Телефон: (097) 605-04-73
Телефон: (050) 400-87-05
Корзина пуста
Корзина товаров: 0

Способы повышения прочности коленчатых валов

В данной статье мы рассмотрим особенности материалов и способов обработки коленчатых валов, поскольку конструкция коленчатого вала чаще всего уже определена изготовителем.

Коленчатый вал - одна из наиболее ответственных, напряженных и дорогостоящих деталей двигателя. Силы, действующие на коленчатый вал вызывают трение и изнашивание его шеек и подшипников, усталостные разрушения в местах переходов шеек в щеки и в местах выводов масляных каналов, а также крутильные, изгибные, поперечные, осевые колебания. Коленчатый вал должен иметь достаточную прочность, жесткость, износостойкость, а вместе с тем относительно небольшую массу, надежность, высокую твердость поверхности, точность изготовления и  обработки шеек коленвала, динамическую уравновешенность и отсутствие вибраций.

Применимо к двигателям отечественной сельскохозяйственной, строительной, специальной техники еще в советское время разработаны оптимальные конструкции коленчатых валов, которые проверены временем. Следует обратить внимание, что даже небольшие на первый взгляд погрешности (например, срезание галтели при шлифовке коленвала) очень существенно влияют на предел прочности детали. Тем более не следует вносить "усовершенствования" в конструкцию коленчатого вала. Например, расположение масляного канала в шатунной шейке оказывает большое влияние на прочность коленчатого вала, должно располагаться под конкретным углом, в противном случае в точках, соответствующих выходу канала на поверхность появятся избыточные напряжения.

В настоящее время на рынке Украины для одного и того же двигателя можно купить коленчатые валы, изготовленные по самым различным технологиям. Например, коленчатый вал Д-65 (трактор ЮМЗ) может быть: стальным кованным (луганские валы, российские, индийские), литым чугунным (валы китайского производства, BLAT Industrial), может иметь закалку ТВЧ (луганские, российские валы), может не иметь (индийские валы), может быть выполнен из серого чугуна (некоторые китайски марки), может изготовляться из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (BLAT Industrial). В то же время конструктивно, т.е. геометрически, отличий между коленчатыми валами разных производителей не так много.

Итак, по способу изготовления коленчатый вал может быть кованным и литым.

Кованный коленчатый вал изготавливается из конструкционных сталей. Основным недостатком такого способа является возникновение внутренних напряжений при изготовлении поковки. Для уменьшения напряжений в поковках вала направление волокон должно соответствовать конфигурации колен. Поковки подвергают отжигу для устранения напряжений и облегчения обработки. Для двигателей сельскохозяйственной и строителеьной техники прочность стального коленчатого вала является недостаточной, поэтому применяют специальные термохимические способы упрочнения шеек коленчатых валов: закалка шеек токами высокой частоты, азотирование, цементация. Следует отметить, что термохимические способы упрочнения шеек на данный момент применяют только отечественные заводы. Импортные производители не проводят термохимическое упрочнение шеек по финансовым и технологическим причинам.

Закалка шеек коленчатого вала токами высокой частоты (закалка ТВЧ) - наиболее распространенный метод повышения прочности коленчатыйх валов двигателей сельскохозяйственной, строительной, специальной техники. Закалка ТВЧ проводится в специальных индукторах. Переменный ток определенной частоты вызывает быстрый нагрев поверхности детали и, после быстрого охлаждения, образуется закаленный слой высокой твердости. Этот слой может иметь глубину до 3 мм. Метод закалки ТВЧ высокопроизводителен и точен. Однако, стоимость оборудования (для каждого вида коленчатого вала необходим отдельный индуктор) высока и может окупиться только в массовом производстве. Этот метод широко используется на отечественных заводах и не используется небольшими импортными производителями. Подавляющее большинство коленчатых валов российских, украинских, беларусских заводов закалены токами высокой частоты. Часто закалка ТВЧ оставляет на поверхности шеек рыжеватого цвета разводы, т.н. цвета побежалостии и их наличие или отсутствие позволяет определить прошел закалку ТВЧ конкретный коленвал, или нет.

Азотирование - термохимический метод упрочнения поверхности, основанный на насыщеннии азотом в специальной среде. Позволяет получить существенно более высокую твердость поверхности, чем закалка ТВЧ, а также повышет коррозионную стойкость. Предел выносливости сталей на изгиб и кручение при азотировании повышается на 30-40%Недостатком этого метода упрочнения является очень небольшая глубина азотированного слоя - до 30 микрон. После азотирования детали необходимо подвергать механической обработке очень осторожно, вследствие появления микроскопических трещин при шлифовании галтелей сопротивление усталости снижается. Все это приводит к тому, что такой коленчатый вал может быть отшлифован только на размер 1Р и далее, как правило, выбрасывается. Азотирование существенно повышает стоимость детали. Так цена коленчатого вала, прошедшего азотирование в 1,5 раза выше, чем цена коленвала, упрочненного ТВЧ. Высокая стоимость обуславливает применение азотированных коленчатых валов лишь в высоконагруженных форсированных двигателях (карьерная техника, БелАЗ, СуперМАЗ). Этот метод упрочнения активно используется Ярославским моторным заводом для коленчатых валов двигателей ЯМЗ-236Н, ЯМЗ-238БЕ, ЯМЗ-238НД и др.

Цементация и нитроцементация, как методы повышения твердости, редко используются для коленчатых валов двигателей сельскохозяйственной и строительной техники.

Литые коленчатые валы в последнее время существенно увеличили свою долю на рынке. Следует отметить, что технология изготовления литого чугунного коленчатого вала далеко не нова. Например, по такой технологии завод "Серп и Молот Дизель", Харьков изготавливал коленчатые валы СМД-18 для двигателей СМД-18Н (ДТ-75 и др.). По мнению некоторых исследователей при отливке коленчатого вала из чугуна с шаровидным графитом (высокопрочные чугуны марки ВЧ) можно создать конструкцию с характеристиками по прочности практически такими же высокими, как у стального кованного вала при одинаковых внешних диаметрах шеек. Следует обратить внимание, что такой результат может быть достигнут только при использовании высокопрочного чугуна, другие виды чугуна не обеспечивают достаточной прочности. Технология изготовления чугунного коленчатого вала имеет несколько преимуществ: существенная экономичность, прекрасная работа чугунного коленчатого вала на трение, хорошая прирабатываемость детали, отсутствие внутренних напряжений в заготовке детали, равномерная твердость коленчатого вала по всему сечению. К недостаткам чугунных коленчатых валов следует отнести несколько меньший межремонтный период, необходимость качественного литейного оборудования, а также то, что в условиях нашего рынка покупателю необходимо контролировать сплав и твердость коленчатого вала при покупке, далеко не все марки удовлетворяют требованиям прочности. Шлифовка чугунного коленчатого вала должна производиться с использованием люнетов. Чугунные коленчатые валы прекрасно зарекомендовали себя для тракторной техники, в особенности при работе в двигателях Д-65, Д-144, Д-240, Д-21. Хороший результат показывают также при использовании в V-образных двигателях ЯМЗ-236, ЯМЗ-238. Вместе с тем, для комбайновой техники (СМД-31, ЯМЗ-238АК), для 12-цилиндровых (ЯМЗ-240), для рядных 6-цилиндровых (СМД-31, А-01М) более оптимальны отечественные валы.

Цены на компьютеры. Объявления Украины и России.
Магазин Коленвал