Способы уплотнения коленчатых валов

Эксплуатация и ремонт
легковых и грузовых автомобилей

Автомобиль МАЗ-5335 Высоцкий М. С, Гилелес Л. X., Херсонский С. Г.

Уплотнение коленчатого вала

Коленчатый вал фиксируют в осевом направлении четырьмя упорными взаимозаменяемыми полукольцами, установленными в выточках блока и крышек задней коренной опоры. Полукольца изготовлены из бронзы ОЦС 5 = 5 = 5, имеют по торцам профрезеро-ванные смазочные канавки; от проворачивания предохраняются двумя штифтами, запрессованными в крышку заднего коренного подшипника, входящими в пазы на полукольцах. Осевой зазор вала составляет 0,121-0,265 мм.

Уплотнение коленчатого вала

Осуществляется резиноармированными самоподвижными сальниками, изготовляющимися из специальной резиновой смеси. Передний сальник запрессован в крышку шестерен распределения, задний — в картер маховика.

Для обеспечения минимального биения маховика торец коленчатого вала должен быть строго перпендикулярен к оси коренных шеек, а кромки всех выходящих отверстий притуплены фасками. При сборке необходимо обращать особое внимание на отсутствие на торце забоин и грязи.

Маховик изготовлен из специального чугуна и крепится к заднему торцу коленчатого вала восемью болтами из легированной стали. Момент затяжки болтов 20 — 22 кгс.м. Для предотвращения самоотворачивания болты стопорятся замковыми пластинами. Каждая пластина устанавливается под головки двух соседних болтов так, чтобы фигурный выступ ее находился против установочных штифтов маховика, запрессованных в торец коленчатого вала.

На переднем торце маховика выполнена специальная полость, обеспечивающая создание направленного дисбаланса. Балансировка маховика производится отдельно от коленчатого вала, поэтому маховики одной модели двигателя взаимозаменяемы. На наружном торце маховика крепится зубчатый венец, входящий в зацепление с приводной шестерней стартера. Венец имеет 115 зубьев (модуль 4,25 мм), центрируется внутренней поверхностью на выступе маховика и крепится 12 болтами. Болты стопорятся специальными шайбами. Для проворачивания коленчатого вала при регулировках двигателя на наружной поверхности маховика имеются 12 радиальных отверстий диаметром 14 мм и метки для установки угла опережения впрыска топлива.

На заднем торце маховика сделаны выточка для фрикционных дисков и направляющие пазы для среднего и нажимного дисков сцепления. Кольцевая поверхность ограничена диаметрами 415 и 215 мм.

Источник

Устройство автомобилей

Уплотнение корпуса двигателя

Главные прокладки и сальники двигателя

Сопрягаемые поверхности между базовыми деталями двигателя необходимо должным образом уплотнить. Особое внимание следует обратить на уплотнение стыка между блок-картером и головкой блока, поскольку эти элементы конструкции подвержены значительным тепловым и механическим нагрузкам, и прорыв газов между головкой блока и блок-картером приведет не только к энергетическим потерям, но и к повреждению основных деталей двигателя.
Разгерметизация сопрягаемых поверхностей головка блока-блок приводит к утечке охлаждающей жидкости в цилиндры и поддон картера, попаданию моторного масла в цилиндры с последующим пригаром и нагаром, коробление головки блока, снижению степени сжатия и, в конечном итоге, к снижению КПД и потере работоспособности двигателя.

Уплотнение корпуса двигателя, необходимое для исключения прорыва газов из рабочей полости цилиндра, а также для предотвращения утечек охлаждающей жидкости и моторного масла выполняется чаще всего в виде специальной прокладки, которую так и называют – прокладка головки блока цилиндров. Прокладка должна исключать появление всех перечисленных выше неисправностей, уплотняя все системные магистрали двигателя, а также должным образом герметизируя камеру сгорания.

Уплотнению при помощи прокладки головки блока подлежат:

• газовые стыки между головкой блока цилиндров, торцом цилиндра и впускным трубопроводом;
• стыки между блоком цилиндра и головкой блока цилиндров в местах сопряжения отверстии для охлаждающей жидкости и масла;
• стыки между «мокрой» гильзой и блок-картером;
• разъемы между блок-картером, головкой блока цилиндров и различными навесными деталями и крышками;
• выходящие из двигателя вращающиеся детали: носок и хвостовик коленчатого вала, валы приводов различных узлов.

Как уже упоминалось выше, наиболее ответственным является уплотнение газового стыка, так как при нарушении герметичности ухудшается работа двигателя, возможен прорыв газов из камеры сгорания, поступление масла в систему охлаждения или охлаждающей жидкости в полость цилиндра.
Поскольку газовый стык является зоной высокого температурного и механического напряжения, прокладки для его уплотнения выполняются из жаростойких и герметизирующих материалов. Такие прокладки должны удовлетворять следующим требованиям:

• выдерживать значительное давление газов и высокие температуры;
• иметь достаточную пластичность для заполнения неровностей на опорных поверхностях головки блока цилиндров и блок-картера;
• иметь необходимую упругость и достаточную прочность.

Прокладки головки блока цилиндров могут быть цельнометаллическими, составными или комбинированными.
В двигателях с высокой степенью сжатия применяются цельнометаллические прокладки из листовой стали, алюминия или меди либо составные прокладки, набранные из нескольких тонких листов.

Стальные цельнометаллические прокладки имеют вокруг отверстий штампованные канавки, которые при сборке деформируются и обеспечивают уплотнение вследствие своей упругости. При ремонте двигателя такие прокладки подлежат обязательной замене на новые, поскольку вторичное их использование не способно обеспечить надежное уплотнение стыка.
В двигателях со средней степенью сжатия используются комбинированные прокладки, выполненные из графитизированного асбестового полотна, армированного снаружи листовой сталью. Контур камеры сгорания окантовывается металлическими полосками, которые при затяжке стыка надежно предохраняют камеру сгорания от разгерметизации.

Надежность уплотнения газового стыка зависит от того, насколько сила сжатия прокладки в зазоре больше силы воздействия газов в цилиндре. Поэтому в месте расположения прокладок выполняют следующее:

• делают утолщение прокладки по контуру цилиндра;
• предусматривают выступ торца цилиндра на 0,05. 0,15 мм над привалочной плоскостью блока цилиндров;
• вдавливают прокладку в фасонный торец гильзы стальным кольцом, расположенным в выточке головки блока цилиндров и выступающим над ее поверхностью;
• устанавливают металлические кольца, зажимаемые между торцом гильзы и головкой блока цилиндров. Каналы охлаждающей жидкости и масляные каналы уплотняются резиновыми кольцами.

Кроме сопряжения блок-головка блока в двигателе подлежат качественному уплотнению и другие соединения деталей КШМ – соединение с впускным и выпускным трубопроводом,блок-картера и поддона, соединение свечей зажигания и форсунок дизельного двигателя с головкой блока, а также различных валов, в т. ч. и коленчатого вала, имеющих выход из блока цилиндров. Все эти сопряжения, как и стык между головкой блока и блоком, безусловно, влияют на работу двигателя, предотвращая потери тепловой энергии в виде прорыва рабочих газов, утечки масла и охлаждающей жидкости из вспомогательных систем двигателя.

Газовый стык между выпускным трубопроводом и головкой блока цилиндров (блок-картером) уплотняется прокладками из графитизированного асбестового картона, армированного стальным перфорированным листом.

Стык картера и поддона, разъемы с крышками и навесными деталями уплотняются прокладками из паронита, картонными или резиновыми прокладками из специальной резиновой смеси. Искровая свеча зажигания в месте ее стыка с головкой блока цилиндров уплотняется металлическими кольцами круглого сечения, а форсунки — кольцами из отожженной меди.

Для предотвращения течи масла в местах выхода из двигателя носка и хвостовика коленчатого вала применяются уплотнительные манжеты или сальники.
Сальники представляют собой волокна или графитизированный асбестовый шнур, которые закладываются в кольцевую канавку корпуса вокруг вращающегося вала. Отверстие становится меньше, благодаря чему и уплотняется зазор.
Для надежности уплотнения на поверхности вала под сальником выполняют многозаходную неглубокую накатку, по которой масло, попавшее в зазор уплотнения, возвращается в картер.

Кроме того, перед сальником на хвостовике вала выполняется маслоотражательный гребень. При отсутствии накатки кроме гребня может применяться маслосгонная резьба. Передние концы коленчатых валов, а также их хвостовики в случае безфланцевого крепления маховика обычно уплотняются уплотнительными манжетами.
Радиальное давление кромки уплотнительной манжеты и ее постоянный контакт с валом обеспечивается спиральной браслетной пружиной. Носок коленчатого вала обычно имеет маслоотражатель.

Уплотнительные манжеты применяются для уплотнения и других вращающихся валов, выходящих из корпуса двигателя.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Уплотнение — коленчатый вал

Уплотнение коленчатого вала предохраняет полость генератора от попадания в нее масла из рамы дизеля. Достигается это следующим образом. Во время работы дизеля вращается якорь тягового генератора, а вместе с ним и вентилятор охлаждения, который к нему прикреплен. Вентилятор создает разрежение перед окном д и засасывает воздух из атмосферы. Воздух через трубки, концы которых ввернуты с двух сторон в уплотнительный кожух, и каналы в кожухе поступает в каналы уплотняющего лабиринта генератора. Воздух, поступающий в лабиринты, имеет атмосферное давление, а давление воздуха в картере значительно ниже атмосферного. Таким образом, масло, подойдя к лабиринтному уплотнению, отбрасывается воздухом обратно в раму. Рама крепится к настильному листу рамы тепловоза шпильками. [1]

Уплотнение коленчатого вала осуществляется самоподжимным сальником, запрессованным в картер маховика, и маслоотражателем. [2]

Служат для уплотнения коленчатого вала или штока в месте выхода его из цилиндра. [3]

При появлении течи через уплотнения коленчатого вала нужно заменить передний и задний сальники. [5]

Сальники ( рис. 24) служат для — уплотнения коленчатого вала или штока в месте выхода его из цилиндра. [6]

Актуальной является проблема совместимости моторных масел с материалами уплотнений, в особенности эластомерных материалов уплотнений коленчатого вала . Нарушение уплотнения может приводить к значительным потерям масла из-за утечек. Для удовлетворения требований к эксплуатационным свойствам масел в их состав вводят синтетические компоненты ( эфиры, синтетические углеводороды) и присадки, содержащие активные аминные группы или образующие соединения с такими группами в процессе старения масла. Указанные компоненты и присадки отрицательно влияют на совместимость масел с деталями уплотнений, выполненными из резины, в особенности на основе фтор-каучуков. [7]

Поверхность 5 служит для крепления опорной плиты насосов, а поверхность 16 — корпуса уплотнения коленчатого вала . Масло в поддон 23 заливают через горловину 12 с фильтрующей сеткой и крышкой. Для слива масла из поддона в дне его имеется труба. [8]

При конструировании двигателя следует обращать внимание на то, чтобы при любом наклонном положении двигателя уровень масла в картере не доходил до уплотнений коленчатого вала . [9]

При осмотре соединений двигателя не должно быть следов подтекания воды или масла по плоскости соединения головки с блоков цилиндров, а также явно выраженного подтекания масла в местах присоединения поддона картера двигателя и через уплотнения коленчатого вала . Не допускается подтекание масла по плоскости соединения масляного насоса или подтекание воды у водяного насоса, а также прорыв газов через прокладки свечей или наличие следов копоти на их изоляторах. Герметичность топливного насоса и карбюратора проверяют на специальном приборе, предназначенном для проверки топливных насосов и карбюратора в сборе. [10]

В современных карбюраторных двигателях разрежение во впускном тракте доходит до 500 мм рт. ст., а из-за принудительной вентиляции разрежение в картере достигает 20 мм рт. ст. Поэтому необходима тщательная герметизация картера и впускного тракта за счет качественного уплотнения коленчатого вала , маслоизмерительного стержня и других соединений. Так как при использовании принудительной вентиляции количество поступившего воздуха в картер из атмосферы через сапун достигает нескольких кубических метров в час, необходимо применение высокоэффективных фильтров на сапуне, как, например, бумажных, имеющих широкое распространение в зарубежных двигателях. [12]

В современных карбюраторных двигателях разрежение во впускном тракте доходит до 500 мм рт. ст., а из-за принудительной вентиляции разрежение в картере достигает 20 мм рт. ст. Поэтому необходима тщательная герметизация картера и впускного тракта за счет качественного уплотнения коленчатого вала , маслоизмерительного стержня и других соединений. Так как при использовании принудительной вентиляции количество поступившего воздуха в картер из атмосферы через сапун достигает нескольких кубических метров в час, необходимо применение высокоэффективных фильтров на сапуне, как, например, бумажных, имеющих широкое распространение в зарубежных двигателях. [14]

Повышенный расход масла ( угар) и дымный выпуск наблюдаются при износе и поломке поршневых колец, потере ими упругости, износе канавок для поршневых колец, износе и повреждении гильз цилиндров, подсосе масла через зазоры между стержнями клапанов и направляющими втулками, нарушении уплотнений коленчатого вала и неисправности системы вентиляции картера. Дымность выпуска в основном зависит от неисправностей топливной аппаратуры. [15]

Источник

Уплотнение вала. Контактные и бесконтактные уплотнения

В современных машинах и оборудовании, совершающих механическую работу, связанную с вращением механизмов, необходимо обеспечение герметичности рабочей полости и проходящего через неё вращающегося вала. Для этого применяются различные по конструкции и характеристикам уплотнительные устройства. Эти уплотнения также могут служить для сохранения смазки и предотвращения возможного попадания инородных частиц извне, которые способны повредить оборудование и привести к преждевременному его отказу.

Условия применения уплотнений могут значительно отличаться друг от друга, поэтому конструкции этих герметизирующих узлов совершенствовались с целью соответствия определенным параметрам эксплуатации.

Если в некоторых случаях применения уплотнений допускается небольшая утечка, то для других вариантов это может быть не позволительно. По мере всё большего ужесточения параметров рабочей среды и требований, предъявляемых к надежности, сроку службы и герметичности оборудования с вращающимся валом, происходило усложнение конструкций уплотнений и их неизбежное удорожание. Уплотнения валов могут быть разделены на две группы: контактные и бесконтактные.

Контактные уплотнения

Манжетное (радиальное) уплотнение

Манжетное уплотнение (манжета или радиальное уплотнение) в основном применяется для сохранения смазки и исключения загрязнения полости и элементов машин и оборудования извне. Такое уплотнительное устройство способно работать в температурном диапазоне от -40 до 200 градусов по Цельсию при невысоких перепадах давления. Неоспоримым преимуществом манжет является их низкая цена, малые габариты и простота установки. Из-за особенностей конструкции манжетные радиальные уплотнения имеют ограничения применимости по давлению и скорости скольжения, вследствие трения они постепенно изнашиваются сами и шаржируют поверхность вала в зоне контакта, образуя на нём местный круговой износ. Манжетные уплотнения вала применяются для насосов с небольшими скоростями вращения вала при избыточном давлении до 0,5 атмосфер.

Сальниковое уплотнение

Сальниковое уплотнение (сальник или сальниковая набивка) из-за специфичности конструкции, способа установки и принципа работы, не предназначено для обеспечения высокой степени герметичности. Сальниковая набивка устанавливается таким образом, чтобы минимальная утечка жидкости обеспечивала необходимую смазку и отвод тепла из зоны контакта. Уплотнение этого типа применялось в устаревших насосах, требует периодического обслуживания. В последние десятилетия сальник неизбежно уступает свои позиции торцевому уплотнению.

Торцевое (механическое) уплотнение

Торцевое (механическое) уплотнение является прецизионным узлом, предотвращает утечку и применяется для условий, в которых недопустимо использование манжетных и сальниковых уплотнительных устройств. Эти уплотнения, как правило, имеют продолжительный срок службы практически без износа поверхности вала и не нуждаются в периодическом обслуживании.

Высокие требования к шероховатости поверхности вала, отклонению его размеров и допусков формы и расположения сопряженных поверхностей, имеют существенное значение в обеспечении высокой герметичности и надежной работы оборудования. Многочисленные технические решения торцевых уплотнений валов предназначены для применения в разных жидкостях, с давлениями, доходящими до 200 атмосфер, с частотой вращения до 50000 оборотов в минуту, и в диапазоне температур от -250 до 500 градусов Цельсия. Этот тип контактного уплотнения часто применяется в современных насосах, мешалках, гомогенизаторах, ротационных соединениях и другом оборудовании, когда утечка рабочей среды не допускается, либо допустима её крайне малая величина.

Бесконтактные (динамические) уплотнения

Щелевое уплотнение

Простое щелевое уплотнение представляет собой втулку, закрепленную в корпусе, через которую проходит вращающийся вал, между валом и втулкой имеется малый радиальный зазор. В зависимости от формы уплотнительной поверхности различают торцевые и радиальные (осевые) щели. Величина утечки зависит от физических параметров рабочей среды, пропорциональна перепаду давления, длине канала и уплотняемому периметру, и имеет кубическую зависимость от высоты радиального зазора.

Щелевое уплотнение с плавающей втулкой может отслеживать вращение вала и имеет меньший радиальный зазор, чем уплотнение с фиксированной втулкой. Гидравлически разгруженное щелевое уплотнение исключает или уменьшает усилие упругого элемента (пружины) и сохраняет преимущества уплотнения с плавающей втулкой. Щелевые уплотнения с гладкими поверхностями могут работать при перепадах давлений до 100 МПа и предельно высоких скоростях скольжения. Для повышения гидравлического сопротивления щелевого уплотнения на его уплотнительных поверхностях выполняют кольцевые канавки разнообразных форм. В современных насосах с картриджными торцевыми уплотнениями в качестве вспомогательного герметизирующего узла достаточно часто применяются простые щелевые уплотнения вала.

Лабиринтное уплотнение

Лабиринтное уплотнение представляет собой щелевое уплотнение, содержащее специальные канавки, которые резко изменяют проходное сечение канала. Этот тип уплотнения эффективен при высоких числах Рейнольдса (Re >> 500), когда потери давления превышают потери на трение в щелях, не требует смазки или периодического обслуживания. В случае возникновения износа или повреждения уплотнительного устройства величина утечки возрастает. Лабиринтные уплотнения широко применяются в осевых и центробежных компрессорах, турбодетандорах, паровых турбинах и других турбомашинах.

Винтовое уплотнение

Бесконтактное винтовое уплотнение имеет специальные пазы или винтовую резьбу, выполненные на поверхности вала и(или) в корпусе. Вязкость жидкости в зазоре между валом и корпусом обеспечивает уплотняющий эффект при одностороннем вращении вала. Конструкция уплотнения с винтовой многозаходной резьбой как на валу, так и противоположная по направлению вращения на втулке корпуса, демонстрирует большую эффективность при высоких скоростях вращения вала. Уплотнительное устройство такого типа способно эффективно работать не ниже определенной минимальной окружной скорости, при её понижении должны применяться дополнительные вторичные контактные уплотнения. Уплотнения такой конструкции находят применение в специальных насосах и другом оборудовании, работающих в особых условиях эксплуатации.

Магнитожидкостное уплотнение

Магнитножидкостное уплотнение использует коллоидную суспензию магнитных частиц (например, окиси железа), расположенную между вращающимся валом и корпусом, удерживаемую магнитным полем постоянных магнитов, для создания уплотнительного эффекта по принципу гидравлического затвора. Конструкция такого узла обладает незначительным износом (трением), малочувствительна к осевому перемещению вала. Магнитожидкостные уплотнения можно использовать на скоростях до 120000 оборотов в минуту, при температурах до +200 градусов Цельсия, и давлениях до 0,4 бар на ступень, в основном для газов и защиты от попадания твердых частиц пыли и влаги.

Источник