Коленчатый вал воспринимает передаваемые через шатуны усилия от поршней и преобразует их в вращающий момент на колен чатом валу. На него действуют периодически изменяющиеся силы давления газов, силы инерции масс кривошипно-шатунного механизма, возникающие крутильные колебания, реакции опор , момент сопротивления вращению со стороны маховика, силы трения в подшипниках.
Поэтому коленчатый вал должен быть прочным, жестким, и зносостойким при относительно малой массе, простым по конструкции и изготовленным с высокой точностью. Кроме того, он должен быть статически уравновешенным и обеспечивать динамическую уравновешенность двигателя.
Основные элементы коленчатого вала двигателя ЯМЗ-236 п о казаны на рис. 2.24. Спереди коленчатого вала устанавливаются шестерня 9 привода механизма газораспределения и шкив 13 привода вентилятора. На фланце 17 хвостовика крепят маховик.
Рис. 2.24. Коленчатый вал двигателя ЯМЗ-236:
1 — передний конец вала (носок); 2 — коренная шейка; 3 — щека; 4 — шатунная шейка; 5 — вкладыш коренного подшипника; 6 — полукольцо упорного подшипника; 7 — маслоотражатель; 8 — противовес, устанавливаемый на щеке коленчатого вала; 9 — шестерня привода механизма газораспределения; 10 — выносной противовес; 11 — болт шкива; 12 — шайба шкива; 13 — шкив привода вентилятора; 14 — гайка крепления противовеса; 15 — замковая шайба; 16 — передний маслоотражатель; 17 — фланец хвостовика
За задним коренным подшипником на хвостовике коленчатого вала некоторых двигателей предусмотрена маслосгонная резьба.
Опорами коленчатого вала являются коренные шейки с подшипниками скольжения, снабженные тонкостенными вкладышами 5. Вкладыши устанавливают в корпус коренной опоры, состоящий из двух частей — верхней, выполненной в перегородке к ар тера, и нижней — крышки 15 (см. рис. 2.16) коренной опоры, которая крепится к картеру болтами 16 крепления крышки подшипника.
Чтобы ограничить осевые перемещения коленчатого вала от усилия работы косозубых шестерен привода газораспределения, включения муфты сцепления и нагрева вала, один из коренных подшипников (задний, передний или средний) выполняют упорным. Для этого вкладыши таких подшипников снабжаются отбортовкой либо устанавливаются дополнительные упорные кольца или полукольца 6 (см. рис. 2.24).
По числу опор коленчатые валы подразделяют на полноопорные (число коренных шеек на одну больше числа шатунных, и они располагаются по обе стороны последних) и неполноопорные (число коренных шеек меньше числа шатунных). Число шатунных шеек в рядном двигателе соответствует числу цилиндров, а в V-образных двигателях их может быть вдвое меньше, поскольку шатуны двух цилиндров опираются на одну шатунную шейку вала (двигатели ЯМ3, КамАЗ и др.).
Противовесы 8, 10 коленчатого вала служат для уравновешивания сил и моментов сил инерции поступательно движущихся масс двигателя, а также разгрузки коренных подшипников от центробежных сил вращающихся масс и уменьшения напряжений изгиба коленчатого вала, создаваемых шатунными шейками. Противовесы могут быть изготовлены как одно целое с щеками или в виде отдельных надежно закрепленных деталей. Для установки и точной фиксации противовесов на поверхности щеки обрабатывают площадку.
Для снижения массы коленчатого вала, а следовательно, и влияния центробежных сил в высокооборотных двигателях шатунные шейки выполняют полыми. Полость используется для центробежной очистки масла, поступающего к шатунным шейкам. Также имеются сверления внутри шеек и щек для подачи масла коренным и шатунным подшипникам.
Форма коленчатого вала зависит от числа и расположения цилиндров, порядка работы и числа тактов двигателя, требований равномерности рабочего хода и уравновешенности двигателя. На рис. 2.25 приведены схемы кривошипно-шатунного механизма дви гателя.
Рис. 2.25. Схемы кривошипно-шатунного механизма двигателя:
а, б — рядные четырех- и шестицилиндровые двигатели; в, г — V-образные шести- и восьми цилиндровые двигатели; 1—8 — нумерация поршней; 90; 120; 180° — углы развала цилиндров; — ► — направление движения деталей двигателя
Кривошипы валов рядных четырехцилиндровых двигателей (рис. 2.25 а) расположены попарно (соответственно для цилиндров 1 и 4, 2 и 3), симметрично со смещением пар одной относительно другой на 180°. Установлен следующий порядок работы цилиндров таких двигателей: 1—3 —4 —2 или 1—2 —4 — 3. Кривошипы рядных шестицилиндровых двигателей (рис. 2.25, б) также расположены попарно (соответственно для цилиндров 1 и 6, 2 и 5, 3 и 4), симметрично, но с углом между коленами 120°. Установленный в этом случае порядок работы цилиндров: 1—5—3—6 — 2 — 4 или 1—4 —2 —5 —3 — 6. Такое расположение колен обеспечивает равномерное чередование рабочих ходов в отдельных цилиндрах и уравновешивает силы инерции. Коленчатые валы V-образных шести- и восьмицилиндровых двигателей (рис. 2.25, в, г) короче рядных.
Маховик 3 (см. рис. 2.18) обеспечивает равномерное вращение коленчатого вала, облегчает пуск двигателя и выводит поршни из мертвых точек. Изготовленный в виде массивного литого диска маховик крепится болтами на фланце или в торце коленчатого вала. На обод маховика напрессован стальной зубчатый венец, с которым при пуске двигателя входит в зацепление шестерня пускового устройства.
В сборе с коленчатым валом маховик должен быть отбалансирован. Балансировка необходима для того, чтобы при их вращении не возникало вибрации и биения от центробежных сил. На обод маховика нанесены метки, определяющие положение поршня в первом цилиндре, т.е. позволяющие установить момент зажигания или момент подачи топлива. На внешнем торце маховика монтируется сцепление.
Для изготовления коленчатых валов используют среднеуглеродистые или легированные стали, а для маховиков — специальный чугун.