два разных метода. Самый простой метод — выковать по одному ходу кривошипа в плоской штамповке. Затем кривошип поворачивается, и штамп выполняет следующий бросок. И наоборот, при ковке без скручивания все четыре метала кованы одновременно, что требует более сложной штамповки.Говорят, что поковки без скручивания уменьшают внутренние напряжения коленчатого вала в процессе производства, но не все это покупают. «Если все переменные контролируются должным образом в процессе ковки, разница между поковками на скручивание и без скручивания практически отсутствует», — считает Джеймс Хамфрис из Lunati. «Большинство шатунов на вторичном рынке в наши дни в любом случае не кованые, так что нет смысла спорить в любом случае. Это больше похоже на маркетинг».

Термическая обработка Помимо материалов, литья или ковки, термическая обработка может сильно повлиять на прочность коленчатого вала.Азотирование — наиболее распространенный метод термической обработки, используемый в кривошипах вторичного рынка, где ионизированный азот осаждается в вакууме на поверхность кривошипа в печи. Путем проникновения от 0,010 до 0,012 дюйма в поверхность металла и изменения микроструктуры стали твердость поверхности удваивается с 30 до 60 по шкале Роквелла, а усталостная долговечность увеличивается на 25 процентов. OE обычно предпочитают индукционную закалку азотированию, что приводит к более глубокому проникновению в поверхность металла (от 0,050 до 0,5 мм).060 дюймов). В этом процессе для нагрева поверхности используется магнитное поле. «У обоих методов есть свои плюсы и минусы, но азотирование наиболее распространено на вторичном рынке», — объясняет Хамфрис. «Индукционная закалка более локализована, тогда как азотирование обрабатывает весь кривошип сразу. Тем не менее, индукционная закалка проникает глубже, что позволяет повернуть шейки один или два раза во время восстановления перед повторной термообработкой кривошипа».

Knife-Edging Действительно ли обрезка ножей противовесов кривошипа снижает сопротивление воздуха и увеличивает мощность? Не все так думают.«Кромка для ножей была разработана больше для облегчения балансировки, чем для обеспечения мощности, и не имеет большого значения для уличного мотора», — объясняет Дуэйн Боес из Callies. «Как снегоочиститель, масло ударяется о лезвие ножа и разбрасывается повсюду, хотя в идеале оно должно приземлиться на нос и уйти в сторону. Закругленная передняя кромка с выпуклым носом является наиболее эффективной, как носовая часть корабль.»

Просмотреть все 7 фотографий

Перекрытие Как следует из этого термина, перекрытие шейки — это просто то, насколько диаметры коренной шейки и шейки шатуна перекрывают друг друга.По мере увеличения хода перемещение цапф стержней дальше от основных цапф снижает перекрытие и снижает прочность и долговечность. Точно так же стержень и коренные шейки меньшего размера уменьшают скорость подшипника и трение, но также уменьшают перекрытие. «Причина, по которой GM увеличила размер сети до 2,65 дюйма на 400 SBC по сравнению с 2,45 дюйма на 350, заключалась в том, чтобы сохранить перекрытие журналов с более длинным ходом 3,75 дюйма», — объясняет Джадсон Массингилл из Школы автомобильных машинистов.

Заготовка или ковка? Хотя мы четко обозначили иерархию различных марок отливок и поковок, мы не указали, обладают ли кривошипы для заготовок или их кованые аналоги максимальной прочностью.Откровенно говоря, мы не знаем ответа и даже не будем делать обоснованное предположение. Для каждого есть веские аргументы из множества заслуживающих доверия источников, поэтому мы напечатаем их слова и предоставим вам выбор.

Алан Дэвис из Eagle: «Люди думают, что заготовка прочнее, чем поковка, но это неправда. Заготовка получила такую ​​репутацию еще в те времена, когда кованые шатуны для вторичного рынка были недоступны, а заготовка была единственным способом найти Кривошипная рукоятка с кованной рукояткой в ​​процессе ковки создает структуру переплетения волокон.В кривошипе для заготовки зернистая структура просто проходит параллельно кривошипу. Заготовка — лучший вариант, если вам нужен нестандартный одноразовый кривошип, поскольку он не требует дорогостоящего инструментального оборудования. С другой стороны, 200-тонные прессы, необходимые для поковок, стоят не менее шести цифр, поэтому они больше подходят для крупных серий ».

См. Все 7 фотографий

Tom Lieb Of Scat: « Поковка не такая, как прочная, как заготовка, потому что в процессе ковки структура волокон растягивается и срезается. Поковка начинается с круглого металлического стержня, который скручивается и поворачивается, чтобы стержень метался.То, что раньше было центральной линией стержня, теперь смещено, а зерна растягиваются, травмируются и ослабляются, хотя некоторые его участки значительно прочнее, чем в отливке. В заготовке отсутствуют участки с повышенным напряжением, поскольку структура зерен проходит параллельно длине всего кривошипа. Поковки прочнее заготовки в болтах и ​​осях, потому что металл не растягивается и не режется. Нет ни одной команды Top Fuel, Funny Car, Nextel Cup или F1, которая использует кованые шатуны, поэтому вы должны спросить себя, почему.»

Dwayne Boes Of Callies » Если для обоих используется один и тот же материал, поковка прочнее заготовки, потому что поток зерна нарушается и перемещается. Однако гораздо легче получить специальные сплавы в материале заготовки ».

Джадсон Массингилл из SAM: « До 600–700 л.с. поковки ничем не уступают кривошипам заготовки при соответствующем перекрытии шейки. Однако, когда вы начинаете уменьшать перекрытие с помощью длинных ходов и небольших шеек стержней для уменьшения скорости подшипника, заготовка выходит наверх.В наших двигателях заготовка позволяет избежать перекрытия цапф ».

Альтернатива Традиционно на вторичном рынке пренебрегали станками Buick, Olds и Pontiac. Усилия приверженцев платформы двигателей привели к появлению на некоторых рынках специализированного рынка только что выпущенных стальных кривошипов. На других для каждого семейства двигателей есть специалисты, которые могут модифицировать заводские кривошипы, чтобы получить желаемый дополнительный рабочий объем.Конечно, такие компании, как Winberg, Bryant и Moldex, сделают индивидуальный шатун из заготовки для любого двигателя, но мы предполагаем, что большинство хот-роддеров работают с реальным бюджетом.

Pontiac На создание этого автомобиля ушло 30 лет, но теперь энтузиасты Pontiac имеют в своем распоряжении как литые, так и кованые шатуны. В конце 90-х компания Butler Performance объединилась с Eagle для производства первого шатуна Pontiac на вторичном рынке — 4,250-дюймового стального литого блока для 3-дюймовых основных блоков 326/350/389/400.Только в этом году Butler Performance выпустила 4340 кованых шатунов с ходом 4,000, 4,250 и 4,500 дюйма для 3-дюймовых основных блоков. Компания также предлагает шатуны 4340 на 4,000 и 4,250 дюйма для блоков 421/428/455 с питанием от сети 3,25 дюйма. «До того, как мы выпустили эти шатуны, единственным вариантом была шлифовка стандартного шатуна со смещением, что давало дополнительные 4–5 кубических сантиметров», — говорит Дэвид Батлер. «В наши дни цены на кованые шатуны настолько разумны, что нет причин даже беспокоиться о запасных частях».

Просмотреть все 7 фотографий

Buick К сожалению, рынок запасных частей не активизировался с новой конструкцией кривошипа Buick, но все еще есть варианты увеличения рабочего объема с хорошим запасом.По словам эксперта по Buick Майка Филлипса из Automotive Machine, все модели Buick 400, 430 и 455 имеют одинаковый коленчатый вал. «До 1974 года шатуны имели букву« N », которая, по мнению некоторых, означает узловатую», — объясняет он. «Эти штуки имеют массивную 3,25-дюймовую сеть, так что вы можете без проблем пропустить через них 600 л.с., а с ходом 3,900 дюймов шатуны Buick имеют большее перекрытие, чем у многих Chevrolet с большими блоками». Благодаря такому перекрытию их можно смещать на глубину до 4,15 дюйма. «Со смещением кривошипа на землю на 4.150 дюймов в 455, вы получите 494 дюйма, но я думаю, что это значительно ослабит кривошип. Лучше отшлифовать кривошип до 4 дюймов, и в этом случае вы все равно сможете уравновесить двигатель снаружи ».

Oldsmobile Среди больших блоков Oldsmobiles есть модели 425 и 455. Известный производитель двигателей Olds Дик Миллер говорит, что все 425 моторов были оснащены заводскими кривошипами из кованой стали, в то время как количество двигателей 455 со стальными шатунами меньше 100. 455 — самый распространенный двигатель среди любителей Olds, у него 4.Ход 250 дюймов. «Около 455 кривошипов было залито буквой N, а в другие — CN», — говорит Миллер. «Ручка CN — более сильная из двух». Хотя Eagle производит замену кривошипа из литой стали мощностью 700 л.с., заводская деталь очень прочная. «Стандартный кривошип 455 можно отшлифовать до 4,500 дюймов, что составляет 496 кубических сантиметров. Эти кривошипы могут выдерживать до 650 л.с.».

Просмотреть все 7 фотографий

Ford FE Ford FE, который никогда не был таким массовым, как Windsor или большой блок 385-й серии, до сих пор широко игнорировался на вторичном рынке.И Scat, и Eagle предлагают кривошипы из литой стали с ходом от 3,980 до 4,250 дюйма. «Модель 390 — самый популярный мотор FE, и почти все они имели литые шатуны», — объясняет гуру двигателей FE Барри Работник из Survival Motorsports. «Раньше люди покупали кованые кривошипы для грузовиков FE и срезали нос, чтобы поместиться в автомобильный блок, или шлифовали стандартные кривошипы со смещением, но теперь в этом нет необходимости. Я без проблем пропустил более 750 л.с. через литой кривошип Scat . » Кроме того, Survival Motorsports предлагает собственный кованый шатун 4340 ina 4.Ход 250 дюймов.

Если все остальное не удается Если вам нужно что-то сделать с кривошипом, что никто другой не сможет сделать (или если вам нужен хорошо подготовленный шатун оригинального производителя для веселого уличного водителя — прим. Авт.), Позвоните Адни Брауну из Performance Crankshaft. . Его специальность — ремонт и модификация заводских и неоригинальных шатунов в соответствии со стандартами, с которыми мало кто может сравниться. «В тех случаях, когда шатуны на вторичном рынке недоступны, мы отслеживаем старые поковки и устанавливаем ход любой длины, какой пожелает заказчик», — объясняет Адни.Помимо простых услуг, таких как ремонт сгоревших цапф, Adney может облегчить кривошип, изменить диаметр носа и приварить различные фланцы. «Не считайте это мусором и не прекращайте поиск, пока не позвоните нам сначала».

Иерархия металлов Поскольку Американское общество металловедов допускает некоторую свободу действий в пределах каждого сорта металла, значения прочности на растяжение, перечисленные в этой таблице и в других частях статьи, являются приблизительными, а не точными цифрами. Тем не менее, они действительно позволяют сравнивать прочность различных марок металлов.Хотя они представляют собой лишь небольшую часть всех стальных сплавов, установленных ASM, они являются наиболее распространенными в автомобильной промышленности. Вот краткое изложение:

МАТЕРИАЛ:	ПРОЧНОСТЬ НА РАЗРЫВ:	РЕЙТИНГ:
Чугун	70,000-80,000 фунтов на квадратный дюйм	двигатели OE
Чугун с шаровидным графитом	95000 фунтов на кв. Дюйм	двигатели OE
Стальное литье	105000 фунтов на кв. Дюйм	самые сильные из литых шатунов
1010/1045/1053	100000-110 000 фунтов на кв. Дюйм	поковка заводская высокоуглеродистая
5140 сталь	115,000 фунтов на кв. Дюйм	поковка спортивная
4130 сталь	120,000-125,000 фунтов на кв. Дюйм	сплав премиум
4340 сталь	140 000–145 000 фунтов на кв. Дюйм	Самый прочный сплав для шатунов и шатунов

Показать все

Как выбрать коленчатый вал

В прежние времена коленчатым валам уделялось на удивление мало внимания в типичном высокопроизводительном двигателе.Как правило, тот же самый кривошип, который вышел из сердечника двигателя, использовался повторно, при этом подготовка кривошипа обычно ограничивалась полировкой или шлифовкой, чтобы удалить любую сыпь с шейки. Для действительно хитрого двигателя иногда нужно было найти заводской кривошип, чтобы заполнить нижнюю часть, если бы завод предлагал такую ​​деталь для данного типа двигателя. Конечно, кривошипы, сварные шатуны и тому подобное существуют уже несколько десятилетий, но для обычных уличных работников это было столь же экзотично, как когда-то были алюминиевые головки. Рынок запасных частей со временем изменился, и экзотика, такая как нестандартные шатуны и алюминиевые головки, больше не является недосягаемой для жаждущих мощности масс, и это хорошо, потому что коленчатый вал является основой двигателя, а в наши дни мы не делаем этого. t создание бесхребетных медуз.

Сегодняшний выбор кривошипов охватывает широкий диапазон: от традиционного подхода «беги что-то-я-получил» до оригинального кривошипа из стальной заготовки для вторичного рынка. Решение сводится к согласованию потребностей приложения с доступными вариантами и бюджетом проекта. Благодаря мощности и крутящему моменту, которые так легко получить с помощью современной технологии головки блока цилиндров и кулачка, стоит совмещать выходную мощность при достаточном низком уровне. Вот руководство по выбору правильного коленчатого вала для работы.

Просмотреть все 10 фото

Cast vs.Кованый Коленчатый вал — это довольно солидный кусок металла, имеющий сильно искаженную форму. Есть несколько разных способов придать основную форму, и это лежит в основе того, является ли кривошип кованной или литой деталью. При литье изготавливается форма, и расплавленный материал кривошипа, обычно чугун, просто заливается для создания необработанной отливки. Литье дешево, инструменты долговечны, а необработанные литые пружины из литейной формы очень близки к требуемой окончательной форме, что сводит к минимуму требования к окончательной механической обработке.Все эти характеристики достаточно привлекательны, чтобы сделать литые кривошипы безоговорочным фаворитом для OEM-производителей и приложений с умеренной производительностью.

При создании кованого кривошипа используется совершенно другой процесс штамповки металла, уместно называемый процессом ковки. При ковке горячий кусок стального проката помещается между тяжелыми штампами, имеющими форму коленчатого вала. Под экстремальным давлением, создаваемым ковочным прессом, металл прижимается к основной форме кривошипа. Простейшие штампы для поковки кривошипа расположены в одной плоскости, в результате получается поковка кривошипа, у которой все шейки кривошипа находятся в одной плоскости.Для индексации хода кривошипа на 90 градусов необработанная поковка скручивается, чтобы смещать шейки в двух плоскостях, чтобы создать окончательную необработанную заготовку кривошипа.

Усовершенствованный процесс ковки включает ковку кривошипа в двух плоскостях, так что все шейки прижимаются к их окончательной конфигурации, что устраняет необходимость поворачивать кривошип для индексации шейки. В результате меньше внутренних напряжений в поковке, а также улучшается текучесть зерна в металле. Кривошипы, изготовленные с использованием этого инструмента, называются поковками без скручивания.Инструмент для ковки без скручивания значительно сложнее и менее долговечен, чем инструмент для простой плоской ковки, и, как правило, из такой заготовки нужно обработать больше лишнего материала для создания готового коленчатого вала. Производители, производящие поковки кривошипов в огромных количествах, естественно, склонялись к более низкой стоимости и более высокому сроку службы плоской поковки. На вторичном рынке, с небольшими производственными партиями и упором на долговечность высокопроизводительных кривошипов, для многих популярных двигателей доступны поковки без скручивания.

Как определить, кованый ли это кривошипно Многие двигатели в течение всего срока службы производились как с коваными стальными, так и с литыми кривошипами. Удивительно, как многим из нас трудно отличить кованый шатун от литого, глядя прямо на них. Их легко отличить, если знать, что искать. Вот несколько быстрых подсказок.

Посмотреть все 10 фотографий Процесс литья приводит к большему контролю формы сетки в процессе формовки, о чем свидетельствуют визуальные подсказки на готовом коленчатом валу.Смотреть на противовесы — пустяки. Противовесы кованого кривошипа (слева), как правило, будут иметь более грубый вид с закругленными краями, в то время как литой кривошип (справа) для сравнения будет иметь острые, четко очерченные края.

Материалы кривошипа Помимо литья или ковки, качество материала также разделяет коленчатые валы различных марок. Что нас интересует, так это чистая сила и долговечность. Различные стали и чугуны оцениваются на основе прочности, ударной вязкости и пластичности. Любой данный сплав может охватывать довольно широкий диапазон прочности в зависимости от задействованных металлургических процессов, поэтому трудно указать точное число прочности различных сталей и чугунов.Однако, чтобы обеспечить общее руководство, мы включим сюда некоторые значения относительной прочности на разрыв. В конце списка находится стандартный чугунный коленчатый вал, который обычно имеет предел прочности на разрыв 65–80 000 фунтов на квадратный дюйм и довольно хрупкий с показателем удлинения около 3 процентов. Некоторые кривошипы из оригинального чугуна были изготовлены из чугуна с шаровидным графитом (ковкого), улучшенного чугуна, который повышает предел прочности на разрыв до 100 000 фунтов на квадратный дюйм, но, что более важно, улучшает пластичность до примерно 5-6 процентов удлинения до разрушения.Учитывая популярность недорогих литых шатунов на вторичном рынке, мы спросили Scat Crankshafts о материале бюджетных литых шатунов. Эти кривошипы отлиты из литой стали серии 9000 с пределом прочности на разрыв 105000 фунтов на квадратный дюйм и 6-процентным удлинением — довольно впечатляющие цифры для литой детали.

Кованые кривошипы также изготавливаются из широкого спектра материалов с разной степенью прочности. Заводской кованый кривошип обычно изготавливается из простой углеродистой стали, такой как 1053 или 1045. Эти стали имеют предел прочности на разрыв в диапазоне 110 000 фунтов на квадратный дюйм, что по внешнему виду не кажется чем-то большим, чем у хорошего литого кривошипа.Но прочность на разрыв — это только часть картины. Кривошип из кованой стали имеет коэффициент удлинения 20-22% до выхода из строя, что намного больше, чем у чугуна, поэтому пластичность является реальным преимуществом кованого кривошипа перед чугуном. Из углеродистой стали марки OE материалы для кованых кривошипов поднимаются по шкале прочности, а хромистая сталь 5140 является следующей распространенной маркой с пределом прочности на разрыв 115000 фунтов на квадратный дюйм. Далее в списке идут стали из хромомолибденовых сплавов, а стали 4130/4140 обычно используются для коленчатых валов с более серьезными характеристиками и имеют предел прочности на разрыв 120–125 000 фунтов на квадратный дюйм.Кривые шатуны из кованой стали премиум-класса изготавливаются из никель-хром-молибденового сплава 4340 с давлением около 140 000 фунтов на квадратный дюйм в диапазоне растяжения.

Кривошипы для заготовок Коленчатые валы для заготовок находятся в верхней части шкалы высокопроизводительных коленчатых валов. Кривошип заготовки начинается с цельного куска прутка из высококачественной стали (обычно из материала 4340), а затем все, что не похоже на коленчатый вал, удаляется с помощью ряда процессов механической обработки. Преимущество заготовки прежде всего в зеренной структуре.Прокатный пруток, из которого формируется заготовка, имеет однородную продольную зернистую структуру. При ковке ходы кривошипа буквально ударяются, прижимаются и скручиваются в штампах, придавая металлу грубую форму кривошипа. Брутальность этого процесса отрицательно сказывается на зернистой структуре металла. В кривошипе для заготовки зерновая структура исходного стержня не искажается и остается более однородной и неповрежденной. Это делает конечный продукт более прочным, жестким и долговечным.

Просмотреть все 10 фотографий Изначально кривошипы представляют собой массивные бревна из высококачественной стали, из которых изготавливаются готовые коленчатые валы.Это трудоемкий и дорогостоящий процесс, но в результате получается кривошип с превосходной стабильной линейной структурой зерна.

Термическая обработка В то время как чугун упрочняется в процессе обработки, что устраняет необходимость в дополнительной термообработке после окончательной обработки, стальные кривошипы, как правило, слишком мягкие, чтобы обеспечить приемлемый срок службы шейки без какой-либо термической обработки для обеспечения долговечности. и износостойкость. Стальные коленчатые валы OEM чаще всего подвергаются индукционной закалке — процессу, при котором поверхность нагревается высокочастотным переменным магнитным полем, которое быстро генерирует тепло на поверхности кривошипа перед закалкой.Легкость и скорость этого процесса делают его излюбленным методом производства оригинальных комплектующих. Индукционная закалка приводит к довольно глубокому проникновению на 0,060-0,080 дюйма под поверхностью. Поскольку нагрев и закалка локализованы на поверхности, а нагрев и охлаждение неравномерно по разным поперечным сечениям, процесс вызывает напряжения в коленчатом валу. Индукционная закалка — это быстрый и экономичный процесс для высокопроизводительного производства, но он не совсем идеален для гоночного коленчатого вала.

Двумя другими обычно используемыми способами закалки стальных кривошипов являются туппинг и азотирование. Сборка пучков — это процесс, применяемый некоторыми производителями оригинального оборудования для специальных высокопроизводительных шатунов, в первую очередь для того, чтобы избежать напряжений, возникающих при индукционной закалке. В Tuftriding кривошип погружен в горячие цианидные соединения, что создает прочную и прочную поверхность, улучшающую сопротивление усталости. Твердый слой в кривошипе Tufftrided обычно очень неглубокий и проникает всего в несколько тысячных дюйма.Одним из недостатков Tuftriding является возможность коробления кривошипа.

Азотирование — это процесс химического упрочнения, при котором деталь нагревается в печи, кислород откачивается и вводится химический газ, который проникает через всю поверхность. Глубина твердости зависит от времени, в течение которого деталь подвергается воздействию газа. Обычно азотированный кривошип имеет твердость по глубине около 0,010 дюйма. Азотирование — это процесс с низким нагревом по сравнению с Tuftriding, но он разделяет то преимущество, что избегает появления локализованных зон напряжения, как при индукционной закалке.

Важным моментом, который следует учитывать при восстановлении двигателя, является процесс закалки, используемый при изготовлении кривошипа. Литые кривошипы обычно можно переточить, не беспокоясь о дополнительном упрочнении поверхности. Заводской кованый кривошип с его глубокими шейками, закаленными индукционным нагревом, также можно просто нарезать на кривошипно-шлифовальном станке и бросить внутрь. Однако, если кривошип изначально был подвергнут туфторидированию или азотированию, переточка обязательно пройдет на всю глубину поверхности шатуна. первое, а также, вероятно, второе.Эти кривошипы следует снова подвергнуть термообработке после обработки, чтобы восстановить требуемую твердость шейки.

Просмотреть все 10 фото

Филе шатуна Наиболее вероятным местом катастрофического отказа кривошипа является точка, в которой шейки соприкасаются со щеками кривошипа. Здесь правильная обработка кривошипа может фактически снизить концентрацию напряжений. Большинство оригинальных кривошипов изготавливаются с поднутрением радиуса скругления, когда угол шейки фактически срезан, оставляя закругленную канавку в этом критическом стыке.Этот метод эффективен для снижения концентрации стресса, но это не самый надежный способ справиться с задачей.

Просмотреть все 10 фотографий

В высокопроизводительных шатунах слева в углу добавлен дополнительный материал, образующий радиус скругления. Галтель делает кривошип более прочным, чем радиус поднутрения, однако необходимо обеспечить надлежащий зазор в подшипниках, чтобы край подшипников не защемлял галтели и не заедал. В то время как стандартные заменяемые подшипники часто не имеют достаточной кромки фаски для кривошипа с радиусом галтеля, производители подшипников предлагают подшипники качения, предназначенные для очистки для большинства популярных применений.Что нужно учитывать при создании гоночного двигателя с модернизированным шатуном.

Ход и ход поршня — это просто удвоенное расстояние между осевыми линиями коренной шейки и шейки штока. Самый быстрый способ сделать это — добавить руку. Хотите нарастить крутящий момент? Добавьте несколько приличных голов, чтобы накормить эти лишние сантиметры, и у вас в руках будет монстр. Шатуны Stroker существуют уже много лет, но никогда не имели таких опций, разнообразия и уровней цен, которые можно было бы увидеть сегодня. После того, как рынок запасных частей стал серьезно относиться к замене шатунов, версии с ходокерами стали естественным ответвлением, поскольку дополнительные затраты на инструмент и обработку были минимальными.В то время как двигатель стандартной конфигурации скрепляется болтами, как предполагалось на заводе, комбинации строкеров требуют немного больше науки.

Пакет кривошипно-стержневого механизма строкера должен соответствовать площади, доступной внутри блока, что часто требует очистки блока. Поскольку кривошип с ходом толкает поршень выше в канале ствола, требуется поршень с меньшей высотой сжатия (расстояние от центра пальца до поршневой платформы). Кривошип толкателя также толкает поршень дальше по отверстию, поэтому зазор между юбками поршня и противовесами кривошипа также является проблемой.Эти критерии уже должны быть изучены при покупке поршней, предназначенных для конкретной рассматриваемой комбинации ходов.

К другим факторам, которые необходимо решить с помощью регуляторов хода, относятся балансировка узла, что может потребовать изменения противовесов кривошипа; повышенная средняя скорость поршня при заданных оборотах; и, в некоторых конструкциях двигателей, предотвращение чрезмерной степени сжатия из-за дополнительного сжатия в камерах сгорания того же размера. Многие поставщики предлагают сбалансированные узлы строкера для популярных комбо двигателей, что делает сборку строкера почти такой же простой, как сборку стокера.

Посмотреть все 10 фотографий

Жизненный цикл кривошипа Может показаться, что кривошип, прошедший испытание Magnaflux на наличие трещин и переточенный цапфами, как новый, но это не обязательно так. Все металлы имеют конечную усталостную долговечность, что в основном означает, что кривошип можно нагружать и разгружать определенное количество раз, пока он не сломается. Сколько циклов длится деталь до разрушения, напрямую зависит от величины напряжения или нагрузки, которой она подвергается, даже если она намного ниже, чем предел прочности материала на растяжение.

Усталостная долговечность может быть практически неограниченной, если циклы нагрузки ниже критического уровня, называемого пределом выносливости. Для нас это означает, что тридцатилетний чудак с неизвестной историей — это авантюра в высокопроизводительном приложении. Если, например, это стальной шатун Mopar 440 из дедушкиного Chrysler Newport, он, возможно, никогда не видел циклических нагрузок, которые заметно уменьшили бы его усталостный ресурс. С другой стороны, это могло быть из забитого азотом грязевого грузовика кузена Буббы, и он уже был на грани отказа.Это не значит, что мы говорим вам что-то, чего вы здесь еще не знаете; Если деталь уже была выбита до чертиков, скорее всего, она вот-вот сломается.

По мере увеличения прочности материала обычно увеличивается усталостная долговечность и предел выносливости детали. Более качественные кривошипы прослужат дольше и выдержат больше злоупотреблений, прежде чем выйдут из строя — опять же, это несложно, но это подтверждается металлургической наукой. Усталостное разрушение обычно начинает проявляться в виде мельчайших поверхностных трещин, которые перерастают в трещины под действием повторяющихся или изменяющихся напряжений.Такие процессы, как азотирование или дробеструйное упрочнение, подвергают внешнюю поверхность металла сжатой нагрузке, улучшая поверхностную прочность и увеличивая усталостную долговечность. Если двигатель рассчитан на серьезную мощность или высокие обороты, или для использования с закись азота, воздуходувки или в гонках на выносливость, вы можете серьезно подумать о выборе кривошипа. Стандартная литая рукоятка может пережить некоторые героические числа после нескольких нажатий на динамометрическом стенде, но в долгосрочной перспективе экономия такого выбора может оказаться глупой экономией.

Как собрать гоночные двигатели: Руководство по коленчатым валам

Как и большинство деталей в соревновательном двигателе, коленчатые валы живут мучительной жизнью, похожей на то, что восемь хулиганов избивают вас снова и снова. Высококлассный гоночный двигатель может создавать давление сгорания от 1400 до 1500 фунтов на квадратный дюйм. Например, если вы примените это давление к поршню диаметром 4,185 дюйма, как в двигателе Sprint Cup, оно преобразуется в силу, превышающую 19 000 фунтов на шейку штока для каждого цилиндра.Это ошеломляюще сжимающая нагрузка даже в нединамических условиях. Коленчатые валы для гоночных автомобилей — довольно жесткие покупатели, но они действительно прогибаются под действием прерывистой крутильной нагрузки, создаваемой непрерывной последовательностью работы двигателя. Эта невидимая размерная эластичность (пластичность) необходима для поглощения действующих динамических сил. По размерам он обычно меньше существующих зазоров в подшипниках, поршнях и кольцевых уплотнениях.

---

Этот технический совет взят из полной книги «КОНКУРСНОЕ ДВИГАТЕЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО».Подробное руководство по этой теме вы можете найти по этой ссылке:

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ ОБ ЭТОЙ КНИГЕ

ПОДЕЛИТЬСЯ ЭТОЙ СТАТЬЕЙ: Пожалуйста, не стесняйтесь поделиться этой статьей на Facebook, на форумах или в любых клубах, в которых вы участвуете. Вы можете скопировать и вставить эту ссылку, чтобы поделиться: https://musclecardiy.com/performance/how руководство по сборке гоночных двигателей коленчатого вала /

---

Мы говорим о силах, создаваемых фактическим процессом сгорания, но мы также должны учитывать возвратно-поступательную массу, отбрасываемую назад и вперед в каждом цилиндре.Сюда входят не только поршни, но и пакеты колец, пальцы на запястье, фиксаторы пальцев, маленький конец шатуна, а также некоторое количество масла, прилипшего к этим деталям. Какой бы вес ни был в каждом цилиндре, он непрерывно ускоряется от нулевой скорости до максимальной скорости и обратно до нуля дважды за каждый оборот коленчатого вала. И, конечно же, это происходит в каждом отдельном цилиндре в упорядоченной последовательности, которая имеет тенденцию поглощать мельчайшие вариации.

Коленчатые валы

Racing обладают многими важными характеристиками, показанными здесь, для обеспечения максимальной прочности и максимальной производительности.

В дополнение к давлению сгорания коленчатый вал также пытается поддерживать порядок среди всех этих различных масс, разбрасываемых во всех направлениях. Некоторые поршни приближаются (до верхней мертвой точки, ВМТ), другие движутся (вниз, к нижней мертвой точке, НМТ), а некоторые находятся в пути, все со своими собственными ускорениями, скоростями и векторами силы, в значительной степени зависящими от хода, длина штанги и частота вращения двигателя. Возвратно-поступательная масса, прикрепленная к каждой шатунной шейке в сборе, также должна противодействовать ходу кривошипа для поддержания баланса.

Если бы Атлас считал, что удержать мир сложно, он не был бы счастливее, пытаясь удержаться на восьми бушующих гоночных поршнях на максимальных оборотах. Компоновка V-8 под углом 90 градусов позволяет довольно полно уравновесить первичные и вторичные силы в игре, но не настолько хорошо, чтобы полностью исключить вибрационную нагрузку. В зависимости от таких факторов, как размеры и масса компонентов, вращающийся узел входит и расстраивается при разных оборотах двигателя; он может быть очень плавным на одних оборотах и ​​не таким плавным на других.В той или иной степени это влияет на стабильность коленчатого вала, кольцевое уплотнение и целостность подшипников, и это основная причина, по которой гоночные двигатели должны быть точно сбалансированы для обеспечения плавной предсказуемой работы.

Типы коленчатого вала

В большинстве гоночных машин используется стальная поковка или коленчатый вал из стальной заготовки. Низшие классы часто ограничиваются шатунами из литой стали или чугуна с шаровидным графитом OEM-типа, которые превосходно работают во многих классах спортсменов, но функционально не подходят для приложений с высокой мощностью.Эти классы часто устанавливают ограничения по весу коленчатых валов (например, минимум 50 фунтов), чтобы предотвратить использование более легких дорогостоящих шатунов. Обладая прочностью на разрыв от 65 000 до 80 000 фунтов на квадратный дюйм, обычные отливки относительно хрупки, но идеально подходят для общего использования в автомобилях. Шатуны OEM из чугуна с шаровидным графитом имеют предел прочности на разрыв выше 100 000 фунтов на квадратный дюйм, лучшую пластичность и коэффициент удлинения около 3 процентов. Это подходит для многих тяжелых грузовиков и даже некоторых двигателей OEM.Рейтинг относительного удлинения относится к проценту деформации, которую кривошип может неоднократно выдерживать без сбоев. По сути, это разница между пределом прочности на разрыв (сила, необходимая для инициирования растяжения или отклонения) и пределом текучести (величина силы, необходимой для постоянного растяжения или деформации детали). Литые шатуны превосходно работают в тех классах спортсменов, где они требуются, особенно коленчатые валы, такие как Scat серии 9000, которые имеют предел прочности на растяжение, равный большинству основных поковок (105000 фунтов на квадратный дюйм), и коэффициент удлинения (6 процентов), почти вдвое превышающий, чем у большинства обычных отливок. .Эти кривошипы довольно удобны в диапазоне от 400 до 450 л.с. в кольцевых гонках, и они часто очень хорошо выдерживают даже на уровне 500 л.с. в высокопроизводительных уличных приложениях, которые наблюдаются только неполный рабочий день.

Вопрос о том, использовать ли поковки крученой или нескрученной формы, все еще обсуждается. Многим строителям удаются и то, и другое, но не скрученные поковки обычно предпочтительны для приложений с высокими нагрузками, работающих на экстремальных оборотах двигателя. (Предоставлено Scat Enterprises)

Сочетание легкого кованого коленчатого вала, легких шатунов с двутавровой балкой и кованых поршней — залог успеха в большинстве гоночных автомобилей.

Кованые шатуны

Шатуны из кованой стали бывают двух основных типов: скрученные и нескрученные, то есть независимо от того, кованы ли ходы кривошипа на месте все за один раз или скручены в нужное положение в процессе производства. Процесс ковки заключается в нагревании куска заготовки до температуры от 2650 до 2750 градусов по Фаренгейту и последующем придании ему формы с помощью штампов на массивных 200-тонных прессах. Скрученные кривошипы выкованы как одно целое, а на огромных автоматизированных машинах шатуны сразу скручиваются на место.Производство витых поковок обходится дешевле, но первоначальные вложения в инструмент намного выше, хотя общие затраты на техническое обслуживание меньше.

Кривошип без скручивания выковывается с ходами в правильном положении сразу, и инструмент служит дольше, так как общее смещение металла меньше. В зависимости от того, с каким производителем вы разговариваете, разница незначительна, если процесс выполняется правильно.Споры об относительных достоинствах каждого типа продолжаются, но многие производители рекомендовали неискрученную конструкцию как лучшую для использования в соревнованиях.

Большинство заводских шатунов изготовлены из скрученной поковки, и они достаточно прочные для большинства применений. Обратите внимание, что нарушение зернистой структуры в металле больше в скрученной поковке, чем в нескрученной поковке. В ковке без скручивания смещение зерна ограничено примерно половиной длины хода по сравнению с аналогичным смещением в ковке со скрученной кручением плюс сильное скручивание, которое дополнительно нарушает внутреннюю структуру зерна.Следовательно, теоретически нескрученные поковки могут быть несколько более жесткими и более устойчивыми к прогибу коленчатого вала при сильной нагрузке.

Кривошипы для заготовок предпочтительнее использовать только для чашек, и это должно вам кое-что сказать. Везде, где требуется максимальная прочность и долговечность, почти всегда лучшим выбором будет кривошипная рукоятка. (Предоставлено Scat Enterprises)

Просверленные шатуны — наиболее эффективный способ уменьшить инерцию вращения в гоночном коленчатом валу, не влияя на общую прочность отдельных шатунов.(Предоставлено Scat Enterprises)

Кованые кривошипы изготавливаются из широкого диапазона материалов с разной степенью прочности в зависимости от сплава и применяемой термической обработки. Заводские кованые кривошипы изготавливаются из простой углеродистой стали, обычно из сплава 1053, а иногда и из сплава 1045. Предел прочности на растяжение этих сплавов составляет около 110 000 фунтов на квадратный дюйм. Хотя это не кажется намного лучше, чем хороший литой коленчатый вал, пластичность кованого кривошипа намного лучше, поскольку коэффициент удлинения до отказа почти на 25 процентов выше.Следующим по прочности является хромистая сталь 5140 с пределом прочности на разрыв 115 000 фунтов на квадратный дюйм. Кроме того, хром и сплавы с более высоким содержанием углерода, такие как 4140, используются для изготовления большинства высокопроизводительных кованых коленчатых валов. Эти сплавы рассчитаны на давление до 125 000 фунтов на квадратный дюйм. В первоклассных кованых шатунах для гоночных применений используется 4340, более прочный и прочный сплав, рассчитанный на 140 000 фунтов на квадратный дюйм.

Кованые кривошипы дороже, чем литые, и менее дорогие, чем кривошипы из заготовок, но за исключением абсолютно высокотехнологичных приложений, требующих бескомпромиссной прочности (4340 заготовок), кованые кривошипы 4140 являются основным выбором для большинства гонок спортсменов.Кроме того, сегодня большинство производителей грамотно спроектировали свои поковки, чтобы из одной и той же поковки можно было обрабатывать различные длины хода. Во многих случаях они могут отшлифовать определенный ход существующей поковки, если он находится в заданном диапазоне.

Другие преимущества покупки кованого коленчатого вала почти всегда включают большой радиус галтели шейки, что увеличивает прочность и препятствует растрескиванию. Это немаловажное дело, поскольку большинство производителей кривошипов считают конструкцию и обработку соответствующего радиуса галтеля одной из самых важных характеристик гоночного коленчатого вала.В частности, они начали отдавать предпочтение некруглому контуру или непостоянному радиусу, который, как считается, придает большую силу переходу от цапфы к броску. Большинство кованых гоночных кривошипов на вторичном рынке также имеют кромку ножа или выступы на ходу кривошипа — особенность, разработанная для того, чтобы помочь кривошипу прорезать закрученную масляную массу с уменьшенным аэродинамическим сопротивлением.

Кривошипы для заготовок

Кривошипы для заготовок изготовлены на станке с ЧПУ из цельного куска высокопрочной легированной стали.Как правило, они являются самыми прочными и жесткими из доступных и являются подавляющим выбором для неограниченного количества приложений, таких как драгстеры Top Fuel, Веселые автомобили, Pro / Stock и Pro / Modified, дрэг-рейсеры, двигатели Sprint Cup и любые формы неограниченных соревнований, требующие максимума прочность и долговечность.

Одним из основных преимуществ кривошипов для заготовок является способность обрабатывать любую желаемую комбинацию хода и размера шейки при сохранении максимальной прочности. В отличие от поковки, в которой зернистая структура металла растягивается и деформируется при высокой температуре, зеренная структура кривошипа заготовки остается неизменной без остаточных напряжений в процессе ковки.Процесс обработки прерывает зерно в обоих типах, но в заготовке это воспринимается как менее интрузивное. Кроме того, заготовки позволяют очень точно формировать и размещать ходы кривошипа для обеспечения максимальной прочности и точной балансировки. Заготовки обычно изготавливают из сплава 4340 или лучше.

Обратите внимание на большой радиус скругления на шейке стержня Scat. Радиус распределяет нагрузку и устраняет общую точку изломов под напряжением.

Перфорированная сетка также используется для облегчения гоночного коленчатого вала.

Если вы согласитесь с представлением о том, что поршень, шток и коленчатый вал — все служат амортизаторами, это становится спорным вопросом. Неупругий коленчатый вал может быть более подвержен ударам подшипников, даже если он обеспечивает более точное позиционирование поршня. Это особенно актуально в условиях детонации, когда дребезжание и раскачивание поршня могут быть очень сильными. Поскольку переменный прогиб кривошипа практически невозможно измерить, все, что мы можем сделать, — это попытаться предсказать его последствия и действовать соответствующим образом. Это веская причина строго контролировать боковой зазор поршневого кольца, радиальную глубину и натяжение с очень жесткими допусками.Это обеспечивает наилучшее возможное уплотнение на торцевой поверхности кольца и контактной площадке кольца, чтобы минимизировать перемещение кольца в кольцевых канавках, когда оно подвергается ударным эффектам детонации или высокоскоростного флаттера. Подумайте, что происходит с кольцевым уплотнением, когда кольцо временно разгружено, и насколько сложно восстановить это уплотнение при повышенных оборотах двигателя. Это одна из причин, по которой поршневые кольца имеют слегка закругленную поверхность. Они должны поддерживать уплотнение даже при качании поршня.

Укрепляющие средства

Для повышения жесткости коленчатых валов для работы в тяжелых условиях используются различные виды обработки.Они включают термообработку, методы закалки и криогенную обработку в условиях сильного холода для стабилизации металла.

Термическая обработка

Интересно, что литые коленчатые валы обычно не требуют термической обработки, потому что в процессе производства металл упрочняется в процессе обработки. Это означает, что литые кривошипы можно легко переточить без потери поверхностного упрочнения. То же самое относится к кузнечным кривошипам OEM-типа, если они не были зачесаны или азотированы.В таких случаях кривошипу требуется еще одна термообработка для восстановления исходной твердости поверхности шейки. Кованые шатуны изначально мягче и требуют специальной термической обработки, чтобы сделать их пригодными для использования на соревнованиях. Кованые шатуны OEM подвергаются термообработке для повышения их долговечности и устойчивости к износу.

Индукционная закалка

Заводские кривошипы подвергаются индукционной закалке, в результате чего поверхность кривошипа быстро нагревается с помощью высокочастотного переменного магнитного поля.Эта процедура является быстрой и недорогой и обычно обеспечивает проникновение закалки на глубину до 0,080 дюйма. К сожалению, это вызывает напряжение в различных частях кривошипа, потому что процесс нагрева и охлаждения ограничивается материалом поверхности и не влияет в равной степени на остальной материал кривошипа. Этот процесс экономичен и полезен для OEM-приложений, которые, как правило, никогда не сталкиваются с тяжелыми условиями, налагаемыми гоночными условиями.

Туфтридинг

Tuftriding — это процесс, специально разработанный для предотвращения неравномерных напряжений, вызванных индукционной закалкой.Это выполняется путем погружения рукоятки в горячий состав цианида, который создает твердую поверхность, стойкую к износу и усталости. При сборке пучков обычно применяется только тонкий слой упрочнения и часто возникает коробление, с которым приходится иметь дело в процессе окончательной обработки.

Азотирование

Наиболее распространенной и предпочтительной термической обработкой является азотирование — химический процесс, при котором кривошип нагревают в специальной печи и подвергают воздействию газообразного аммиака и азота, которые вступают в реакцию с углеродом на поверхности кривошипа, упрочняя его до глубины, характерной для время, в течение которого кривошип подвергается воздействию горячих газов.

Азотирование обычно не проникает так глубоко, как образование пучков, обычно только от 0,010 до 0,013 дюйма или около того, но оно не передает локализованное напряжение, вызванное образованием пучков. Его основное преимущество — улучшение ударопрочности и устойчивости к износу. Азотирование — это низкотемпературный процесс, который, в отличие от индукционной закалки, не влияет на прочность сердечника кривошипа. По словам Ската, он равномерно обрабатывает кривошип и создает поверхностное натяжение, увеличивающее усталостную долговечность на 18–20 процентов.Этот процесс более дорогостоящий, и шатуны требуют повторного азотирования, если они когда-либо будут переточены.

Многие производители по-прежнему предпочитают индукционную закалку своих кривошипов для контроля затрат, и дело не в том, что эти кривошипы плохие, изготовителю двигателя просто нужно знать это и учитывать последствия, если работа кривошипа потребуется позже. Производители гоночных двигателей взвешивают относительные достоинства обоих и делают свой выбор, основываясь на эксплуатационных требованиях и требованиях к долговечности, а также, во многих случаях, на выделенном бюджете для любого конкретного проекта двигателя.

Криогеника

Криогенная обработка — еще одна процедура, используемая для повышения прочности и сопротивления усталости. Криогенный процесс охлаждает кривошип до 300 градусов по Фаренгейту в течение определенного периода времени, обычно от 24 до 36 часов. Затем рукоятку откладывают, чтобы она медленно вернулась к комнатной температуре. Этот процесс глубокой заморозки снимает остаточные напряжения в металле, делая кривошип более устойчивым к поломке. В недалеком прошлом считалось змеиным маслом, криогенная обработка стала популярной и теперь используется многими ведущими производителями двигателей для двигателей с максимальным усилием.

Противовесы

Среди производителей коленчатых валов широко распространено мнение, что стандартные двухплоскостные кривошипы V-8 обеспечивают прирост мощности и долговечности за счет использования дополнительных противовесов вокруг центральной главной шейки, особенно в длинноходных приложениях, которые имеют большую гибкость из-за меньшего перекрытия между ними. броски и сеть. Центральные противовесы ранее не использовались, поскольку они увеличивают сложность и стоимость изготовления коленчатого вала, а также потому, что традиционные кривошипы с шестью противовесами имеют более низкий момент инерции массы (MMOI).Все больше строителей признают преимущества восьми противовесов, особенно в длинноходных и высокоскоростных приложениях.

Центральные противовесы уменьшают прогиб изгибающего момента на центральном коренном подшипнике, что помогает сохранить общую жесткость кривошипа и сопротивление прогибу вдоль оси кривошипа. В этом отношении их отдают предпочтение некоторым приложениям с коротким ходом, поскольку они делают балансировку более точной. Добавление противовесов в центральные броски также помогает уменьшить изгибающие нагрузки и уменьшить общий размер противовесов.Это часто применяется к кривошипам с коротким ходом, предназначенным для работы на очень высоких оборотах.

С точки зрения прочности и мощности центральные противовесы могут быть более желательными, чем низкий MMOI, за исключением, возможно, двигателя дрэг-рейсинга с короткой продолжительностью события и требованием очень быстрого переходного ускорения. Конструкторы также заботятся о твердости и пластичности кривошипов. Движение смещается в сторону более жестких и жестких кривошипов, чтобы сохранить целостность размеров для повышения выработки мощности, но кривошип все еще должен иметь возможность немного подавать без трещин.Это называется пластичностью. Кривошипам требуется некоторая степень пластичности, чтобы безотказно воспринимать экстремальные нагрузки, но они также нуждаются в высокой прочности на разрыв, чтобы обеспечивать постоянные нагрузки на подшипники. В настоящее время разработчики коленчатого вала продолжают исследования в этой области.

Фигурные противовесы используют различные стратегии для борьбы с ветром картера. Этот коленчатый вал Scat включает противовесы Aero-Wing, которые имеют специальную форму, позволяющую аккуратно прорезать масляную массу, в то время как маятниковый разрез уменьшает вес и концентрирует его в наиболее желаемом месте для оптимального баланса.(Предоставлено Scat Enterprises)

Кривошип для заготовки начинается с твердой заготовки из материала весом в несколько сотен фунтов. Время настройки и программирования для этой процедуры длительное и дорогое. (Предоставлено Scat Enterprises)

Процесс обработки кривошипа для заготовки длительный и точный, но в результате получается превосходный коленчатый вал с непрерывной структурой зерна и максимальной прочностью. (Предоставлено Scat Enterprises)

Противовесы необходимы для компенсации усилий компонентов, совершающих возвратно-поступательное движение, при вращении коленчатого вала.Они являются необходимым и эффективным компонентом балансировки, но они также создают различные проблемы, связанные с ветром картера. У всех производителей коленчатых валов есть свои предпочтительные методы формирования противовесов для уменьшения паразитного сопротивления. Наиболее распространенный подход — закруглить или заострить переднюю и заднюю кромки противовесов, чтобы они легче прорезали масло. Эта практика обычно более эффективна, когда она сопровождается новыми маслосодержащими покрытиями, которые усиливают общий эффект.

Противовесы

также могут быть подрезаны и / или сужены с одной или обеих сторон для уменьшения массы и площади лобовой части, представленной вихревой массе масла. Материал удаляется с боков и с передней и задней кромок, ближайших к центру кривошипа, оставляя концентрацию массы по направлению к внешнему радиусу противовеса для оптимального эффекта балансировки. Тяжелый металл или заготовки из сплава вольфрам / никель / медь часто используются для обеспечения дополнительной массы в тех случаях, когда это требуется для достижения надлежащего баланса.Они также используются для уменьшения передней площади противовеса, позволяя удалять значительный материал с передней и задней кромок, сохраняя при этом достаточную массу с помощью вставок из тяжелого металла. Вставки из тяжелого металла всегда должны устанавливаться перпендикулярно направлению вращения, вдавливая их в просверленные соответствующим образом отверстия в противовесах.

Популярной особенностью гоночных коленчатых валов является сверление с помощью пистолета, которое эффективно облегчает кривошип, но мало влияет на инерцию вращения коленчатого вала, поскольку материал, удаленный из центра кривошипа, почти не представляет собой рычага или плеча момента.Задний фланец также может быть обработан звездообразно, чтобы исключить материал и еще больше снизить вес без ущерба для соединения коленчатого вала с маховиком.

Условия эксплуатации

Как и все объекты, коленчатые валы подвержены физическому воздействию массы и инерции. Коленчатые валы постоянно ускоряются и замедляются. Нас больше интересует сторона ускорения и сопутствующие факторы, которые способствуют отклонению, инерции, сопротивлению переходному крутящему моменту и способности двигателя ускоряться в заданном диапазоне оборотов.Эти факторы включают вес коленчатого вала, длину хода и распределение массы внутри кривошипа и сопутствующих компонентов, таких как шатуны и поршни.

При фиксированной массе (шток, поршень и сопутствующие компоненты) тяжелый коленчатый вал поглощает больший крутящий момент и ускоряется с меньшей скоростью. Требуется больший крутящий момент, чтобы преодолеть его инерцию или сопротивление ускорению. По этой причине желательны более легкие кривошипы, но они могут жертвовать долговечностью и производительностью, если уменьшенная конструкция приводит к большему прогибу кривошипа, снижению стабильности и, как следствие, влиянию на долговечность, кольцевое уплотнение и, в некоторых случаях, на синхронизацию событий.Проблема усугубляется с увеличением длины хода; следовательно, прилагаются усилия, чтобы сконцентрировать массу коленчатого вала ближе к оси кривошипа, чтобы уменьшить момент инерции или сопротивление изменению ускорения.

Опытные машинисты держат балансировочный груз как можно ближе к оси. При снятии веса в целях балансировки они стараются снимать вес как можно дальше, не сверляя на самом деле внешнюю поверхность ходов кривошипа, что может усугубить проблемы с ветром на высоких оборотах двигателя.На многих шатунах просверлены шатуны. Как правило, это наиболее эффективный способ облегчить коленчатый вал, если вы не занимаетесь дорогостоящей обработкой противовеса. Просверливание шатунов снижает вес в самой дальней точке от центра кривошипа, тем самым уменьшая инерцию вращения.

Смазка коленвала

Масло под давлением подается к коренным подшипникам через главные масляные каналы в блоке цилиндров. Как только масло попадает в коренные шейки, оно проходит через просверленные каналы к шейкам шатуна для смазки подшипников шатуна.Эта система смазки используется практически в каждом серийном автомобиле, поскольку это наиболее эффективный способ смазки вращающегося узла.

Поперечное сверление

Много лет назад гонщики решили, что просверливание дополнительного отверстия прямо в магистрали обеспечивает лучшую смазку подшипников, вероятно, в результате попытки устранить проблему смазывания или другую проблему, вызванную неправильными зазорами и подшипниками, которые изначально не были предназначены для стресс гоночной среды.В некоторых случаях сквозные отверстия просверливались как в главной, так и в шейной шейках. Это не причинило реального вреда двигателям, которые никогда не работали на повышенных оборотах. Но вскоре гонщики узнали, что на очень высоких оборотах двигателя кривошип с перфорированным отверстием центрифугировал масло из главной шейки, не давая ему свободно течь к шейкам шатуна.

Все первоклассные гоночные коленчатые валы используют «прямую смазку», при которой шатуны смазываются прямым, непрерывным проходом от сети.

Подшипник штока малого диаметра

В любой правильно спроектированной системе смазки поперечное бурение не требуется, особенно теперь, когда большинство гоночных блоков имеют приоритетное основное смазывание. Вы не увидите ни одной высококлассной гоночной команды в NASCAR или профессиональных дрэг-рейсингов, использующих перфорированные коленчатые валы. Одним из важных соображений относительно поперечного сверления является размер шейки штанги. Многие современные гоночные двигатели имеют уменьшенные диаметр и ширину подшипников. Хотя это положительно сказывается на скорости вращения подшипников и снижении трения, они увеличивают нагрузку на подшипники и делают адекватную смазку шейки штока более важной, чем когда-либо.

Обычная практика включает смазочные отверстия в шейках шатунов, которые имеют скошенные кромки для облегчения потока масла на подшипник.

Команды

Cup разработали это в высшей степени, и они знают, что они могут, а что не могут. В них установлен стержневой подшипник Honda диаметром 1,889 дюйма, для которого требуется специально разработанный коленчатый вал для обеспечения надлежащей смазки. Цепи меньшего размера уменьшают площадь опорной поверхности и трение, но увеличивают нагрузку на агрегат. Это имеет тенденцию к повышению температуры масла и увеличению усталости подшипников, но это становится приемлемым компромиссом, потому что двигатели должны проработать всего около 600-700 миль до восстановления, а команды настроили эффективность системы смазки, чтобы поддерживать использование меньших цапф.Одна область, в которой они не идут на компромисс, — это радиус скругления между шейкой подшипника и ходом кривошипа.

Коренные подшипники меньшего диаметра

Хотя эти процедуры позволяют извлечь пользу, ошибки неумолимы. Диаметр главной шейки является основным фактором жесткости коленчатого вала на кручение и, таким образом, влияет на сопротивление кривошипа изгибу и прогибу под нагрузкой. В других типах гонок (например, спринтерских автомобилях и грязных гонках поздних моделей) строители предпочитают большую сеть для большей прочности, потому что эти двигатели вырабатывают большой крутящий момент и, как ожидается, проработают 1000 кругов или более, не требуя восстановления.Меньшие сети были опробованы в основном безуспешно, потому что они допускают недопустимый прогиб коленчатого вала при высокой нагрузке.

Меньшая сеть снижает скорость вращения подшипников и трение, но потери стабильности и долговечности часто неприемлемы, за исключением случаев с исключительно коротким ходом и минимальной возвратно-поступательной массой — обычно это короткие двигатели для дрэг-рейсинга с малым рабочим объемом, которые вращают много оборотов в минуту с легким возвратно-поступательным движением. компоненты и небольшая продолжительность мероприятия. Строители, рассматривающие эти типы двигателей, часто обращаются к производителям коленчатых валов за инженерными знаниями, чтобы обеспечить наиболее совместимую комплектацию.

Смазка шейки штока

Особо следует отметить недавние изменения в стратегии подачи масла к шейкам штанг. Инженеры давно осознали важную функцию гидродинамического клина масла, который предотвращает контакт металла с металлом в конструкции подшипника с жидкостью. Они также признают, что гидродинамический клин обеспечивает максимальную несущую способность в центре сопряжения шейки подшипника, поскольку клин функционально сужается к сторонам подшипника из-за утечки масла.Это одна из причин, по которой так важен соответствующий боковой зазор штока.

Совсем недавно конструкторы кривошипов обратили свое внимание на методику смазывания шейки шатунов, особенно применительно к обычной практике производителей двигателей по шлифованию фаски на масляных отверстиях, чтобы помочь распределить масло по подшипнику. Такая практика всегда казалась логичной, но есть несколько предостережений.

Стандартная стратегия смазки шейки штока называется «смазка прямым впрыском». Каждая основная шейка питает соседнюю шейку стержня по прямому проходу от главной в положении минимальной нагрузки (вверху) к шейке стержня в положении максимальной сжимающей нагрузки.Практически все рабочие кривошипы просверлены таким образом, потому что это сводит к минимуму масляное голодание, вызванное центробежной силой на высоких оборотах двигателя, и обеспечивает оптимальную подачу масла для поддержки гидродинамического клина в точке наибольшей нагрузки на шейку.

Тем не менее, остаются две потенциальные проблемы. Во-первых, угловой проход от главной трубы естественным образом создает эллиптическое отверстие в цапфе стержня. Это отверстие часто еще больше увеличивается за счет снятия фаски, которую делают многие производители двигателей.

Во-вторых, фаска шлифуется в направлении вращения, чтобы помочь подать масло на шейку, но некоторые конструкторы теперь видят в этом прерывание или потенциальную точку гидродинамического обрушения клина непосредственно в центре подшипника, где клин несет наибольшую нагрузку. .Кроме того, при уменьшении ширины опоры, которую предпочитает большинство строителей, существует дополнительная возможность ослабить клин в точке наибольшей нагрузки. Это направление мысли было впервые представлено Cosworth в 1960-х годах, и его применение остается спорным.

Некоторые инженеры предлагают просверливать вертикальные отверстия в цапфе по центру пути каждого стержневого подшипника, чтобы полученное отверстие было идеально круглым. Затем каждый стержневой подшипник на шейке питается через угловой канал от соседнего коренного подшипника.Вертикальные отверстия меньшего размера (отверстие в поперечном сечении) концентрируют подачу масла в центре каждого подшипника штока, где клин создает самое высокое давление, а меньшее круглое отверстие для смазки сводит к минимуму разрушение клина. Второй метод достижения этого заключается в использовании просверленных горизонтальных проходов от основной шейки через перекрытие шатунной шейки. Горизонтальные каналы соединены вертикальными проходами и в конечном итоге ведут к перпендикулярным масляным отверстиям в цапфе.

Несмотря на то, что он сложен и дороже, он считается выгодным, поскольку каждая пара шатунных шейек может питаться только от одного коренного подшипника.Таким образом, шейки шатунов в V-8 можно смазывать из магистралей 1, 3 и 5, в то время как магистрали 2 и 4 остаются, чтобы в полной мере пользоваться преимуществами приоритетной смазки без необходимости также подавать пару шатунных шейек. Согласно некоторым исследованиям, главные 2 и 4 двигатели Chevy V-8 более нагружены, потому что они имеют упорный подшипник в задней части, а не в центре. Таким образом, приложение прямого давления масла и уменьшение утечки обеспечивает оптимальную смазку наиболее нагруженных магистралей.

Сводка

Вот некоторые вещи, которые следует учитывать, если вы испытываете или ожидаете проблемы с подшипниками.Проконсультируйтесь со своим производителем кривошипа для уточнения деталей и считайте себя членом хорошей компании, если они хотят обсудить относительные достоинства этих новых взглядов. Обязательно предоставьте производителю коленчатого вала все возможные подробности о вашей области применения и ее эксплуатационных требованиях. Чем больше у них деталей, тем точнее они могут подобрать коленчатый вал в соответствии с вашими конкретными требованиями.

Балансировка двигателя

Балансировка двигателя часто считается «черным искусством», практикуемым хитрыми мастерами механического цеха, но на самом деле это не так уж и загадочно.Тысячи высококвалифицированных моторных мастерских делают это каждый день и редко испытывают проблемы с двигателем, связанные с балансировкой. Балансировка стала еще более точной благодаря современному оборудованию с компьютерным управлением. Балансировка компонентов в пределах 2 граммов раньше была обычным делом в кругах профессионалов, но теперь это не так. Многие магазины, занимающиеся балансировкой, утверждают, что балансировка составляет менее 1/2 грамма для максимальной точности и плавности двигателя, но это в значительной степени рекламная шумиха. Хотя в современных двигателях с высокими рабочими характеристиками все легче и потенциально более хрупко, особенно в условиях высоких скоростей, балансировка компонентов с точностью до 2 граммов по-прежнему вполне приемлема даже для самых мощных гоночных двигателей.

Расчет балансовой массы

Основная трудность при балансировке двигателя заключается в том, что некоторые части вращаются, а другие поднимаются и опускаются. Чтобы сделать это гармонично, требуется точная балансировка с точностью до 2 граммов. Регулируемые веса боба используются для имитации веса деталей во время балансировки. Вращающийся вес включает большой конец шатуна, болты шатуна и подшипники шатуна, а также небольшое количество (2–3 грамма) для имитации масла между шейками кривошипа и подшипниками.Возвратно-поступательный вес включает малый конец штока, поршень, поршневые пальцы, поршневые кольца и фиксаторы, если они используются, а также несколько граммов масла, которое прилипает к различным движущимся частям. После того, как веса всех компонентов уравновешены, рассчитываются веса бобов. Нормальный вес боба включает 100 процентов веса вращения и 50 процентов веса возвратно-поступательного движения. Коленчатый вал имеет электронную балансировку с прикрепленными грузами, и нормальная балансировка легко достигается.

Этот кованый кривошип Scat имеет противовесы аэродинамической формы, вставки из тяжелого металла для балансировки, закругленные галтели шейки и отверстия для смазки шейки стержня с фаской.

Отравление

Двигатели с высокими оборотами часто подвергаются перебалансировке для улучшения баланса на высоких скоростях с меньшим вниманием к плавности хода на низких оборотах. Цель состоит в том, чтобы еще больше сгладить состояние баланса двигателя в предполагаемом рабочем диапазоне. Производители шатунов относятся к этому скептически, и большинство из них рекомендуют стандартные балансовые проценты. Теоретически, когда узел перебалансирован, хитрость заключается в том, чтобы сбалансировать его так, чтобы любой критический дисбаланс выходил за пределы предполагаемого рабочего диапазона (либо выше, либо ниже него).Для этого вес боба корректируется по расчетной норме. Вместо того, чтобы добавлять 50 процентов возвратно-поступательного веса, процент часто увеличивается до 52–54 процентов.

Если что-то из этого действительно является черным искусством, то это может быть фактическое определение правильного процента перевеса. Многие строители утверждают, что знают на собственном опыте, но новые комбинации часто требуют обоснованного предположения, и большинство строителей, похоже, не склонны раскрывать свои предпочтительные проценты превышения баланса или стратегию, которую они используют для их определения.Самый распространенный подход — это попытка ошибиться с консервативной стороны, скажем, от 51 до 52 процентов. Если производительность и плавность двигателя улучшатся в пределах его основного рабочего диапазона, строители могут немного перебалансировать его на следующем заходе.

• Нормальная балансировка = 100% вращающегося веса плюс 50% возвратно-поступательного веса
• Перебалансировка = 100% вращающегося веса плюс желаемый процент увеличения возвратно-поступательного веса (52%)

Процент перевеса может вызвать резкие вибрации за пределами нормального рабочего диапазона двигателя, но это считается незначительной проблемой, поскольку вы не запускаете его здесь какое-либо время.Мнения относительно этих методов балансировки расходятся. Многие производители двигателей придерживаются традиционного 100-процентного вращения и 50-процентного возвратно-поступательного движения, в то время как некоторые даже предпочитают небольшую степень депрессии, скажем, от 48 до 49 процентов возвратно-поступательного движения, в то время как другие считают, что перевес в диапазоне от 52 до 53 процентов является допустимым. очень выгодно по мощности и долговечности.

Отбалансировка — это практика соревнований с двигателем, а не то, что обычно делается с уличным или уличным / полосным двигателем, который работает в более широком диапазоне оборотов.Считается, что для гоночных двигателей он может сэкономить детали и улучшить характеристики за счет снижения вибраций, которые могут быть вредными для кольцевого уплотнения, динамики клапанного механизма и других факторов, влияющих на мощность в определенном диапазоне мощности. Также обратите внимание, что не все производители двигателей и заводов считают, что это необходимо. Если вы чувствуете необходимость рассмотреть это, сначала проконсультируйтесь с производителем коленчатого вала, чтобы получить рекомендации.

Амортизатор коленчатого вала

Другая область, которую многие считают черным искусством, — это странный мир демпферов или, вернее, гасителей крутильных колебаний.Вышеупомянутые прогибы и изгибающие моменты коленчатого вала вызывают вибрацию коленчатого вала. Коленчатый вал можно рассматривать во многом так же, как торсион, в том смысле, что он имеет определенную массу и жесткость пружины, которая резонирует с определенной частотой, которая определяется последовательностью непрерывного запуска двигателя и зависит от материала коленчатого вала, жесткости на кручение, длины, ход поршня, возвратно-поступательная масса и составляющие моменты инерции от маховиков, муфт и даже вращающихся узлов, приводимых от кривошипа, таких как водяные насосы, генераторы переменного тока и насосы с сухим картером.

Многие производители кривошипов рекомендуют самый маленький и легкий демпфер из имеющихся. Этот BHJ S.F.I. Под описание подходит блок 18.1 для крупноблочного Chevy. Демпферы эластомерного типа предпочтительны из-за их долговечности и превосходных характеристик демпфирования высоких частот. И потому, что они способны гасить все типы колебаний: крутильные, осевые и радиальные.

Резонансная частота определяется как изменение частоты в зависимости от оборотов двигателя, и соответственно изменяется амплитуда или степень возбуждения.Следовательно, двигатель может работать очень плавно на одних оборотах и ​​трястись на других в зависимости от влияния различных факторов. Частота — это количество циклов вибрации в секунду, например, 600 циклов в секунду или 600 герц. Когда частота умножается на «порядок», она включает количество раз, когда создается возбуждение (например, четыре такта мощности на оборот в двигателе V-8). Это представляет собой возбуждение четвертого порядка, по которому может быть вычислена частота. В двигателе для дрэг-рейсинга, работающем со скоростью 9000 об / мин, частота этого возбуждения четвертого порядка рассчитывается следующим образом.

Заказ x об / мин / 60

4 x 9000/60 = 600 герц

Процесс управления этой вибрацией называется затуханием и в данном случае относится к гасителю крутильных колебаний. Абсорбер — это правильная номенклатура, поскольку абсорбер предназначен для компенсации определенной частоты или порядка путем колебания против вибрации. В рамках этого обсуждения я придерживаюсь соглашения и называю это демпфером.

Все гоночные двигатели нуждаются в демпфере для контроля вибрации.Единственное исключение — двигатель спринтерского автомобиля, который работает без маховика. Маховик обычно является частью абсорбирующего пакета и работает вместе с демпфером для управления вибрациями. Отсутствие одного в спринтерском автомобиле изменяет частоты коленчатого вала и (в сочетании с демпфирующим эффектом водяного насоса с кривошипным приводом) позволяет им безопасно работать даже на очень высокой мощности с частым дросселированием при очень высокой нагрузке.

Написано Джоном Бэктелом и опубликовано с разрешения CarTechBooks

ПОЛУЧИТЕ СДЕЛКУ НА ЭТУ КНИГУ!

Если вам понравилась эта статья, вам понравится вся книга.Нажмите кнопку ниже, и мы отправим вам эксклюзивное предложение на эту книгу.

Основное руководство по выбору коленчатого вала Chevy

Коленчатый вал — это основа любой мыши или крысы.

Без хорошего, прочного коленчатого вала ваш высокопроизводительный двигатель Chevy (или любой другой двигатель, если на то пошло) рискует получить серьезную травму. Независимо от того, строите ли вы маленький или большой блок с нуля или вносите серьезные изменения в существующую мельницу, важно, чтобы ваш коленчатый вал соответствовал вашему применению и ожидаемым характеристикам.Вот почему мы обратились к экспертам технического отдела Summit Racing , чтобы узнать, как правильно выбрать коленчатый вал Chevy.

Соответствие коленчатого вала двигателю

В данном случае мы сосредоточимся на двигателях Chevrolet, поэтому давайте начнем с некоторых основных характеристик, которые вы должны знать при выборе коленчатого вала для вашего двигателя:

В то время как стандартные конфигурации двигателя скрепляются болтами вместе с заводскими спецификациями, комбинации строкеров часто требуют специальных мер, чтобы гарантировать, что коленчатый вал и шатун вписываются в заданное пространство.Это может означать нестандартную длину стержня, ход коленчатого вала и дополнительную очистку двигателя.

Это тема для целого поста.

А пока давайте сосредоточимся на поиске правильного коленчатого вала для вашего двигателя Chevrolet стандартной конфигурации.

Материалы коленчатого вала

В первую очередь следует учитывать материал коленчатого вала и его отношение к конкретному применению. Существует четыре основных типа материалов, используемых для изготовления коленчатого вала: чугун или чугун с шаровидным графитом, литая сталь, кованая сталь и заготовки.

Коленчатые валы из литого чугуна и чугуна с шаровидным графитом обычно поставляются производителем оригинального оборудования. Большинство чугунных коленчатых валов имеют предел прочности на разрыв в диапазоне 65 000–80 000 фунтов на квадратный дюйм. Некоторые компании, в том числе Scat, , будут смешивать графит с чугунными кривошипами для повышения сопротивления усталости. Коленчатые валы из чугуна с шаровидным графитом слегка приподнимают планку, обеспечивая прочность на разрыв, близкую к диапазону 100 000 фунтов на квадратный дюйм.

Если у вас есть стандартное или слегка измененное уличное применение, шатуны из литого или чугуна с шаровидным графитом являются доступным способом.По словам Карла Приттса, советника технического отдела Summit Racing, эти коленчатые валы обычно надежно рассчитаны на мощность от 300 до 400 лошадиных сил и могут выдерживать периодическое использование трассы в выходные дни.

Коленчатый вал из литой стали от Manley.

Коленчатые валы из литой стали — это следующий шаг по сравнению с чугуном. Литая сталь начинает жизнь как жидкость, а затем ее выливают в форму перед охлаждением. Это относительно недорогой производственный процесс, но стальная конструкция делает эти коленчатые валы намного прочнее, чем оригинальные конструкции.По словам Приттса, коленчатые валы из литой стали идеально подходят для надежных приложений мощностью до 500 лошадиных сил.

«Литые коленчатые валы идеально подходят для уличных применений, работающих на бензиновом насосе, с хорошими манерами вождения», — сказал Приттс.

Приттс говорит, что эти шатуны лучше всего использовать с двигателями от 327 до 383 кубических дюймов со степенью сжатия от 8,5: 1 до 10: 1, мягким кулачком и, возможно, умеренным сумматором мощности, таким как комплект закиси азота для малой мощности. Для более крупных кубических двигателей с компрессией от 11: 1 до 14: 1 и крупными модернизациями — алюминиевыми головками с большим отверстием, большим распределительным валом, большими коллектором и даже сумматором мощности — он рекомендует использовать кованый коленчатый вал.

Коленчатый вал из кованой стали от Scat.

Коленчатые валы из кованой стали идеально подходят для сильно модифицированных двигателей и большинства гоночных автомобилей. Во время процесса ковки отдельный кусок расплавленной стали сжимается и, по существу, выжимается до его конечного состояния с помощью сверхмощных прессов и штампов. Этот производственный процесс, наряду с типом используемой стали, делает кованые коленчатые валы очень прочными при правильной установке.

Коленчатые валы обычно изготавливаются из одной из этих высокопрочных сталей:

• 1053: углеродистая сталь с пределом прочности на разрыв в диапазоне 110000 фунтов на квадратный дюйм
• 5140: хромистая сталь с пределом прочности при растяжении в диапазоне 115 000 фунтов на кв. Дюйм
• 4130/4140: хромомолибденовая сталь с пределом прочности при растяжении около 120 000–125 000 фунтов на кв. Дюйм
• 4340: хромоникелевый сплав с пределом прочности при растяжении около 140000 фунтов на кв. Дюйм

Есть также два типа процессов ковки: скрутка и некрутка.В более простом методе скручивания матрицы расположены в одной плоскости, но необработанная поковка должна быть скручена, чтобы образовались смещенные шейки коленчатого вала. В процессе ковки без скручивания, который сейчас используется большинством производителей коленчатых валов на вторичном рынке, используются более сложные штампы для одновременной штамповки всех четырех ходов кривошипа. Теоретически это вызывает меньше внутренних напряжений в поковке, чем метод скручивания.

В зависимости от типа стали и производственного процесса, по словам Приттса, кованые коленчатые валы могут надежно выдерживать от 600 до 1000 лошадиных сил.

На самом верху пищевой цепи находятся коленчатые валы из стальных заготовок. Эти кривошипы представляют собой сплошной стержень из высококачественной стали, а затем вырезаются и обрабатываются до окончательной формы коленчатого вала. Из-за процесса обработки они считаются самыми прочными коленчатыми валами и часто не имеют ограничений по номинальной мощности. Однако этот же процесс обработки делает коленчатые валы из заготовок самыми дорогими. Обычно они используются в гоночных автомобилях высшего класса со сверхмощной мощностью.

Внутренний vs.Внешний баланс

По словам Приттса, одна из самых распространенных ошибок — это неправильная балансировка коленчатого вала. Все коленчатые валы должны быть сбалансированы для вашей комбинации поршня и шатуна, и обычно производитель коленчатого вала указывает, как его продукт предназначен для балансировки.

Коленчатые валы с внутренней балансировкой могут использовать только противовесы для балансировки коленчатого вала. Кривошипы с внешней балансировкой часто требуют правильной балансировки внешних элементов.Это может быть добавлено к гасителю гармоник и / или маховику. Согласно Eagle Specialties, двигатели Chevy 305 и 350 обычно имеют внутреннюю сбалансированность. Chevy 400 и 454 часто внешне сбалансированы.

Тем не менее, вы всегда должны отправлять вращающийся узел в надлежащим образом оборудованный механический цех для окончательной балансировки.

Прочие соображения

Закругленная кромка журнала (изображение любезно предоставлено darkside.ca).

Коленчатые валы могут изготавливаться с применением различных дополнительных процессов для улучшения сопротивления усталости или уменьшения общей массы.Например, многие стальные коленчатые валы могут подвергаться индукционной закалке, дробеструйной обработке или криогенной обработке для повышения прочности. Вы можете узнать больше об этих процессах здесь. Коленчатые валы могут также иметь закругленные галтели шейки, которые помещают дополнительный материал в места соединения шейки со щеками кривошипа — типичное слабое место. Чтобы облегчить общий вес, коленчатые валы также могут быть перфорированы или поставляться с противовесами с прорезями.

5 распространенных ошибок

Приттс говорит, что существует пять распространенных ошибок, которые люди допускают при выборе коленчатого вала:

1. Покупки на площадке для обмена: «Детали здесь обычно изношены или ломаются, — сказал Приттс.
2. Бюджетное строительство и ожидание, что коленчатый вал прослужит долго.
3. Сборка не сбалансирована должным образом.
4. Неправильный учет зазоров на ходовых механизмах.
5. Использование неправильных подшипников на кованой рукоятке.

Выполняя домашнюю работу и избегая распространенных ошибок, вы найдете подходящий коленчатый вал Chevy для своего двигателя.

Автор: Дэвид Фуллер Дэвид Фуллер — управляющий редактор OnAllCylinders.За свою 20-летнюю карьеру в автомобильной промышленности он освещал множество гонок, шоу и отраслевых мероприятий, а также написал статьи для нескольких журналов. Он также сотрудничал с ведущими и отраслевыми изданиями по широкому кругу редакционных проектов. В 2012 году он помог создать компанию OnAllCylinders, где ему нравится освещать все аспекты хот-роддинга и гонок.

Ford Crank Guide: Как правильно выбрать коленчатый вал Ford для вашего синего овала

(Изображение любезно предоставлено MustangsandFords.com)

Будь то старый виндзорский блок, винтажный двигатель FE или современный модульный двигатель, двигатель Ford обладает мощностью ровно настолько, насколько силен его коленчатый вал. Без хорошего и прочного коленчатого вала ваш высокопроизводительный двигатель Ford может полностью прогореть. Вот почему так важно, чтобы коленчатый вал соответствовал вашим конкретным условиям применения и ожидаемым характеристикам.

Строите ли вы завод Ford с нуля или модифицируете существующий двигатель, вы получаете то, за что платите.По словам технического консультанта Summit Racing Карла Приттса, одна из самых распространенных ошибок, которую совершают люди, — это бюджетная покупка коленчатого вала, а затем ожидание того, что он прослужит долго. Еще одна повторяющаяся ошибка:

«Покупки на своп-встрече… детали здесь обычно изношены или ломаются», — сказал Приттс.

Мы обратились к специалистам технического отдела Summit Racing за советом по выбору правильного коленчатого вала для двигателя Ford. Хотя бюджет не должен быть важным фактором при выборе «основы вашего двигателя», такие вещи, как рабочий объем двигателя, компрессия, мощность и планы на будущее, действительно имеют значение.

Выбор материала правого коленчатого вала

Существует четыре основных типа материалов, используемых для изготовления коленчатого вала: чугун или чугун с шаровидным графитом, литая сталь, кованая сталь и заготовки.

Коленчатые валы из литого чугуна и чугуна с шаровидным графитом обычно поставляются производителем оригинального оборудования. Большинство чугунных коленчатых валов имеют предел прочности на разрыв в диапазоне 65 000–80 000 фунтов на квадратный дюйм. Некоторые компании, в том числе Scat, , будут смешивать графит со своими чугунными кривошипами для повышения сопротивления усталости.Коленчатые валы из чугуна с шаровидным графитом слегка приподнимают планку, обеспечивая прочность на разрыв, близкую к диапазону 100 000 фунтов на квадратный дюйм.

Если у вас есть стандартное или слегка измененное уличное применение, шатуны из литого или чугуна с шаровидным графитом являются доступным способом. Эти коленчатые валы обычно надежно рассчитаны на мощность от 300 до 400 лошадиных сил и могут выдерживать периодическое использование гусениц в выходные дни.

Коленчатый вал из литой стали от Manley.

Коленчатые валы из литой стали — это следующий шаг по сравнению с чугуном. Литая сталь начинает жизнь как жидкость, а затем ее выливают в форму перед охлаждением.Это относительно недорогой производственный процесс, но стальная конструкция делает эти коленчатые валы намного прочнее, чем оригинальные конструкции. По словам Приттса, коленчатые валы из литой стали идеально подходят для надежных приложений мощностью до 500 лошадиных сил.

«Литые коленчатые валы идеально подходят для уличных применений, работающих на бензиновом насосе, с хорошими манерами вождения», — сказал Приттс.

Эти шатуны лучше всего использовать с двигателями объемом от 289 до 393 кубических дюймов со степенью сжатия от 8,5: 1 до 10: 1, мягким кулачком и, возможно, умеренным сумматором мощности, таким как комплект закиси азота для малой мощности, сказал он.Для двигателей большего размера с компрессией от 11: 1 до 14: 1 и крупными усовершенствованиями — алюминиевыми головками с большим отверстием, большим распредвалом, большими коллектором и даже сумматором мощности — он рекомендует использовать кованый коленчатый вал.

Коленчатый вал из кованой стали от Scat.

Коленчатые валы из кованой стали идеально подходят для сильно модифицированных двигателей и большинства гоночных автомобилей. Во время процесса ковки отдельный кусок расплавленной стали сжимается и, по существу, выжимается до его конечного состояния с помощью сверхмощных прессов и штампов.Этот производственный процесс, наряду с типом используемой стали, делает кованые коленчатые валы очень прочными при правильной установке.

Коленчатые валы обычно изготавливаются из одной из этих высокопрочных сталей:

• 1053: углеродистая сталь с пределом прочности на разрыв в диапазоне 110000 фунтов на квадратный дюйм
• 5140: хромистая сталь с пределом прочности при растяжении в диапазоне 115 000 фунтов на квадратный дюйм
• 4130/4140: хромомолибденовая сталь с пределом прочности при растяжении около 120 000–125 000 фунтов на кв. Дюйм
• 4340: хромоникелевый сплав с пределом прочности при растяжении около 140000 фунтов на квадратный дюйм

Есть также два типа процессов ковки: скрутка и некрутка.В более простом методе скручивания матрицы расположены в одной плоскости, но необработанная поковка должна быть скручена, чтобы образовались смещенные шейки коленчатого вала. В процессе ковки без скручивания, который сейчас используется большинством производителей коленчатых валов на вторичном рынке, используются более сложные штампы для одновременной штамповки всех четырех ходов кривошипа. Теоретически это вызывает меньше внутренних напряжений в поковке, чем метод скручивания.

В зависимости от типа стали и производственного процесса, по словам Приттса, кованые коленчатые валы могут надежно выдерживать от 600 до 1000 лошадиных сил.

На самом верху пищевой цепи находятся коленчатые валы из стальных заготовок. Эти кривошипы представляют собой сплошной стержень из высококачественной стали, а затем вырезаются и обрабатываются до окончательной формы коленчатого вала. Из-за процесса обработки многие считают эти коленчатые валы самыми прочными и часто не имеют ограничений по номинальной мощности. Однако этот же процесс обработки делает коленчатые валы из заготовок самыми дорогими. Обычно они используются в гоночных автомобилях высшего класса со сверхмощной мощностью.

Соответствие коленчатого вала двигателю

Вот некоторые основные характеристики, которые следует знать при выборе коленчатого вала для двигателя Ford:

Цифры выше — стандартные конфигурации двигателя.Вы также можете создать ряд комбинаций ходовых поршней для двигателей Ford, изменив эти стандартные поршневые двигатели с различными ходами коленчатого вала, длиной шатуна и т. Д. Общие варианты строкера для Ford включают установки на 331, 347, 393 и 408 кубических дюймов. Summit Racing предлагает отличный инструмент для расчета возможностей строкера и комбинаций деталей — просто введите желаемые кубические дюймы, чтобы увидеть двигатель, коленчатый вал и ход, который вам понадобится.

Имейте в виду, что строкерные двигатели часто требуют специальных мер для обеспечения того, чтобы коленчатый вал и шатуны соответствовали заданным параметрам двигателя.Это может потребовать дополнительной очистки двигателя.

Это тема для целого поста.

Несколько слов о балансе

По словам Приттса, одна из самых распространенных ошибок — это неправильная балансировка коленчатого вала. Все коленчатые валы должны быть сбалансированы для вашей комбинации поршня и шатуна, и обычно производитель коленчатого вала указывает, как его продукт предназначен для балансировки.

Коленчатые валы с внутренней балансировкой могут использовать только противовесы для балансировки коленчатого вала.Шатуны с внешней балансировкой часто требуют правильной балансировки внешних элементов. Это может быть добавлено к гасителю гармоник и / или маховику. Большинство коленчатых валов Ford имеют внешнюю балансировку.

Вы всегда должны отправлять вращающийся узел в надлежащим образом оборудованный механический цех для окончательной балансировки.

Прочие соображения

Закругленная кромка журнала (изображение любезно предоставлено darkside.