2.4.4Коленчатые валы

Материал коленчатого вала Для дизелей речных теплоходов коленчатые валы изготовляют цельными ковкой или штамповкой. Материалом для валов служит чаще всего углеродистая сталь марок 35, 40 и 45. Применяют также и легированные стали марок 40Х, 18ХНВА и др. Чтобы повысить износостойкость шеек вала, особенно при подшипниках из свинцовистой бронзы, шейки часто подвергают поверхностной закалке токами высокой частоты. С той же целью их иногда азотируют.

Стоимость коленчатого вала иногда доходит до 25—30% общей стоимости двигателя. Одним из способов ее снижения является применение чугунных валов. Коленчатые валы можно изготовлять из чугунов, легированных магнием, хромом, никелем и некоторыми другими элементами. Внедрению чугунных валов в дизели флота препятствуют их недостаточно высокие механические свойства и трудность обнаружения внутренних литейных пороков.

При изготовлении коленчатого вала обращается особое внимание на точность и чистоту обработки, которая должна быть не ниже 8-го класса (V8). Валы быстроходных двигателей подвергают балансировке.

Конструкции кривошипов. Кривошипы (мотыли, колена) вала состоят из рамовых 1 и 6 шеек, щек 2 и 5 и шатунной (кривошипной) шейки 4 (рис. 45, а). В некоторых небольших двигателях автотракторного типа между двумя коренными шейками вала имеются по две шатунные шейки и даже более.

Шатунные шейки бывают того же диаметра, что и рамовые, но встречаются и меньшего диаметра: в этом случае уменьшаются габариты кривошипной головки шатуна. Места перехода шеек к щекам (галтели) выполняются плавными; радиусы галтелей должны быть не менее 0,05 диаметра вала.

Коленчатый вал используется для канализации масла из рамового подшипника в кривошипный. В простейшем случае для этого сверлят канал 3 (см. рис. 45, а). Однако масло выходит из канала лишь в одной точке шатунной шейки, в связи с чем в кривошипном подшипнике требуется нежелательная кольцевая канавка (см. § 16). Чтобы исключить эту необходимость, делают вывод масла к двум точкам шейки каналами 5 и 6 (рис. 45, б), причем каналы направлены наклонно по отношению к оси кривошипа с тем, чтобы не затрагивать наиболее нагруженные волокна материала шейки. С той же целью исключения необходимости кольцевой канавки в районом подшипнике предусмотрены два входных канала 1 и 2.

Каналы должны быть просверлены очень чисто, их кромки, выходящие на рабочую поверхность, следует закруглять радиусом не менее 0,25 диаметра канала и тщательно зашлифовывать.

Щеки кривошипов бывают разной формы: прямоугольные (см. рис. 45, а и б), овальные, круглые (рис. 45, в). Для облегчения вала металл, не участвующий в прочности щеки, снимается, особенно с наиболее удаленных от оси вала мест (участки 3, 4и 7, см. рис. 45, б): это способствует уменьшению неуравновешенных центробежных сил.

Шатунные и рамовые шейки часто делают полыми Если шейки полые (см. рис. 45, в), то внутренние полости их герметизируются заглушками 1 и 5 на прокладках, стягиваемыми болтами 3 и 6 Полости рамовой и шатунной шеек сообщаются каналами 4. Масло из подшипника поступает внутрь рамовойшейки, по каналу 4 переходит в шатунную и через трубку 7 выходит на поверхность шейки.

Расположение выходных каналов для масла под каким-то углом  к кривошипу благоприятно не только в смысле его прочности. При этом осуществляется еще и естественная сепарация масла: загрязнения, имеющиеся в нем, будут отбрасываться центробежной силой в наиболее удаленный от оси вала участок полости, где нет выходного канала. Еще лучше отделяются загрязнения при установке в радиальных каналах сепарационных трубок 7. В подшипники через них будет поступать более чистое масло из центральной части шейки, а загрязнения будут откладываться у стенок полости.

В некоторых двигателях масло подводится не к коренным подшипникам, а к торцу пустотелого коленчатого вала. В данном случае установка сепарационных трубок 2 целесообразна и у коренных шеек, так как через них проходит масло на смазку коренных подшипников.

У тихоходных главных двигателей с носового торца располагаются обычно поршневые насосы и компрессор Для их привода к торцу коленчатого вала 1 (рис 47, б) крепится дополнительный кривошип 3. К его шейке по каналу 5 вала подводится масло от рамового подшипника. Рядом с кривошипом посажена шестерня 2 привода других механизмов. В данном случае шестерня 2 зажимается между фланцем коленчатого вала 1 и фланцем 4 дополнительного кривошипа, причем она одновременно центрирует вал и кривошип (двигатели НФД48) У современных дизелей поршневые насосы не устанавливаются, в связи, с чем дополнительные кривошипы отсутствуют, но шестерня привода агрегатов остается. У многих двигателей на носовой конец, коленчатого вала насажен демпфер крутильных колебаний (см. § 109).

Расположение кривошипов. Для достижения максимально возможной равномерности вращения вала рабочие ходы поршней многоцилиндрового двигателя должны совершаться последовательно и через одинаковые углы поворота коленчатого вала. Следовательно, кривошипы

однорядного двигателя должны быть повернуты один относительно друтого на уюл  = 360/z у двухтактного двигателя и  = -720/z у четырехтактного, где z — число цилиндров.

При большом числе цилиндров последовательность (порядок) их работы может быть различной. При ее выборе стремятся по возможности облегчить работу рамовых подшипников. Для этого нужно, чтобы не следовали один за другим рабочие ходы в цилиндрах, стоящих рядом когда в цилиндре, скажем, справа от подшипника будет вспышка, то в цилиндре слева от него будет еще значительное давление второй половины такта расширения. Если в цилиндре слева в этот момент будет, например, такт выпуска или впуска, то рамовый подшипник будет нагружен меньше. Это может быть тогда, когда цилиндры не будут работать подряд, а, например, в очень распространенной последовательности 1—5—3—б—2—4.

При выборе порядка работы цилиндров стремятся также достичь наиболее полной уравновешенности сит инерции деталей кривошипно-шатунного механизма. Полная их уравновешенность достигается при зеркальном расположении кривошипов, т е. когда пары кривошипов, одинаково отстоящих от середины длины вала, направлены одинаково. Это условие требует, например, чтобы у шестицилиндрового двигателя были одинаково направлены кривошипы 1 и 6, 2 и 5, 3 и 4. Как видно из схем, приведенных в табл. 1, такое расположение возможно у четырехтактного двигателя.

В ряде случаев при выборе порядка работы цилиндров учитывают также вопросы повышения эффективности наддува и улучшения технологии изготовления вала.

В табл. 1 приведены схемы расположения кривошипов двигателей серийного флота и дана оценка принятого порядка работы цилиндров с точки зрения нагруженности подшипников и уравновешенности сил инерции.

При работе на задний ход реверсивные двигатели имеют обратный порядок работы цилиндров, приведенный в табл. 2 в скобках. Поскольку условия работы подшипников и уравновешенность сил инерции при прямом и обратном порядках одинаковы, один и тот же коленчатый вал применяется для двигателей разного вращения. Поэтому двигатель левого вращения при работе вперед имеет такой порядок работы цилиндров, какой у двигателя правого вращения бывает при работе назад, и наоборот.