Коленчатый вал дизеля 2Д100 тепловоза ТЭ3

6. Коленчатые валы, их подшипники и антивибратор дизеля 2Д100 тепловоза ТЭ3

Коленчатый вал дизеля 2Д100 тепловоза ТЭ3

Вал совместно с Шатунами превращает возвратно-поступательное движение поршней двигателя во вращательное движение. От него получают вращение все механизмы, потребляющие мощность дизеля, а также вал якоря тягового генератора. Коленчатый вал—наиболее ответственная и сложная деталь, которая определяет надежность всего двигателя. При работе двигателя коленчатый вал нагружается периодически изменяющимися силами от давления газов, моментов сил инерции поступательно-движущихся и вращающихся масс. В элементах вала возникают напряжения кручения, изгиба, растяжения и сжатия. Материал вала работает на усталость. Размеры элементов коленчатого вала (длина вала, длина коренных и шатунных шеек, размер между осями) определяют жесткость вала. Деформация коленчатого вала тем меньше, чем больше диаметр его шеек (чем больше «перекрытие» коренной и шатунной шеек) и чем меньше расстояние между осями соседних цилиндров,
или, короче говоря, деформация тем меньше, чем больше жесткость вала.

Таким образом, можно сформулировать некоторые требования, предъявляемые к валу:

минимальная деформация при минимальной массе коленчатого вала и максимальной его жесткости;

жесткость вала и опоры подшипника при работе должна обеспечивать распределение удельных нагрузок на подшипник в виде гиперболической кривой;

расположение кривошипов должно обеспечивать равномерность вращающего момента, наибольшую уравновешенность двигателя при минимальной длине коленчатого вала. Следует помнить, что конструктивные формы элементов вала зависят от выбора материала и технологичности его изготовления. Поверхностная твердость шеек должна соответствовать выбранному материалу вкладышей подшипников;

повышать усталостную прочность, применяя увеличенный радиус галтели (радиус перехода от шейки вала к щеке) и упрочняющую накатку радиуса галтели (наклеп поверхности радиуса). Чрезмерное увеличение радиусов галтелей невыгодно, так как при этом уменьшается длина рабочей части шейки и возрастают удельные нагрузки на подшипник. Для повышения усталостной прочности и поверхностной твердости применяют азотирование шеек коленчатого вала, которое увеличивает его усталостную прочность на 30%. У азотированного вала с накаткой галтелей повышается усталостная прочность на 70% (азотированный слой металла галтели должен быть срезан до накатки).

Коленчатые валы paзличаются числом колен, углом между ними и порядком работы цилиндров. Число колен вала зависит от числа цилиндров у рядных двигателей и от пар цилиндров—у V-образных. Угол между коленами вала выбирают из условия необходимости обеспечения наиболее равномерного вращения вала двигателя. Угол между рядом расположенными кривошипами определяется тактностью и числом цилиндров и равен

градусам поворота вала за весь цикл (для двухтактного цикла —360°, для четырехтактного —720°), разделенному на число цилиндров. На прочность коленчатого вала оказывает влияние «перекрытие» коренной и шатунной шеек. Если сумма размеров радиусов коренной и шатунной шеек больше радиуса кривошипа, значит, шейки заходят одна за другую. При этом повышается прочность коленчатого вала, так как увеличивается площадь сечения щеки в опасном месте и вместе с этим возрастает жесткость вала.

Дизель 2Д100 является двигателем с противоположно движущимися поршнями, поэтому он имеет два коленчатых вала: верхний и нижний. Коленчатые валы отлиты из модифицированного магнием высокопрочного чугуна (в. п. ч.). Литые коленчатые валы имеют низкую металлоемкость и трудоемкость. Нижний коленчатый вал дизеля 2Д100 полностью унифицирован с коленчатым валом двигателя 10Д100, верхний отличается концевой частью, связанной с приводом воздуходувки. Для дизеля 2Д100 — это шестеренный привод воздуходувки типа Рут, для дизеля 10Д 100—это привод центробежного нагнетателя II ступени через торсионный вал, входящий своим шлицевым концом в стальной фланец, закрепленный на торце коленчатого вала.

Коренные и шатунные шейки бывают одной длины, при этом диаметр коренной шейки больше шатунной, что имеет важное значение для снижения давления на вкладыш коренной опоры. Как верхний, так и нижний коленчатые валы имеют упорные подшипники для предохранения их от осевых перемещений.

Благодаря тому что коленчатые валы дизеля 2Д100 литые с внутренними полостями, их шейки имеют конфигурацию, усиливающую валы в опасных сечениях. В местах выхода отверстий для масла выполнены утолщения в виде бобышек, что компенсирует концентрацию напряжений. Особо большое значение для коленчатого вала имеет сопротивление усталости при изгибе и кручении, демпфирующие

свойства; чувствительность к резким переходам формы, подрезам. Положительным фактором является то, что чугунные валы менее чувствительны (в отношении прочности) к качеству поверхностной обработки (риски и др.).

Дизели 2Д100 имеют 10-кривошип-ный коленчатый вал с порядком работы: 1—6—10—2—4—9—5—3—7—8 и следующими углами между кривошипами:

В блоке дизеля коленчатый вал покоится на вкладышах из бронзы, залитой баббитом марки БК-2. Для свободного вращения шеек коренных опор в подшипнике и создания слоя смазки необходимой толщины между трущимися поверхностями во вкладышах подшипников устанавливают зазоры определенного размера (это очень важно при многоопорном вале). У дизеля 2Д100 зазор, замеренный щупом по коренным подшипникам в вертикальной плоскости между шейкой вала и нерабочей половиной вкладыша, должен быть для нижнего вала 0,15— 0,23 мм, для верхнего—0,15—0,23 мм.

Через отверстия в бугеле для нижнего и в крышке для верхнего валов и далее в кольцевые канавки в коренных вкладышах масло поступает из масляного коллектора на смазку коренных шеек и по каналам в щеках и в шатунах на охлаждение поршней. Отверстие в 12-й коренной шейке верхнего вала соединено со шпоночной канавкой в хвостовике вала под посадку шестерни привода воздуходувки и служит для прохода масла вовнутрь ступицы привода воздуходувки. Отверстие под масло в 1-й коренной шейке нижнего вала соединено со шпоночной канавкой переднего хвостовика вала под посадку антивибратора и служит для прохода масла в ступицу антивибратора и эластичного привода насосов.

Коренные и шатунные шейки обрабатывают с высокой точностью, а галтели (поверхности перехода шеек в щеку) накатывают роликами, как упоминалось выше; на этих поверхностях никакие дефекты не допускаются. Коленчатые валы подвергаются динамической балансировке, при этом дисбаланс не более 0,1 Н-м. Гарантия хорошей работы коленчатых валов во вкладышах коренных опор— выполнение высоких требований, предъявляемых к блоку цилиндров по соосности расточек под вкладыши коренных опор.

содержание .. 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 ..