Материал коленчатого вала. Для судовых дизелей коленчатые валы делают цельными ковкой или штамповкой. Согласно ГОСТ 10158—62 коленчатые валы должны изготовляться из углеродистых сталей марок 35, 40, 45 и 50Г, из легированных сталей и из легируемых цементируемых и азотируемых сталей. Легированные стали должны быть категории прочности КП-40, КП-50»или КП-60, т. е. иметь предел текучести 40—60 кгс/см2. Чаще всего применяют стали марок 35, 40, 45, 40Х и 18ХНВА.
Чтобы повысить износостойкость шеек вала, особенно при подшипниках из свинцовистой бронзы, шейки часто подвергают поверхностной закалке ТВЧ. С той же целью их иногда азотируют.
Рис. 1. Кривошипы
Стоимость коленчатого вала иногда доходит до 25—30% общей стоимости двигателя. Одним из способов ее снижения является применение чугунных валов. ГОСТ 10167—73 предписывает применение для коленчатых валов чугуна с шаровидным графитом, модернизированного сферодизирующими добавками. Временное сопротивление разрыву чугуна должно быть не менее 50 кгс/см2. Для повышения эксплуатационных свойств чугунные коленчатые валы следует подвергать механическому наклепу, термической, химико-термической обработке или сочетанию этих обработок.
При изготовлении коленчатого вала обращается особое внимание на точность и чистоту обработки. Валы быстроходных двигателей подвергают балансировке.
Конструкции кривошипов. Кривошипы (мотыли, колена) вала состоят из рамовых шеек, щек и шатунной (кривошипной) шейки. В некоторых небольших двигателях автотракторного типа между двумя коренными шейками вала имеются по две шатунные шайки и даже более.
Шатунные шейки бывают того же диаметра, что и рамовые, но встречаются и меньшего диаметра: в этом случае становится возможным увеличить диаметр шатунных болтов. Места перехода шеек к щекам (галтели) выполняют плавными; минимальный радиус галтелей допускается 0,05 диаметра вала, но не менее 0,5 мм.
Коленчатый вал используется для канализации масла из рамового подшипника в кривошипный. В простейшем случае для этого сверлят канал. Однако масло выходит из канала лишь в одной точке шатунной шейки, в связи с чем в кривошипном подшипнике требуется нежелательная кольцевая канавка. Чтобы исключить необходимость ее, делают вывод масла к двум точкам шейки каналами, причем каналы направлены наклонно по отношению к оси кривошипа с тем, чтобы не затрагивать наиболее нагруженные волокна материала шейки. С той же целью в рамовом подшипнике предусмотрены два входных канала.
Каналы должны быть просверлены очень чисто, их кромки, выходящие на рабочую поверхность, нужно закруглять радиусом не менее 0,25 диаметра канала и тщательно зашлифовывать.
Щеки кривошипов бывают разной формы: прямоугольные, овальные, круглые. Для облегчения вала металл, не участвующий в прочности щеки, снимают, особенно с наиболее удаленных от оси вала мест: это способствует уменьшению неуравновешенных центробежных сил.
Шатунные и рамовые шейки часто делают полыми. Если шейки полые, то внутренние полости их герметизируются заглушками на прокладках, стягиваемыми болтами. Полости рамовой и шатунной шеек сообщаются каналами. Масло из подшипника поступает внутрь рамовой шейки, по каналу переходит в шатунную и через трубку выходит на поверхность шейки.
Расположение выходных каналов для масла под каким-то углом а к кривошипу благоприятно не только в смысле его прочности. При этом осуществляется еще и естественная сепарация масла: загрязнения, имеющиеся в нем, отбрасываются центробежной силой в наиболее удаленный от оси вала участок полости, где нет выходного канала. Еще лучше отделяются загрязнения при установке в радиальных каналах сепа-рационных трубок. 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 целесообразна и у коренных шеек, так как через них проходит масло на смазку коренных подшипников.
Применение сепарационных трубок, как и боковых каналов при полых шейках, приводит, однако, к тому, что задерживается поступление масла в подшипник в начальный момент пуска.
Кормовые концы коленчатых валов. К коленчатому валу крепится маховик и какой-либо из валов валопровода. Для этой цели кормовой конец вала имеет фланец. Чтобы не было утечки масла из картера вдоль вала наружу, вал снабжается маслоотражателем, с которого под действием центробежной силы сбрасывается масло. Валы нереверсивных двигателей часто имеют еще участок с маслосгонной резьбой, заставляющей масло, двигающееся по ней, возвращаться в картер.
В реверсивных двигателях применить маслосгонную резьбу невозможно, поэтому уплотнение вала достигается другими средствами. Так, к фланцу вала двигателя НФД48 теми же болтами, которыми крепится маховик, прикрепляется маслосбрасывающий диск из двух половин. Кроме того, вал имеет маслосбрасывающий гребень, а фланец — уплотни-тельное кольцо в кожухе привода распределительного вала. Бурт служит для центровки маховика.
Рис. 2. Кормовые концы коленчатых валов
Рис. 3. Носовые концы коленчатых валов
У кормового конца коленчатого вала обычно располагается привод распределительного вала. Для него на коленчатый вал насаживают ведущую шестерню. В рассматриваемом случае цельная ведущая шестерня 8 насажена на гребень вала, служащий для упорного (воспринимающего упор гребного винта) подшипника. Шестерня насажена на шпонку и привернута к полукольцам, опирающимся на бурт гребня.
Однако чаще всего ведущую шестерню выполняют из двух половин. Половины сажают на шейку вала, имеющую шпонку. Между собой их скрепляют хомутами, состоящими из двух половин, стянутых шпильками. Иногда половины шестерен стягивают шпильками без хомутов.
Носовые концы валов. Носовые концы коленчатых валов используют для привода вспомогательных агрегатов (насосов, компрессора) и иногда — для привода распределительного вала.
Наиболее просто устроен конец вала, противоположный маховику, у вспомогательных двигателей. Вал имеет шестерню привода распределительного вала и шестерню привода вспомогательных агрегатов. Обе шестерни насажены на шпонках и закреплены концевой гайкой, навернутой на нарезанный хвостовик вала.
У тихоходных главных двигателей с носового торца располагаются обычно поршневые насосы и компрессор. Для их привода к торцу коленчатого вала крепят дополнительный кривошип. К его шейке по каналу вала подводится масло от рамового подшипника. Рядом с кривошипом посажена шестерня привода других механизмов. В данном случае шестерня зажата между фланцем коленчатого вала и фланцем дополнительного-кривошипа, причем она одновременно центрирует вал и кривошип (двигатели НФД48). У современных дизелей поршневые насосы не устанавливают, в связи с чем дополнительные кривошипы отсутствуют, но шестерня привода агрегатов остается. На носовой конец коленчатого вала у многих двигателей насажен демпфер крутильных колебаний.
Наиболее сложно устроен носовой конец вала при торцовом подводе в него масла, например у двигателя ЗД6. Масло подводится внутрь полого хвостовика, вставленного в расточку коренной шейки коленчатого вала. По каналам оно проходит в кольцевую выточку хвостовика и по каналам поступает внутрь первой шатунной шейки. Далее масло проходит по валу уже известным путем, а для смазки первой коренной шейки оно направляется по сепарационной трубке в кольцевую канавку и затем— через отверстие. Шестерня служит для привода вспомогательных агрегатов и одновременно является ведущей шестерней привода распределительного вала. Так называемый вал дополнительного отбора мощности 9 позволяет приводить в движение какие-либо вспомогательные механизмы машинного отделения. Подобные валы] имеет ряд главных двигателей, устанавливаемых на небольших теплоходах.
Рис. 4. Маховики:
а — двигателя НФД48; б — двигателя 64 12/14
У многоцилиндрового двигателя последовательность (порядок) работы цилиндров 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 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—6—2—4.
Выбирая порядок работы цилиндров, стремятся также достичь наиболее полной уравновешенности сил инерции деталей кривошипно-шатунного механизма.
Иногда при выборе порядка работы цилиндров учитывают также вопросы повышения эффективности наддува и улучшения технологии изготовления вала.
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 ходе вперед имеет такой порядок работы цилиндров, какой у двигателя правого вращения бывает при ходе назад, и наоборот.
Маховики. Для получения возможно большего момента инерции при одинаковой массе основная масса металла сосредоточивается в ободе маховика. С помощью диска он соединен со ступицей, посаженной на центрирующие выступы фланцев коленчатого и приставного валов. К фланцу коленчатого вала маховик сначала крепится монтажными винтами, основное же крепление маховика и приставного вала к коленчатому осуществляется шпильками.
У небольших двигателей со стартерным пуском маховики несут на себе зубчатый венец для сцепления с шестерней стартера на время пуска. Венец зафиксирован на маховике штифтами. Встречается на-прессовка венца и без дополнительной фиксации. Маховик крепится, к торцу коленчатого вала винтами. В соединении имеются контрольные штифты.
Вал дизеля, маховик которого изображен на рис. 4, б, соединяется с валом генератора через упругую муфту, состоящую из закрепленной на маховике полумуфты, полумуфты вала генератора и резиновых шашек. Последние помещены между выступами полумуфт, в связи с чем вращающий момент передается от вала дизеля валу генератора через эти упругие элементы. Шашки закрыты с торца кольцом.
На обод маховика наносится градуировка, позволяющая определять углы поворота вала при регулировочных работах. Кроме того, в нем предусматриваются отверстия или зубцы для проворачивания вала, в данном случае вручную. Согласно ГОСТ 10150—75 главные судовые двигатели снабжаются механическим или ручным валоповоротным устройством, причем должна быть исключена возможность пуска двигателя при включенном валоповоротном устройстве.