Главная страница
Навигация по странице:

  • Изображение коленвала

  • Принцип действия коленчатого вала

  • Зависимость радиуса кривошипа и диаметра цилиндра

  • Материалы для коленчатого вала

  • Технология производства коленчатых валов

  • доклад по материаловедению. Коленвал. Коленчатый вал


    Скачать 163.52 Kb.
    НазваниеКоленчатый вал
    Анкордоклад по материаловедению
    Дата15.09.2020
    Размер163.52 Kb.
    Формат файлаpdf
    Имя файлаКоленвал.pdf
    ТипДокументы
    #62105

    Федеральное агентство железнодорожного транспорта
    Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования
    «Уральский государственный университет путей сообщения»
    Кафедра «ПиЭА»
    Эссе по курсу Материаловедение и ТКМ
    на тему «Коленчатый вал»
    Проверил:
    Выполнил:
    доцент студент группы ПСв-236
    Михайлова
    Климов
    Наталья Арефьевна
    Констатин Сергеевич
    Екатеринбург, 2017

    Введение
    Двигатель внутреннего сгорания(ДВС)
    – это сердце любого современного автомобиля. Этот агрегат состоит из нескольких основных элементов:

    цилиндров;

    поршней;

    коленчатого вала;

    маховика.
    Все вместе они образуют кривошипно

    шатунный механизм. Кривошип, он же
    коленчатый вал или попросту

    коленвал, выполняет весьма важную функцию

    преобразует поступательное движение, создаваемое поршнями, в крутящий момент. Когда на тахометре стрелка приближается к 2000 оборотов в минуту, это говорит о том, что коленвал совершает именно такое количество оборотов.
    Ну а дальше этот момент передается через сцепление на трансмиссию, а от нее на колеса.
    Итак, что же такое коленчатый вал? Коленчатый вал
    – это одна из самых важных деталей любого двигателя. Она строго индивидуальна для каждой модели автомобиля и в процессе работы притирается к конкретному двигателю.
    Я выбрал эту тему, так как я увлекаюсь автомобилями и техникой различного характера, поэтому мне интересно изучать внутреннее строение и принцип работы основных связующих деталей механизма.
    Изображение коленвала

    Коленчатый вал
    Коленчатый вал (коленвал) – это главный элемент двигателя автомобиля, являющийся частью кривошипно-шатунного механизма, который преобразует энергию сгорающих в цилиндрах двигателя газов в механическую энергию.
    Более научное определение будет звучать так: 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).
    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.
    Коленчатый вал состоит из нескольких основных элементов:

    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.
    Главная функция коленчатого вала – преобразовать возвратно-поступательные движения поршней двигателя в крутящий момент, который через трансмиссию передаётся на колёса автомобиля.

    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.
    Зависимость радиуса кривошипа и диаметра цилиндра
    Одной из основных технических характеристик коленчатого вала, как и всего двигателя, является радиус кривошипа. Это расстояние от осей коренных шеек (шейки, в которых вращается коленвал в цилиндровом блоке) к осям шатунных шеек (шейки, которые вращаются внутри большой головки шатуна).
    Удвоенный радиус кривошипа являет собой длину хода поршня, которая определяет объём цилиндров. Если изменить длину радиуса кривошипа при неизменном диаметре цилиндра, это приведёт к изменению объёма цилиндров.
    Эту зависимость часто используют, чтобы менять технические характеристики всего двигателя в определённом направлении.
    Подбирая соотношение длины хода поршня и диаметра цилиндра, двигатель можно сделать длиноходным (ход поршня превышает диаметр цилиндра) или короткоходным (диаметр цилиндра больше, чем ход поршня). Короткоходные двигатели дают возможность повысить мощность за счёт увеличения скорости вращения. А длиноходные двигатели более экономичны и обеспечивают высокий крутящий момент на низких оборотах.
    При изменении параметров коленчатого вала происходит изменение всех параметров двигателя, поэтому нужно быть предельно осторожным, тюнингуя свой автомобиль, так как технические характеристики часто меняются не в лучшую сторону.

    Материалы для коленчатого вала
    Для изготовления коленчатых валов применяются стали 45, 45А, 40Х,
    20Г2 и 50Г. В дизелях, работающих с давлением наддува 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 никельмолибденового 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 расход металла;

    Сокращение числа операций примеханической обработке;

    Возможность придания оптимальных форм в отношении распределения металла;

    Повышение 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 облегчить механическую 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 мм, 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.

    Технология производства коленчатых валов
    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 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.
    Литые заготовки коленчатых валов 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. В литых заготовках можно получить ряд внутренних полостей при отливке.
    Небольшие валы штампуют из проката, более крупные — из слитков. Для удаления пороков с наружной поверхности слиток подвергается механической обработке, затем его слегка осаживают по оси и протягивают на пластину.
    Непосредственно после ковки (штамповки) заготовки подвергают термической обработке: обычной нормализации (при t= 850 °С) для углеродистых и низколегированных сталей и высокой нормализации для легированных сталей
    (например, для 18Х2Н4ВА при t= 950 °С). Цель термообработки – улучшить структуру металла после возможного перегрева или наклепа при ковке, устранить напряжение и облегчить последующую черновую обработку на станках.
    Механическая обработка коленчатых валов
    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.

    Заключение
    Подведем итог, в ходе написания эссе, я узнал много нового, например, что такое коленчатый вал, его устройство и принцип работы. Теперь я с уверенностью могу сказать, что коленвал-это деталь сложной формы, имеющая шейки для крепления шатунов, от которых воспринимает усилия и преобразует их в крутящий момент. Изучив условия эксплуатации этой детали, узнал, что коленвал изготовливается из стали 45, 45А, 40Х, 20Г2 и 50Г, а также из высокопрочного чугуна, модифицированного магнием. Освоил техологию изготовления коленчатых валов; для их изготовления используют ковку и литьё.
    Вывод: Без коленчатого вала не было бы возможности создать двигатель внутреннего сгорания. Коленвал играет важную роль в образовании кривошипно-шатунного механизма. При его поломке, нельзя далее использовать механизм по назначеню, следует либо заменить коленвал либо выполнить его ремонт.


    написать администратору сайта