Структура коленчатого вала составляющие и принцип работы (2 видео)

Коленчатый вал – это важная деталь двигателя внутреннего сгорания, которая отвечает за преобразование прямолинейного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Он является одной из ключевых частей двигателя, обеспечивающей передачу энергии от горящего топлива к приводимому в действие механизму. Поэтому понимание структуры и принципа работы коленчатого вала является важным для любого автолюбителя и специалиста.

Структура коленчатого вала состоит из нескольких основных элементов. Основными компонентами являются коленчатый вал, коренные и шатунные подшипники, а также шатуны. Коленчатый вал, как правило, выполняется в виде металлического вала с шестью главными шейками. На главных шейках непосредственно устанавливаются шатуны, соединяющиеся с поршнями двигателя. Также на вале находятся дополнительные шейки, которые обеспечивают равномерную работу двигателя и гасят колебания при вращении.

Принцип работы коленчатого вала заключается в передаче движения от поршней к приводимому в действие механизму – приводу. Во время работы двигателя поршни движутся вверх и вниз, при этом осуществляется осевое движение шатуна, который с помощью шатунного подшипника соединен с главной шейкой коленчатого вала. В результате распределения энергии от поршней на коленчатом валу происходит вращательное движение вала, которое передается на привод через блок управления, маховик или различные ременные и зубчатые передачи.

Содержание

Структура коленчатого вала
Коленчатый вал: основные элементы
Шатун
Главный вал
Соединительные элементы коленчатого вала
Коренные шейки
Губчатые подшипники
Принцип работы коленчатого вала
Преобразование линейного движения вращательным движением
Распределение энергии на цилиндры
Применение коленчатого вала
Внутреннее сгорание
Внешнее сгорание
💡 Видео

Видео:Строение и функция коленчатого вала (3D анимация) - Motorservice GroupСкачать

Структура коленчатого вала

Коленчатый вал состоит из следующих частей:

Шейка коленчатого вала: это конический выступ, соединяющийся с поверхностью подшипника и основной частью вала.
Губка вала: это часть вала, соединяющая шейки. Они имеют эксцентрическую форму, чтобы обеспечить еще больший момент силы.
Шейка коленчатого вала: это выпуклая часть вала, на которой устанавливаются поршни.
Плечи коленчатого вала: это длинная часть вала, которая соединяет шейки. Они имеют форму рычага, чтобы увеличить момент силы и обеспечить баланс.
Губка коленчатого вала: это часть вала, которая соединяет плечи. Она также имеет эксцентрическую форму для увеличения момента силы.
Шейка коленчатого вала: это выпуклая часть вала, на которой устанавливаются поршни.
Плечи коленчатого вала: это длинная часть вала, которая соединяет шейки. Они имеют форму рычага, чтобы увеличить момент силы и обеспечить баланс.
Губка коленчатого вала: это часть вала, которая соединяет плечи. Она также имеет эксцентрическую форму для увеличения момента силы.

Структура коленчатого вала позволяет двигателю внутреннего сгорания преобразовывать поступательное движение поршня во вращательное движение.

Видео:Как устроен коленвал двигателя и для чего он нуженСкачать

Коленчатый вал: основные элементы

Основными элементами коленчатого вала являются:

1. Рабочие шейки: это цилиндрические участки вала, на которых установлены шатуны. Шейки выдерживают огромные нагрузки и обеспечивают передачу энергии от поршней к приводу.

2. Головка вала: это оконечная часть вала с отверстием для привода или промежуточной детали.

3. Шейки шатунов: на каждую рабочую шейку вала установлено соответствующее шатунное крепление. Шейки шатунов обеспечивают крепление шатунов к коленчатому валу.

4. Втулки гильзовые: держатели шейки коленчатого вала, связанные с рабочими шейками. Втулки гильзовые помогают уменьшить трение между валом и шейками, а также способствуют улучшению прочности и снижению износа.

5. Балансиры: предназначены для компенсации неравномерной работы двигателя и балансировки массы вращающихся элементов.

Все эти элементы работают вместе, обеспечивая плавное и эффективное функционирование коленчатого вала в двигателе.

Шатун

Состав

Шатун состоит из трех основных частей:

Коленчатого шейки, которая прикрепляется к коленчатому валу;
Шатунной втулки, которая находится в коленчатом шейке и обеспечивает непрерывное движение шатуна;
Поршневого пальца, который соединяет шатун с поршнем.

Принцип работы

Во время работы двигателя, шатун передает движение поршня на коленчатый вал. В верхней точке хода поршня, шатун формирует прямой угол с положительно заряженным поршнем и вращается вокруг коленчатой шейки, отправляя силу на вращение коленчатого вала. В процессе работы шатуны подвергаются большим нагрузкам и поэтому должны быть изготовлены из прочного и легкого материала, такого как сталь или алюминий.

Важно отметить, что задний конец шатуна, где располагается поршенный палец, имеет механизм, который позволяет уменьшить трение между шатуном и поршнем, так называемую ширину шейки. Здесь используются специальные подшипники или втулки из материала с низким коэффициентом трения, что обеспечивает более плавное движение поршня и уменьшает износ.

Главный вал

Главный вал состоит из коренных и шатунных плеч, а также заглушек. Коренные плечи соединяются с коленчатыми шейками и образуют основу вала. Шатунные плечи соединяются с шатунами поршней, а заглушки предназначены для балансировки вращающего момента.

Принцип работы главного вала заключается в следующем. При движении поршня вниз, шатуны передают эту силу на главный вал через шатунные плечи. В результате вращения вала создается крутящий момент, который передается на приводные механизмы двигателя.

Как правило, главный вал изготавливается из высокопрочной стали с последующей термообработкой. Это позволяет ему выдерживать большие нагрузки и обеспечивать надежную работу двигателя.

Видео:Кривошипно шатунный механизм назначение устройство основные неисправностиСкачать

Соединительные элементы коленчатого вала

Соединительные элементы коленчатого вала включают в себя следующие компоненты:

Шатуны — это подвижные соединительные элементы, которые связывают коленчатый вал с поршнями. Шатуны обеспечивают передачу силы от поршней к коленчатому валу и позволяют поршню двигаться вверх и вниз. Они состоят из головки шатуна, шейки шатуна и ножки шатуна.
Шатунные вкладыши — это металлические вставки, которые устанавливаются в шатунную шейку коленчатого вала для обеспечения снижения трения и износа.
Шатунные пальцы — это цилиндрические элементы, которые связывают шатунную шейку коленчатого вала с шатуном. Они обеспечивают горизонтальное свободное движение шатуна и предотвращают его зависание.
Подшипники коленчатого вала — это элементы, которые обеспечивают вращение коленчатого вала в корпусе двигателя. Они снижают трение и износ и позволяют коленчатому валу вращаться свободно.

Надежная конструкция соединительных элементов коленчатого вала играет важную роль в работе двигателя. Они должны быть изготовлены из прочных материалов и иметь точные размеры для обеспечения герметичности и эффективности двигателя.

Коренные шейки

Коренные шейки на коленчатом валу представляют собой основные опорные поверхности для подшипников, которые обеспечивают вращение вала. Коренные шейки обычно имеют форму цилиндра с плоскими концами и постоянным диаметром.

На коренных шейках устанавливаются подшипники, которые снижают трение и позволяют валу свободно вращаться. Подшипники крепятся на коренные шейки с помощью специальных крепежных элементов, таких как винты или болты.

Коренные шейки должны быть достаточно прочными и жесткими, чтобы выдерживать нагрузки, возникающие во время работы двигателя или другого механизма. Они изготавливаются из специальных высокопрочных материалов, таких как сталь или сплавы с добавлением хрома или никеля.

Зачастую коренные шейки подвергаются специальной обработке, такой как закалка или полировка, чтобы повысить их прочность и снизить трение. От качества обработки коренных шеек зависит надежность и долговечность всего коленчатого вала и, соответственно, работа всего двигателя или механизма.

Губчатые подшипники

Особенностью губчатых подшипников является наличие губки, которая обычно изготавливается из специального материала, например, из графита или бронзового порошка с добавками полимеров. Губка служит для впитывания смазки и распределения ее равномерно по поверхности контакта, предотвращая непосредственное соприкосновение между втулкой и вкладышем.

Губчатые подшипники обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными подшипниками. Во-первых, они способны выдерживать очень высокие нагрузки и высокие скорости вращения. Во-вторых, они имеют очень низкий коэффициент трения, что позволяет повысить эффективность работы двигателя и увеличить его мощность.

Кроме того, губчатые подшипники обладают хорошими амортизационными свойствами, что позволяет снизить вибрацию и шум во время работы двигателя. Они также обеспечивают надежную герметизацию и предотвращают вытекание смазки из подшипникового узла.

Видео:Принцип работы двигателя. 4-х тактный двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в 3DСкачать

Принцип работы коленчатого вала

Коленчатый вал представляет собой жесткую ось с установленными на ней несколькими шейками. Штоки поршней соединены с шейками коленчатого вала с помощью шатунов. При движении поршня вверх и вниз, шатуны передают это движение коленчатому валу.

Движение поршня относительно коленчатого вала можно сравнить с подачей энергии валу кривошипа. Когда поршень движется вниз, вал кривошипа поворачивается в одну сторону. Когда поршень движется вверх, вал кривошипа поворачивается в другую сторону.

Это вращательное движение передается по осям коленчатого вала и с помощью шестерней и цепи или ремня передачи приводит в действие различные механизмы, такие как распределительный вал, маховик и другие.

Принцип работы коленчатого вала основан на синхронизации движения поршней и вращения вала кривошипа с помощью шатунов. Благодаря этому преобразованию движения, двигатели внутреннего сгорания могут работать с высокой эффективностью и создавать необходимую мощность для различных видов транспорта и механизмов.

Преобразование линейного движения вращательным движением

Коленчатый вал состоит из нескольких составляющих: основного вала, шейки коленчатого вала, коренного вкладыша и шатунов. При линейном движении поршня, шатун, который соединяет поршень с шейкой коленчатого вала, передает силу на вал.

Когда поршень движется вниз, сила, переданная шатуном, создает вращательное движение основного вала коленчатого вала. Это происходит благодаря форме коленчатого вала — некоторые его точки находятся на большем расстоянии от оси вращения, что создает момент силы и приводит вал в движение.

Преобразование линейного движения вращательным движением позволяет преобразовать энергию, полученную от горения топлива, во вращательное движение, которое передается дальше через систему привода и выполняет необходимую работу — приводит в движение колеса автомобиля, пропеллеры самолета или вентиляторы вентиляционной системы.

Таким образом, коленчатый вал является неотъемлемой составляющей двигателя и выполняет важную функцию — преобразование линейного движения поршня в вращательное движение. Благодаря этому механизму, двигатель может обеспечивать необходимую энергию для работы различных механизмов и устройств.

Распределение энергии на цилиндры

На коленчатом валу автомобиля распределение энергии осуществляется на цилиндры двигателя. Коленчатый вал соединяет поршни с вкладышами и выполняет функцию преобразования поступательного движения поршня во вращательное движение вала.

Когда цилиндры работают последовательно, распределение энергии на каждый цилиндр происходит через определенные фазы работы двигателя. Это впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.

Во время впуска поршень двигается вниз, открывая клапан впуска и позволяя воздушно-топливной смеси попасть в цилиндр. Во время сжатия поршень поднимается и сжимает смесь. Во время рабочего хода происходит взрыв горючей смеси, при котором происходит основная передача энергии на коленчатый вал. Во время выпуска поршень перемещается вверх, открывая клапан выпуска и выбрасывая отработанные газы из цилиндра.

Важно отметить, что распределение энергии на цилиндры должно быть равномерным. В противном случае может произойти дисбаланс и появление вибраций, что негативно скажется на работе двигателя.

Видео:Устройство и принцип работы датчика коленвалаСкачать

Применение коленчатого вала

Применение коленчатого вала можно найти в моторных автомобилях, мотоциклах, судах, самолётах и других транспортных средствах с двигателями внутреннего сгорания. От правильной работы коленчатого вала зависит эффективность работы двигателя и его мощность.

Коленчатый вал также используется в механизмах различных промышленных установок, таких как насосы, компрессоры и генераторы. Он обеспечивает преобразование энергии вращения в механическую энергию, необходимую для работы этих устройств.

Кроме того, коленчатый вал применяется в ручных и стационарных инструментах, таких как газонокосилки, шлифовальные машины и пресс-подборщики. Он позволяет передавать и преобразовывать энергию от двигателя к рабочему органу инструмента.

Таким образом, коленчатый вал является важной составной частью различных механизмов и устройств, обеспечивая их эффективную работу и преобразование движения.

Внутреннее сгорание

Основные компоненты системы внутреннего сгорания включают:

Топливную систему, которая обеспечивает подачу топлива в цилиндры двигателя.
Систему зажигания, которая создает искру для воспламенения топлива в цилиндрах.
Систему выпуска отработавших газов, которая удалает отработавшие газы из цилиндров.

Процесс внутреннего сгорания происходит внутри цилиндров двигателя. В начале цикла смесь топлива и воздуха впрыскивается в цилиндр и сжимается поршнем. Затем происходит воспламенение смеси и сгорание, что вызывает движение поршня и вращение коленчатого вала.

Коленчатый вал является одной из важных составляющих системы внутреннего сгорания. Он преобразует линейное движение поршня во вращательное движение, которое передается на приводные механизмы.

Таким образом, внутреннее сгорание является основным принципом работы двигателей внутреннего сгорания, обеспечивая энергию для работы различных видов транспорта и промышленных механизмов.

Внешнее сгорание

Особенностью двигателя с внешним сгоранием является то, что сгорание топлива и окислителя происходит в отдельной камере, а рабочее тело не прямо взаимодействует с топливом. Такой подход позволяет эффективно использовать топливо и уменьшить выбросы вредных веществ.

Принцип работы двигателя с внешним сгоранием сводится к следующим этапам:

Подача смеси топлива и окислителя в камеру сгорания.
Воспламенение смеси при помощи искрового зажигания или другого источника огня.
Расширение газов в процессе сгорания и преобразование тепловой энергии в механическую.
Движение толкателей и передача механической энергии на другие элементы двигателя, например, коленчатый вал.
Отвод отработавших газов и подача новой порции смеси для повторения цикла.

Такой тип двигателя характеризуется высоким КПД и хорошей экологической совместимостью. Однако его конструкция сложнее, чем у двигателя с внутренним сгоранием, и требует более тщательного обслуживания. Он часто используется в автомобилях, грузовиках, судах и энергетическом оборудовании, где требуется большая мощность и надежность.