Как шлифуют шатунные шейки коленвала


Шлифование шатунных шеек

Шлифование всех поверхностей любого вала, расположенных по оси его вращения, должно выполняться только в центрах. Если при шлифовании опорных или коренных шеек  коленчатого вала двигателя легкового автомобиля для его установки на шлифовальном станке используются кулачковые патроны - это гарантирует 100%-ный брак. Во-первых, при сжатии патронами возникает предварительная деформация, в случае чего после шлифования опорных шеек и снятия со станка будет иметь недопустимое биение шеек (чем тоньше вал, тем оно больше). Во-вторых, применение патронов требует специального выставления вала в станке, т.е. обеспечения минимального биения поверхностей вала, расположенных от патронов. Практика показывает, что в патронах сделать, не так просто, в то время как в центрах легко обеспечить биение у краев вала менее 0,015-0,020 мм. Как исключение в некоторых случаях допускается установка вала с одной стороны в патроне, а с другой - в центре.

Шатунные шейки шлифуются в специализированных станках для шлифования коленчатых валов. Такие станки имеют центросместительные приспособления с патронами, позволяющие сместить ось коренных шеек от оси вращения вала в станке так, чтобы эта ось вращения совпала с поверхностью обрабатываемой шатунной шейки. При шлифовании шатунных шеек наиболее важно обеспечить параллельность их осей относительно коленчатого вала коренных шеек. Максимально допустимой не параллельностью следует считать величину 0,1 мм на 1 м. В этом случае  длина шатунной шейки 25 мм не параллельность составит 0,0025. Не параллельность шатунных и коренных шеек определяет-с одной стороны, типом станка и его техническим состоянием с другой - квалификацией специалиста-шлифовщика. У многих коленчатых валов двигателей иностранных автопроизводителей ширина шеек мала (20-22 мм), что требует применять­ на станках достаточно узких шлифовальных кругов. При балансировании не допускается касание кругом торцевых поверхностей (щек) коленчатого вала. Надо стремиться к тому, чтобы не повредить галтели - поверхности перехода от шейки. На тех валах, где нет канавок для выхода шлифовального круга, круг должен иметь радиусы не меньше, ' галтелей. Этими требованиями пренебрегать не следует, поскольку любое повреждение галтелей может привести к  разрушению. Наибольшую точность дает шлифование в неподвижных центрах есть постоянным. Привод вала обеспечивается специальным поводком. Не все специализированные станки для шлифования коленчатых валов, имеются на отечественных ремонтных предприятиях, обеспечивающие  такие условия, поэтому для коренных шеек можно обеспечить шлифование универсальным кругло - шлифовальным станком. Сжатый центрами коленчатый вал деформируется, чем он тоньше, тем больше усилие сжатия. Усилие сжатия не должно быть большим во избежание недопустимого биения коренных шеек. Проверить или подобрать усилие можно предварительным шлифованием коренных шеек и последующей проверкой биения на призмах или в центрах без усилия прижатия.

Данный вопрос имеет очень важное значение для обеспечения необходимого качества ремонта. В практике ремонта нередки случаи, когда после "неграмотного" шлифования в центрах длинные и тонкие валы имели биение коренных шеек на призмах 0,10-0,15 мм, а по­сле аналогичного шлифования в патронах - даже до 0,4-0,5 мм. Это даже больше, чем обычно бывает после расплавле­ния подшипников, обрыва шатуна и т.д.

Альтернативным способом шлифования коренных шеек является шлифование с одним центром. При этом хвостовик вала устанавливается в неподвижный центр, а вал зажимает­ся в патроне по поверхности заднего сальника. Зажатие одной из поверхностей вала в патроне требует очень точного его выставления по минимальному биению этой поверхности (не более 0,02-0,03 мм). При этом опора с другой стороны на центр обеспечивает отсутствие деформации вала, что всегда имеет место, если обе стороны вала зажаты в патронах

Для шлифования коренных шеек необходимы различные центры, включая укороченные для коротких центровых отвер­стий. Очень большое значение имеет состояние центровых фасок на самом валу.

Рисунок 3.3.17 - Технологическая втулка, устанавливаемая на хвостовик  для шлифования вала

После шлифования коренных шеек и торцевых (упорных) поверхностей могут быть прошлифованы, если необходимо, хвостовик (если он наварен) и поверхности под сальники. Для деформированных валов это обязательно, для недеформированных следует ориентироваться на состояние и биения соответствующих поверхностей. Обычно биение более 0,02 мм требует обработки поверхностей под сальники. Это не значит, что надо шлифовать эти поверхности до тех пор, пока не ис­чезнут все круговые риски.

После шлифования шеек вала их необходимо полировать. Поверхности шеек после шлифования не имеют, как правило, необходимого качества поверхности, а это дает повышенный износ вкладышей или втулок подшипников в процессе первоначальной приработки. Кроме того, смазочные отверстия, выходящие на поверхность шейки, после шлифования обычно имеют острые края и могут повредить мягкий материал вкладышей.

Рисунок 3.3.18 - Приспособления для полирования (доводки) шеек валов:

а—простейшие ручные; в — с электроприводом: 1 — войлочное. 2— шейка вала; 3 — башмак; 4 — абразивное полотно; 5 — ролик; 5—кронштейн; 7 — шарнир; 8 — электродвигатель

Один из простейших вариантов такого приспособления представляет собой специ­альные щипцы с длинными ручками и узкими (шириной 20 мм) деревянными башмаками, на внутреннюю радиусную поверхность которых наклеен толстый (5-10 мм) слой войлока. Абразивное полотно смазывается маслом и зажимается щипцами между войлоком и шейкой вала, после чего вращением вала в течение нескольких минут осуществляется доводка шейки.

Для доводки валов с диаметрами шеек от 40 до 70 мм достаточно 4-5 комплектов башмаков различного радиуса, т.к. толстый слой войлока на башмаке обеспечивает хорошее прилегание к шейке в некотором диапазоне её диаметров. При доводке шеек необходимо обеспечить минимальный съем (несколько микрон). Качество доводки поверхности легко проверяется с помощью кусочка меди если провести им по хорошо отполированной шейке, то на ее поверхности не должно остаться следа.

Ремонт любого вала должен заканчиваться контролем всех размеров и биений, причем этот контроль необходимо проводить с особой тщательностью. Неполный (или недобросовестный) контроль отремонтированного вала может значительно снизить качество ремонта всего двигателя в целом. Измерения вала при окончательном контроле выполняются аналогично описанным выше операциям по его дефектации.

Как работает коленвал - Все подробности

При сгорании топлива поршень выстреливает прямо вниз по цилиндру, работа коленчатого вала заключается в преобразовании этого поступательного движения во вращение - в основном путем поворота и подталкивания поршня вверх по цилиндру.

Терминология коленчатого вала достаточно специализированная, поэтому мы начнем с названия нескольких частей. А журнал это часть вала, которая вращается внутри подшипника. Как видно выше, шейки коленчатого вала бывают двух типов: коренные шейки образуют ось вращения коленчатого вала, а шейки шатуна закреплены на концах шатунов, доходящих до поршней.

Для дополнительной путаницы шейки шатунов сокращенно обозначаются как шейки шатунов и также обычно называются шатуны , или цапфы головные . Цапфы стержней соединены с главными шейками полотна .

Расстояние между центром коренной шейки и центром пальца коленчатого вала называется радиус шатуна , также называемый ход кривошипа . Это измерение определяет диапазон хода поршня при вращении коленчатого вала - это расстояние сверху вниз известно как ход .Ход поршня будет в два раза больше радиуса кривошипа.

Задний конец коленчатого вала выходит за пределы картера и заканчивается фланец маховика . Этот прецизионно обработанный фланец прикреплен болтами к маховик , большая масса которого помогает сгладить пульсацию поршней, срабатывающих в разное время. Через маховик вращение передается через трансмиссию и главную передачу на колеса. В АКПП коленчатый вал прикручен к коронная шестерня , несущий гидротрансформатор, передавая привод на автоматическую коробку передач.По сути, это мощность двигателя, а мощность передается туда, где она необходима: гребные винты для лодок и самолетов, индукционные катушки для генераторов и опорные колеса транспортного средства.

Передний конец коленчатого вала, иногда называемый носиком, представляет собой вал, выходящий за пределы картера. Этот вал будет заблокирован с зубчатым колесом, которое приводит в движение клапанный механизм через зубчатый ремень или цепь [или, в высокотехнологичных приложениях, зубчатые передачи], и шкив, который передает мощность через приводной ремень на такие аксессуары, как генератор и водяной насос .

Детали коленчатого вала

Основные журналы

коренные шейки или просто главные шейки зажаты в блоке двигателя, и двигатель вращается вокруг этих шейек. Все шейки коленчатого вала будут обработаны идеально гладкими и круглыми и часто закалены. Основные шейки закреплены в седлах, в которых установлена ​​сменная вкладыш подшипника буду сидеть. Подшипник мягче, чем шейка, и его можно заменять по мере износа, и он спроектирован так, чтобы поглощать небольшое количество загрязнений, если таковые имеются, чтобы не повредить коленчатый вал.А крышка коренного подшипника затем прикручивается к шейке болтами и затягивается с точным крутящим моментом.

[Схема главной цапфы с подшипниками и отверстиями]

Цепи движутся по масляной пленке, которая вдавливается в пространство между шейкой и подшипником через отверстие в седле коленчатого вала и соответствующее отверстие во вкладыше подшипника. При правильном давлении масла и подаче масла шейка и подшипник не должны соприкасаться.

Шатунные шейки

шейки шатуна смещены от оси вращения и прикреплены к большие концы шатунов поршней.Как ни странно, их также часто называют шатуны или шейки подшипника шатуна . Подача масла под давлением происходит через наклонный масляный канал, просверленный от основной шейки.

В некоторых шатунах просверлено отверстие для смазки, позволяющее распылять масло на стенку цилиндра. В этом случае опорные подшипники шатуна будут иметь канавку для подачи масла в шатун.

Смазка коленчатого вала

Контакт металл-металл - враг эффективного двигателя, поэтому и главные шейки, и шейки стержней движутся по масляной пленке, которая находится на поверхности подшипника.

Подать масло к коренному подшипнику скольжения легко: масляные каналы от блока цилиндров ведут к каждому седлу коленчатого вала, а соответствующее отверстие в корпусе подшипника позволяет маслу достигать шейки.

Подшипники шейки шатуна требуют такой же смазки, но они вращаются вокруг коленчатого вала со смещением. Для подачи масла к этим подшипникам масляные каналы проходят внутри коленчатого вала - через основную шейку, по диагонали через перемычку и через отверстия в шейках шатунов.Канавка в подшипнике коренной тяги позволяет маслу непрерывно продавливаться по каналу к шейкам шатунов, чему способствует выброс наружу центробежной силой вращающегося коленчатого вала.

Зазоры между шейками и подшипниками являются основным источником давления масла в двигателе. Если зазоры слишком велики, масло вытекает свободно, а давление не поддерживается. Слишком малые зазоры вызовут высокое давление масла и риск контакта металла с металлом. Поэтому важно, чтобы зазор между подшипниками и шейками измерялся при ремонте двигателя.

Противовесы

Коленчатый вал подвержен сильным вращающим силам, а масса шатуна и поршня, движущиеся вверх и вниз, оказывает значительную силу. Противовесы отлиты как часть коленчатого вала, чтобы уравновесить эти силы. Эти противовесы обеспечивают более плавную работу двигателя и более высокие обороты.

Коленчатый вал балансируется на заводе. В этом процессе прикрепляется маховик, и весь узел вращается на машине, которая измеряет, где он находится вне баланса. Балансировочные отверстия просверлены в противовесах для уменьшения веса. Если необходимо добавить вес, просверливается отверстие, которое затем заполняется хэви-металлом или меллори. Это повторяется до тех пор, пока коленчатый вал не будет сбалансирован.

Упорные шайбы коленчатого вала

В какой-то момент по его длине будут установлены две или более упорных шайб, чтобы предотвратить продольное перемещение коленчатого вала. На изображенном коленчатом валу с обеих сторон центральной шейки имеются упорные шайбы.Эти упорные шайбы устанавливаются между обработанными поверхностями перемычки и седла коленчатого вала, поддерживая заданный небольшой зазор и сводя к минимуму величину бокового движения, доступного для коленчатого вала. Расстояние, на которое коленчатый вал может перемещаться из конца в конец, называется его осевым люфтом, и допустимый диапазон будет указан в руководствах по обслуживанию.

В некоторых двигателях эти упорные шайбы являются частью коренных подшипников, в других, как правило, более старых типов, используются отдельные шайбы.

Основные сальники

Оба конца коленчатого вала выходят за пределы картера, поэтому необходимо предусмотреть какой-либо метод предотвращения утечки масла через эти отверстия.Это работа двух основных масляных уплотнений, одного спереди и одного сзади.

задний главный сальник устанавливается между задней главной шейкой и маховиком. Обычно это манжетное уплотнение из синтетического каучука. Прокладка вдавливается в углубление между блоком цилиндров и масляным поддоном. Уплотнение имеет фасонную кромку, которая плотно прижимается к коленчатому валу пружиной, называемой подвязкой.

Неисправное масляное уплотнение является серьезной проблемой, поскольку оно находится рядом с главными шейками, которые получают и нуждаются в хорошей подаче масла под давлением.В сочетании с вращением коленчатого вала это приводит к быстрой потере моторного масла из-за любого нарушения сальника.

сальник передний похож на задний, хотя его выход из строя менее катастрофичен, и к нему легче получить доступ. Передний сальник будет за шкивами и шестерней привода ГРМ.

Сальник сам по себе является дешевой деталью, но для доступа к нему требуется много труда по снятию трансмиссии, сцепления, маховика и, возможно, коленчатого вала.Поэтому рекомендуется заменять сальники каждый раз, когда двигатель разбирается и детали доступны.

Схемы коленчатого вала

Базовый коленчатый вал, показанный выше, от рядного 4-цилиндрового двигателя. Другие конструкции коленчатого вала будут зависеть от компоновки двигателя. Более подробно эта тема освещена в статье о компоновке двигателя. Но следует отметить, что в двигателях V-образной формы и W два шатуна могут иметь общую шейку штока.Некоторые типовые схемы коленчатого вала показаны ниже.

Коленчатый вал V6

Коленчатый вал V6 является в некотором роде специализированным, потому что он требует, чтобы шейки шатуна были разделены для поддержания равномерного интервала зажигания. Это требует, чтобы цапфы стержней были расколоты или раздвинуты, что известно как шплинт или Журнал разъемный дизайн.

Неисправности

Коленчатый вал, будучи очень прочным, является надежным компонентом, и поломки коленчатого вала редки, если только двигатель не работает в экстремальных условиях.

Изношенные журналы

Без достаточного давления масла шейки коленчатого вала будут контактировать с опорными поверхностями, постепенно увеличивая зазор и ухудшая давление масла. В крайнем случае это может привести к разрушению подшипников и серьезному повреждению двигателя. Если журналы изношены до предела, предусмотренного для их использования, или уже не имеют идеально круглой формы, их необходимо отшлифовать, как описано ниже.

Усталость

Постоянные силы, действующие на коленчатый вал, могут привести к усталостным трещинам, обычно обнаруживаемым на галтеле, где шейки соединяются со стенкой.Гладкий радиус этого галтеля имеет решающее значение для исключения слабых мест, ведущих к усталостным трещинам. Коленчатый вал можно проверить на наличие трещин с помощью магнитный флюс .

Модификации и обновления

Шлифовка коленчатого вала

Журналы изнашиваются со временем. У них может появиться шероховатая поверхность, они могут стать некруглыми или суженными. В этих случаях их поверхность можно восстановить с помощью шлифовки коленчатого вала. Когда коленчатый вал заточен, его шейки будут уменьшаться в диаметре и, следовательно, увеличиваться в размерах, поэтому потребуется установка более толстых подшипников.

Коленчатые валы Stroker

Объем цилиндра можно увеличить, перемещая поршни на более длинный ход. Ход двигателя определяется радиусом кривошипа, который представляет собой расстояние между шейками шатуна и коренными шейками. Коленчатый вал с большим радиусом коленчатого вала будет производить более длинный ход и больший объем цилиндра - это известно как коленчатый вал с ходовым механизмом. При установке строкера потребуются более короткие шатуны. В противном случае поршни могут перемещаться в цилиндре слишком высоко, вызывая неприемлемо более высокое сжатие или ударяя по крыше цилиндра.

Коленчатые валы Stroker

для часто модифицируемых двигателей продаются в комплекте с более короткими шатунами и поршнями. Строкер-комплект для двигателя Mazda MX5 Miata 1.8L может преобразовать его в двигатель 2L по цене около 5500 долларов.

Офсетное шлифование

Альтернативой установке коленчатого вала с ходовым механизмом является шлифовка шейки шатуна до меньшего размера со смещением - таким образом, центр шейки смещается от средней линии коленчатого вала.Это проиллюстрировано выше.

Видно, что при перемещении центра шейки штока радиус кривошипа был увеличен, что привело к увеличению хода. Это специализированная обработка, и достигаемое увеличение хода будет зависеть от толщины шейки.

Как делается коленчатый вал

В большинстве серийных двигателей используется чугунный коленчатый вал, который изготавливается путем заливки расплавленного чугуна в форму. Кованые коленчатые валы используются в некоторых высокопроизводительных двигателях.Кованый коленчатый вал изготавливается путем нагревания стального блока до докрасна, а затем с использованием чрезвычайно высокого давления для придания ему формы.

После ковки или литья коленчатого вала его шейки и опорные поверхности обрабатываются идеально гладкими. Просверливаются масляные каналы или масляные каналы. Серийные двигатели обычно оставляют перемычки с их первоначальной черновой отделкой, но двигатели с высокими характеристиками обрабатывают каждую часть коленчатого вала, чтобы уменьшить сопротивление масла.

Цепи должны быть тверже, чем их подшипники, чтобы износ заменялся на подшипниках, а не на коленчатом валу, который должен служить в течение всего срока службы двигателя.Производственный процесс будет включать упрочнение этих участков посредством азотирования или термообработки.

Коленчатые валы с исключительно высокими рабочими характеристиками и нестандартные характеристики изготавливаются из блока твердого материала, в результате чего получается коленчатый вал в виде заготовки. Производство одноразового коленчатого вала с помощью этого процесса будет стоить как минимум около 3000 долларов, поэтому он предназначен для соревнований, гонок и восстановления.

.

Руководство по коленчатым валам • Muscle Car DIY

Коленчатый вал - это сердце двигателя. Следовательно, он должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать динамические требования двигателя, а это значит, что он должен выдерживать определенные нагрузки по мощности и крутящему моменту. Он также должен справляться с частотой вращения кривошипа и отклоняющими силами, возникающими при срабатывании цилиндра. Зазоры коренных и шатунных подшипников должны быть правильными, чтобы поддерживать коренные шейки коленчатого вала и большие концы шатунов. Кроме того, кривошип должен быть прямым, чтобы исключить сопротивление качению и предотвратить износ подшипников, и он должен быть правильно сбалансирован с вращающимися и совершающими возвратно-поступательное движение узлами.


Этот технический совет взят из полной книги СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ БЛУЭПРИНТИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ: ПРАКТИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО ПО СОЗДАНИЮ ТОЧНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. Подробное руководство по этому вопросу вы можете найти по этой ссылке:
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ ОБ ЭТОЙ КНИГЕ

ПОДЕЛИТЬСЯ СТАТЬЕЙ: Пожалуйста, не стесняйтесь поделиться этой статьей на Facebook, на форумах или в любых клубах, в которых вы участвуете. Вы можете скопировать и вставить эту ссылку, чтобы поделиться: https: // musclecardiy.ru / performance / how-to-blueprint-motors-crankshafts-guide /


Типы коленчатого вала

Современные коленчатые валы предлагаются в трех основных конструкциях: литые, кованые и заготовки. Литые шатуны подходят для мощности от 300 до 500 л.с., в зависимости от применения. Шатуны из кованой стали, в зависимости от марки стали, рассчитаны на мощность до (а часто и выше) 1000 л.с. Коленчатые валы из заготовок представляют собой предел прочности для высокой мощности и в основном используются в гонках профессионального уровня.


Сверхлегкие кривошипы для гоночных двигателей доступны со снятыми противовесами, цапфами с перфорацией и т. Д. С целью уменьшения вращательного веса. Кроме того, популярная модификация предполагает обкатку и обрезку кромок противовесов. Выпуклый (закругленный профиль) и острие (более узкий профиль с фаской) вместе создают "аэродинамическое" поперечное сечение конца противовеса. Профиль с выпуклым носом находится на переднем конце противовеса, в то время как кромка ножа находится на заднем конце, аналогично по концепции поперечному сечению крыла самолета.Теоретически уменьшаются такие факторы сопротивления, как сопротивление воздуха и прилипание масла. Для уличного паровоза это не стоит времени и усилий. Зарезервируйте это для гонок, где (теоретически) вы получите преимущества в виде снижения сопротивления воздуха и увеличения смазки. (Фото любезно предоставлено Кэллисом)

Коленчатые валы литые

Первый этап процесса литья включает заливку расплавленной смеси железа и других сплавов в форму из двух частей. Отливка охлаждается, затвердевает и выходит из формы.На этом этапе происходит чистовая обработка: обработка всех цапф; доработка противовесов, фланцев и носа; сверление / нарезание отверстий под болты маховика; и бурение критических масляных каналов. В процессе литья создается случайная зернистая структура, а материал относительно пористый, поэтому литая рукоятка подвержена растрескиванию и разрушению при высоких нагрузках. Четкая «линия разъема» половин формы определяет литые кривошипы.

Кованые коленчатые валы

Кованый кривошип начинается с плотного кованого куска стали.Хотя конкретные процедуры могут отличаться у производителей коленчатых валов на вторичном рынке, кованые коленчатые валы обычно изготавливают, начиная со стального слитка, который нагревают до температуры около 2200 градусов по Фаренгейту, помещают в его формовочную матрицу и штампуют с помощью пресса / молотка для придания грубой формы. Огромное давление (около 240000 фунтов на квадратный дюйм при каждом ударе) уплотняет молекулы стали в очень плотную зернистую структуру, обеспечивая повышенную прочность.


Кованые коленчатые валы значительно прочнее литых.Структура зерен более однородная и плотная, что делает поковку менее склонной к растрескиванию и растрескиванию.

Любая лишняя сталь, которая вытесняется из матрицы, затем обрезается, обычно в процессе резки. Затем черновая поковка подвергается термообработке и отпуску. Затем следует чистовая обработка и снятие напряжений. Снятие напряжения выполняется для устранения любых внутренних напряжений, которые могли возникнуть во время обработки. Наконец, выполняется поверхностное упрочнение. Использование плотных стальных слитков, кованных под воздействием тепла и давления, позволяет получить гораздо более прочный коленчатый вал, который имеет гораздо большее сопротивление растрескиванию, чем отливка.


.

Crankshaft Tech - Popular Hot Rodding Magazine

Рабочий объем ложе 80-х годов. Дни незначительного и примитивного увеличения рабочего объема за счет шлифовки кривошипа со смещением стали более далекими воспоминаниями, чем президентская кампания Фрица Мондейла. В связи с появлением в последнее десятилетие количества доступных на вторичном рынке коленчатых валов толкателей кубические дюймы стали дешевле, чем когда-либо. Одновременно с этим технология головок цилиндров была вынуждена идти в ногу с требованиями постоянно увеличивающегося рабочего объема, а мощность в лошадиных силах разрослась до неприличных размеров.Поскольку наше хобби - это коллективные шалости в золотой век лошадиных сил, ни один компонент двигателя, за исключением головки блока цилиндров, не смог продвинуть дело так, как современный коленчатый вал. Так что, если ваш санкционирующий орган не запрещает это, если вы строите двигатель, вы, вероятно, хотите купить кривошипный двигатель.

Тем не менее, вариантов много, и не все кривошипы одинаковы. Стоит ли соглашаться на стальное литье или переходить к ковке? В чем разница между сталью 5140, 4130 и 4340? Вам действительно нужно во всех случаях переходить к подделке? Соответствует ли заготовка своей священной репутации? Как отличить маркетинговую шумиху от реального качества продукта? И самое главное, какой коленчатый вал подходит для вашей области применения? К счастью, на этом дезинформация заканчивается.Мы связались с ведущими производителями коленчатых валов в стране, чтобы дать окончательные ответы на все вышеупомянутые вопросы, включая понимание металлургии и различных технологий производства. Не паникуйте, если вам нравятся менее популярные модели, потому что у нас также есть модели Buick, Olds и Pontiac. Хотя некоторая информация не соответствует общепринятому мнению, факты не всегда легко усвоить. У нас есть правда, но вы справитесь?

Cast vs. Forged vs.Заготовка Технологии изготовления играют важную роль в предельной прочности коленчатого вала. Литье и ковка - два наиболее распространенных метода производства, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Литые кривошипы начинают свою жизнь как жидкое железо или сталь, и их разливают в форму. Это позволяет необработанной отливке максимально приближаться к ее окончательной форме, что сокращает объем окончательной обработки. В сочетании с тем фактом, что оборудование, необходимое для производства отливок, относительно недорогое, становится очевидным, почему литые кривошипы являются преобладающим выбором среди оригинальных комплектующих.Литые шатуны на вторичном рынке предлагают значительное повышение прочности и могут быть приобретены всего за 200 долларов.

Посмотреть все 7 фотографий

В отличие от этого, процесс ковки требует мощных прессов и более обширных операций окончательной обработки. Ковка включает нагревание цилиндрической заготовки металла до расплавленного состояния, а затем придание ей формы с помощью прессов и штампов. Именно это сжимающее действие создает более прочный конечный продукт по сравнению с отливкой. «В отливке структура зерен похожа на пляжный песок», - объясняет Том Либ из Scat.«В ковке сила пресса сжимает зерна вместе, так что это становится единым однородным потоком зерна. Поскольку пространство между молекулами сжимается, каждая молекула вынуждена« держаться за руки »со следующей молекулой». Недостатком поковки по сравнению с литой рукояткой является стоимость. Гидравлические прессы для тяжелых условий эксплуатации, используемые в процессе ковки, чрезвычайно дороги, что приводит к удорожанию продукта. Ожидайте, что цены на более популярные двигатели начнутся от 500 долларов.

Думайте о кривошипах для заготовок как о ответвлении кованых кривошипов.Как и поковка, кривошип для заготовки начинается с большого цилиндрического стального слитка. Однако, в то время как кованый кривошип сжимается в процессе ковки, стальной слиток, используемый в кривошипе для заготовки, уже кован, хотя и не так сжат, как в кованом кривошипе. Ключевое различие между ними заключается в том, как слитки имеют форму кривошипов. «Металлический стержень, используемый для изготовления кованого кривошипа SBC диаметром 4000 дюймов, имеет диаметр около 4,75 дюйма, а общая ширина кривошипа составляет 6,75 дюйма после завершения процесса ковки», - говорит Либ.«Металлический стержень, используемый в кривошипе для заготовки с таким же ходом, намного больше, примерно 8 дюймов, весит 350 фунтов по сравнению со 150 фунтами в кованом кривошипе. Вместо того, чтобы скручивать и колотить металл в разных направлениях, как в поковке, Кривошип заготовки изготавливается путем измельчения металла таким образом, чтобы структура зерна проходила параллельно по всей длине кривошипа ". Из-за увеличения количества материалов и рабочей силы по сравнению с кованым кривошипом, кривошипы для заготовок являются самыми дорогими из всех. Индивидуальные одноразовые экземпляры имеют ценник в районе 3000 долларов.Что касается того, является ли кривошип для заготовки более прочным, чем поковка, поскольку в отрасли нет единого мнения, различные производители выяснят это позже, и мы позволим вам сделать это.

Strength Прежде чем углубляться в специфику металлургии, есть прочностные характеристики, универсальные для всех отливок и поковок, которые ничего не стоят. В лаборатории металл проверяют на прочность, растягивая круглый стержень диаметром один дюйм, пока он не сломается. Прочность на растяжение связана с силой, необходимой для начала растяжения стержня.Предел текучести описывает силу, необходимую для дальнейшего разрыва стержня. Разница между пределом прочности на разрыв и предел текучести между отливками и поковками значительна. «При литье вам нужно всего лишь уменьшить поперечное сечение стержня на шесть процентов, прежде чем он сломается», - объясняет Либ. «Поковка позволяет уменьшить поперечное сечение на 20 процентов до того, как пруток сломается».

Просмотреть все 7 фотографий

Металлургия Поскольку сплав состоит в основном из железа, небольшое количество металла, добавленного к этому железу, определяет различия в прочности между различными марками стали.Набор стандартов, установленных Американским обществом металлов (ASM), определяет содержание марок металлов в дополнение к их номенклатуре. «Для литых шатунов начального уровня увеличение содержания углерода по отношению к железу улучшает прочность, - говорит Алан Дэвис из Eagle Specialty Products. Самые простые кривошипы - это чугун, у которых обычно есть предел прочности на разрыв от 70 000 до 80 000 фунтов на квадратный дюйм. Незначительное увеличение содержания углерода в железе приводит к образованию чугуна с шаровидным графитом, что приводит к пределу прочности на разрыв примерно 95000 фунтов на квадратный дюйм.Оба материала широко используются производителями оригинального оборудования, но не совсем подходят для более серьезных применений в кривошипах послепродажного обслуживания. Обычно используемая в коленчатых валах начального уровня послепродажного обслуживания, литая сталь имеет большее содержание углерода, чем чугун с шаровидным графитом, и имеет предел прочности на разрыв около 105 000 фунтов на квадратный дюйм. «В типичном малом блоке кривошип из литой стали может легко выдерживать 500 л.с.. Хотя мы видели, что они доводятся до очень высоких уровней мощности, мы обычно рекомендуем кованый кривошип для любого уровня мощности выше этого».

Двигаясь вверх по столбу, заводские кованые кривошипы изготавливаются из стальных сплавов, таких как 1010, 1045 и 1053.Хотя их предел прочности на растяжение аналогичен пределу прочности при растяжении кривошипа из литой стали, их показатель удлинения более чем в три раза выше. В результате получается гораздо менее хрупкий материал. Тем не менее, они далеки от предельной прочности стальных кривошипов на вторичном рынке. «Заводские шатуны из кованой стали имеют высокое содержание углерода, но в них отсутствует хром и никель, как в сплавах премиум-класса, используемых в шатунах на вторичном рынке», - объясняет Либ из Scat. «В этих типах сплавов хром и никель делают их более прочными.Есть и другие материалы, но они используются, чтобы убедиться, что все смешивается должным образом и не оказывает ударного воздействия ».

Самая простая сталь для вторичного рынка - 5140, которая имеет предел прочности на разрыв около 115 000 фунтов на квадратный дюйм. быть - и в некоторой степени все еще остается - отличным выбором для гонщиков с ограниченным бюджетом, но встречается реже, чем в прошлые годы, из-за растущей доступности шатунов из высококачественного сплава. К ним относятся поковки 4130 и 4340, которые имеют рейтинг прочности на разрыв приблизительно 125 000 фунтов на квадратный дюйм и 145 000 фунтов на квадратный дюйм соответственно.Строители двигателей и производители коленчатых валов повсеместно считают сплав 4340 идеальным для прочности и долговечности. Поскольку цена на шатуны 4340 на вторичном рынке составляет от 500 до 600 долларов за обычные платформы двигателей, популярность более мелких марок стали снижается. «У нас много клиентов, которые развивают 1500 л.с. через кривошип из кованой стали 4340», - говорит Дэвис из Eagle.

Скручивание и ковка без скручивания Кованые кривошипы прижимаются к штампу, но для этого используются два разных метода.Самый простой метод - выковать одну из кривошипов за раз в плоской штамповке. Затем кривошип поворачивается, и штамп выполняет следующий бросок. И наоборот, при ковке без скручивания все четыре метала кованы одновременно, что требует более сложной штамповки. Говорят, что поковки без скручивания уменьшают внутренние напряжения коленчатого вала в процессе производства, но не все это покупают. «Если все переменные контролируются должным образом в процессе ковки, разница между поковками на скручивание и без скручивания практически отсутствует», - считает Джеймс Хамфрис из Lunati.«Большинство шатунов на вторичном рынке в наши дни в любом случае не являются коваными, так что нет смысла спорить в любом случае. Это больше похоже на маркетинг».

Термическая обработка Помимо материалов и методов литья или ковки, термическая обработка может значительно повлиять на прочность коленчатого вала. Азотирование является наиболее распространенным методом термообработки, используемым в кривошипах вторичного рынка, когда ионизированный азот осаждается в вакууме на поверхность кривошипа в печи. Путем проникновения от 0,010 до 0,012 дюйма в поверхность металла и изменения микроструктуры стали твердость поверхности увеличивается вдвое с 30 до 60 по шкале Роквелла, а усталостная долговечность увеличивается на 25 процентов.OE обычно предпочитают индукционную закалку азотированию, что приводит к более глубокому проникновению в поверхность металла (от 0,050 до 0,060 дюйма). В этом процессе для нагрева поверхности используется магнитное поле. «У обоих методов есть свои плюсы и минусы, но азотирование наиболее распространено на вторичном рынке», - объясняет Хамфрис. «Индукционная закалка более локализована, тогда как азотирование обрабатывает весь кривошип сразу. Однако индукционная закалка проникает глубже, что позволяет повернуть шейки один или два раза во время восстановления перед повторной термообработкой кривошипа.«

Knife-Edging Действительно ли обрезка ножей противовесов кривошипа снижает сопротивление воздуха и увеличивает мощность? Не все так думают. «Мотор», - объясняет Дуэйн Боес из Callies. «Как снегоочиститель, масло ударяется о лезвие ножа и разбрасывается повсюду, хотя в идеале оно должно приземлиться на нос и уйти в сторону. Закругленная передняя кромка с выпуклым носом является наиболее эффективной, как нос корабля."

Просмотреть все 7 фотографий

Перекрытие Как следует из этого термина, перекрытие шейки - это просто то, насколько диаметры коренной шейки кривошипа и шейки шатуна перекрывают друг друга. При увеличении хода перемещение шейки шатуна дальше от основной шейки уменьшают перекрытие и снижают прочность и долговечность. Точно так же меньшие шатуны и коренные шейки уменьшают скорость подшипника и трение, но также уменьшают перекрытие ». Причина, по которой GM увеличила размер главной магистрали до 2,65 дюйма на 400 SBC по сравнению с 2.45 дюймов на 350 должны были поддерживать перекрытие журналов с более длинным ходом 3,75 дюйма », - объясняет Джадсон Массингилл из Школы автомобильных машинистов.

Заготовка или ковка? Хотя мы четко очертили иерархию различных классов отливок и поковок, мы не заявили, предлагают ли кривошипы из заготовок или их кованые аналоги максимальную прочность. Откровенно говоря, мы не знаем ответа и даже не будем пытаться делать обоснованное предположение. Есть веские аргументы для каждого из множества заслуживающих доверия источников, поэтому мы напечатаем их слова и предоставим вам решение.

Алан Дэвис из Eagle: «Люди думают, что заготовка прочнее, чем поковка, но это неправда. Заготовка получила такую ​​репутацию еще в те времена, когда кованые шатуны для вторичного рынка были недоступны, а заготовка была единственным способом купить высокопроизводительный кривошип. В случае кованого кривошипа в процессе ковки создается переплетенная структура волокон. В случае кривошипа из заготовки структура волокон проходит просто параллельно кривошипу. Заготовка - лучший вариант, если вам нужен нестандартный одноразовый кривошип, поскольку он не работает. t требуют дорогостоящего инструментального оборудования.С другой стороны, 200-тонные прессы, необходимые для поковок, стоят как минимум шестизначную сумму, поэтому они больше подходят для больших серий ».

См. Все 7 фотографий

Tom Lieb Of Scat: « Поковка - это не такой прочный, как заготовка, потому что в процессе ковки структура зерна растягивается и срезается. Поковка начинается с круглого металлического стержня, который скручивается и поворачивается, чтобы стержень метался. То, что раньше было центральной линией стержня, теперь смещено, а зерна растягиваются, травмируются и ослабляются, хотя некоторые его участки значительно прочнее, чем в отливке.В заготовке отсутствуют участки с повышенным напряжением, поскольку структура зерен проходит параллельно длине всего кривошипа. Поковки прочнее заготовок в болтах и ​​осях, потому что металл не растягивается и не режется. Не существует ни одной команды Top Fuel, Funny Car, Nextel Cup или F1, которая использует кованые шатуны, поэтому вы должны спросить себя, почему ».

Dwayne Boes Of Callies « Если для обоих используется один и тот же материал поковка прочнее заготовки, потому что поток зерна нарушается и перемещается.Однако гораздо легче получить специальные сплавы в материале заготовки ».

Джадсон Массингилл из SAM: « Поковки мощностью до 600–700 л.с. ничем не уступают кривошипам для заготовок при соответствующем перекрытии шейки. Однако, когда вы начинаете уменьшать перекрытие с помощью длинных ходов и небольших шейек стержней для уменьшения скорости подшипника, заготовка выходит наверх. В наших двигателях заготовка позволяет нам избежать перекрытия цапф ».

Альтернатива - Традиционно на вторичном рынке пренебрегли Buick, Olds и Pontiac.Что касается шатунов, то это все еще верно, но в меньшей степени. Усилия стойких приверженцев платформы двигателей привели к появлению на некоторых рынках специализированного рынка только что выпущенных стальных шатунов. В других случаях для каждого семейства двигателей есть специалисты, которые могут модифицировать заводские шатуны, чтобы получить желаемый дополнительный рабочий объем. Конечно, такие компании, как Winberg, Bryant и Moldex, сделают индивидуальный шатун из заготовки для любого двигателя, но мы предполагаем, что большинство хот-роддеров работают с реальным бюджетом.

Pontiac На создание этого автомобиля ушло 30 лет, но теперь энтузиасты Pontiac имеют в своем распоряжении как литые, так и кованые шатуны. В конце 90-х компания Butler Performance объединилась с Eagle для производства первого шатуна Pontiac на вторичном рынке, 4,250-дюймового стального литого блока для 3-дюймовых основных блоков 326/350/389/400. Только в этом году Butler Performance выпустила 4340 кованых шатунов с ходом 4,000, 4,250 и 4,500 дюймов для 3-дюймовых основных блоков. Компания также предлагает 4.000- и 4.250-дюймовые шатуны 4340 для блоков 421/428/455 с сетью 3,25 дюйма. «До того, как мы выпустили эти шатуны, единственным вариантом была шлифовка стандартного шатуна со смещением, что давало дополнительные 4-5 кубических сантиметров», - говорит Дэвид Батлер. «В наши дни цены на кованые шатуны настолько разумны, что нет причин даже беспокоиться о запасных частях».

Посмотреть все 7 фотографий

Buick К сожалению, рынок запасных частей не активизировался с новой конструкцией кривошипа Buick, но все еще есть варианты увеличения рабочего объема с хорошим запасом.По словам эксперта по Buick Майка Филлипса из Automotive Machine, все модели Buick 400, 430 и 455 имеют одинаковый коленчатый вал. «До 1974 года шатуны имели букву« N », которая, по мнению некоторых, означает узловатую», - объясняет он. «Эти штуки имеют массивную 3,25-дюймовую сеть, так что вы можете без проблем пропустить через них 600 л.с., а с ходом 3,900 дюйма шатуны Buick имеют большее перекрытие, чем многие Chevrolet с большими блоками». Благодаря такому перекрытию их можно смещать на глубину до 4,15 дюйма. «Со смещением кривошипа на землю на 4.150 дюймов в 455, вы получите 494 дюйма, но я думаю, что это значительно ослабит кривошип. Лучше отшлифовать кривошип до 4 дюймов, и в этом случае вы все равно сможете уравновесить двигатель снаружи ».

Oldsmobile Среди больших блоков Oldsmobiles есть модели 425 и 455. Известный производитель двигателей Olds Дик Миллер говорит, что все 425 моторов были оснащены заводскими шатунами из кованой стали, в то время как количество двигателей 455 со стальными шатунами меньше 100. 455 - самый распространенный двигатель среди любителей Olds, у которого есть 4.Ход 250 дюймов. «В некоторых 455 шатунах была залита буква« N », а в другие -« CN », - говорит Миллер. «Ручка CN - более сильная из двух». Хотя Eagle производит замену кривошипа из литой стали мощностью 700 л.с., заводская деталь очень прочная. «Стандартный кривошип 455 можно отшлифовать до 4,500 дюймов, что составляет 496 кубических сантиметров. Эти кривошипы могут выдерживать до 650 л.с.».

Посмотреть все 7 фотографий

Ford FE Никогда еще не такой массовый, как Windsor или big-block серии 385, Ford FE до сих пор широко игнорировался на вторичном рынке.И Scat, и Eagle предлагают стальные кривошипы с ходом от 3,980 до 4,250 дюйма. «Модель 390 - самый популярный мотор FE, и почти все они имели литые шатуны», - объясняет гуру двигателей FE Барри Работник из Survival Motorsports. «Раньше люди покупали кованые кривошипы для грузовиков FE и обрезали нос, чтобы поместиться в автомобильный блок, или шлифовали стандартные кривошипы со смещением, но теперь в этом нет необходимости. Я без проблем пропустил более 750 л.с. через литой кривошип Scat . " Кроме того, Survival Motorsports предлагает собственный кованый шатун 4340 ina 4.Ход 250 дюймов.

Если все остальное не работает Если вам нужно что-то сделать с кривошипом, что никто другой не сможет выполнить [или если вам нужен хорошо подготовленный шатун оригинального производителя для веселого уличного водителя - прим. Ред.], Позвоните Эдни Брауну из Performance Crankshaft. . Его специальность - ремонт и модификация заводских и неоригинальных шатунов в соответствии со стандартами, с которыми мало кто может сравниться. «В тех случаях, когда шатуны на вторичном рынке недоступны, мы отслеживаем старые поковки и устанавливаем ход любой длины, какой пожелает заказчик», - объясняет Адни.Помимо простых услуг, таких как ремонт сгоревших цапф, Adney может облегчить кривошип, изменить диаметр носа и приварить различные фланцы. «Не считайте это мусором и не прекращайте поиск, пока не позвоните нам сначала».

Иерархия металлов Поскольку Американское общество металлов допускает некоторую свободу действий в пределах каждого сорта металла, значения прочности на растяжение, перечисленные в этой таблице и в других частях статьи, являются приблизительными, а не точными. Тем не менее, они действительно позволяют сравнивать прочность различных марок металлов.Хотя они составляют лишь небольшую часть всех стальных сплавов, установленных ASM, они являются наиболее распространенными в автомобильной промышленности. Вот краткое изложение:

МАТЕРИАЛ: ПРОЧНОСТЬ НА РАЗРЫВ: РЕЙТИНГ:
Чугун 70,000-80,000 фунтов на кв. Дюйм Двигатели OE
Чугун с шаровидным графитом 95000 фунтов на кв. Дюйм Двигатели OE
Стальное литье 105,000 фунтов на кв. Дюйм самые сильные из литых кривошипов
1010/1045/1053 100000-110 000 фунтов на кв. Дюйм поковка заводская высокоуглеродистая
5140 сталь 115000 фунтов на кв. Дюйм поковка спортивная
4130 сталь 120,000-125,000 фунтов на кв. Дюйм сплав премиум
4340 сталь 140 000–145 000 фунтов на кв. Дюйм Самый прочный сплав для шатунов и шатунов
Показать все.

Шатуны Направляющие • Muscle Car DIY

Шатуны подвергаются большей нагрузке, чем любой другой компонент двигателя. Выбор самого сильного удилища для достижения цели абсолютно необходим. У вас есть выбор из множества материалов: металлический порошок, кованая сталь, алюминий, титан, стальная заготовка и алюминий. Шатуны предлагаются в конфигурациях двутавровых и двутавровых балок, и вам необходимо учитывать вес, баланс и размерные факторы. Болты шатуна также подвергаются огромным нагрузкам, и они не должны выходить из строя.Как мы все знаем, если шатун выходит из строя, двигатель может перейти в утиль за доли секунды. Так что выбирайте с умом и не выбирайте недорогие удочки.


Этот технический совет взят из полной книги СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ БЛУЭПРИНТИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ: ПРАКТИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО ПО СОЗДАНИЮ ТОЧНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. Подробное руководство по этому вопросу вы можете найти по этой ссылке:
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ ОБ ЭТОЙ КНИГЕ

ПОДЕЛИТЬСЯ СТАТЬЕЙ: Пожалуйста, не стесняйтесь делиться этой статьей на Facebook, на форумах или в любых клубах, в которых вы участвуете.Вы можете скопировать и вставить эту ссылку, чтобы поделиться: https://musclecardiy.com/performance/how-to-blueprint-engines-connecting-rods-guide/



Типы штанг

Шатуны

доступны из различных материалов и из различных материалов. Стержни для двигателей легковых автомобилей более старых моделей обычно изготавливались из чугуна. Для высокопроизводительного производства некоторых двигателей стержни обычно изготавливались из кованой стали. Сегодня большинство стержней OEM-производителей изготавливаются из порошкового металла (часто называемого стержнями PM), а в некоторых случаях используются стержни из кованой стали.

Стержни из порошкового металла

Прутки из порошкового металла изготавливаются аналогично литью или ковке. Специализированная порошкообразная смесь сплавов помещается в форму, нагревается (для плавления и растекания), а затем под давлением. В результате получается удивительно прочный продукт, для которого требуется только хонингование большого и малого концов и нарезание резьбы под болты (дополнительная внешняя обработка не требуется). Вместо того чтобы иметь отдельные корпус стержня и крышку (как в случае литых или кованых стержней), стержни PM изготавливаются как одно целое.

Последовательность операций обработки создает отверстие под палец, отверстие кривошипа и поверхности болтов. Колпачок также разделен прорезью, облицован и прикреплен, чтобы окончательно согласовать размер головки.


Шатун из заготовки обеспечивает гораздо большую прочность, чем чугунный стержень.

После того, как порошковая смесь сформирована в пресс-форме, смесь нагревается до температуры более 1500 градусов по Фаренгейту и ковка под давлением более 750 тонн. Поковка из порошкового металла затем подвергается термообработке и финишной обработке.Здесь видны стержни, попадающие в печь для термообработки. (Фото любезно предоставлено Howards Cams)

После того, как шатун PM сформирован в форме, крышка создается путем ее отламывания в зажимном приспособлении. Это также называется конструкцией с защелкивающейся крышкой. Хотя этот процесс обеспечивает очень точное сопряжение колпачка и стержня, размер стержня PM нельзя изменить традиционными методами. Если требуется изменение размера, можно просто отточить большие концы больше и выбрать подшипник с большим внешним диаметром.

Этот крупный план сопрягаемой поверхности колпачка стержня из порошкового металла с «треснувшей крышкой» показывает неровность поверхности. Две изломанные поверхности идеально совмещаются при установке крышки, обеспечивая точную регистрацию крышки.

.

Смотрите также