Как подобрать оптимальные размеры шеек коленвалов
Шейки коленвалов – важнейшие детали двигателя, от их размеров напрямую зависит работоспособность мотора. Что нужно знать, чтобы правильно подобрать размеры шеек для конкретного автомобиля? Давайте разберемся.
Типы шеек коленвалов и их назначение
Коленвал – это основная деталь двигателя внутреннего сгорания, которая преобразует возвратно-поступательные движения поршней во вращательное движение коленчатого вала. На коленвале выделяют два основных типа шеек:
- Коренные шейки
- Шатунные шейки
Коренные шейки коленвала воспринимают осевые и радиальные нагрузки от массы движущихся деталей двигателя. Они являются опорами, на которые устанавливаются коренные подшипники скольжения или качения.
Шатунные шейки коленвала соединяются со шатунами и передают усилие от поршней на коленчатый вал. Количество шатунных шеек зависит от конструкции двигателя:
- На рядных двигателях количество шатунных шеек равно количеству цилиндров
- На V-образных двигателях количество шатунных шеек в 2 раза меньше количества цилиндров, так как каждая шейка соединяется сразу с двумя шатунами
Для изготовления шеек коленвалов чаще всего используются конструкционные и легированные стали, реже – высокопрочные чугуны. Наиболее распространены стали марок 45, 40ХНМА, 50Г2 для шатунных шеек и 45Х, 50Г, 40ХНМА для коренных.
Опорные поверхности коренных шеек коленвала являются его основными базами. Однако в некоторых случаях в качестве технологических баз используют поверхности центровых отверстий.
Чтобы определить, какие шейки необходимы для конкретного двигателя, следует:
- Определить тип двигателя (рядный, V-образный)
- Посчитать количество цилиндров
- Рассчитать требуемое количество коренных и шатунных шеек
- Подобрать материал шеек исходя из нагрузок на двигатель
Эта информация позволит правильно подобрать шейки, которые обеспечат надежную работу двигателя.
Стандартные размеры шеек коленвалов
Стандартные размеры шеек коленвалов варьируются в широком диапазоне от 39,484 мм до 70,920 мм. Конкретные значения зависят от типа и мощности двигателя. Рассмотрим типовые размеры на примере некоторых распространенных моделей:
| Автомобиль | Двигатель | Диаметр коренной шейки, мм | Диаметр шатунной шейки, мм |
| ВАЗ-2106 | ВАЗ-2106 | 52,60 | 44,28 |
| ВАЗ-2107 | ВАЗ-2107 | 55,50 | 48,28 |
| ЗАЗ Sens | MeMZ-307 | 51,48 | 43,98 |
Как видно из примеров, с увеличением объема и мощности двигателя размеры шеек также увеличиваются. Это связано с возрастающими нагрузками на деталь.
Спортивные модификации коленвалов могут иметь шейки уменьшенного размера. Например, на широко распространенных коленвалах с диаметром шатунных шеек 47,8 мм в спортивном варианте этот параметр может быть уменьшен до 43 мм.
Чтобы определить размер шеек на имеющемся коленвале, необходимо:
- Очистить поверхность шеек от отложений
- При помощи микрометра выполнить замеры диаметров коренных и шатунных шеек в 3-4 точках по окружности
- Рассчитать среднее значение для каждой шейки
Полученные размеры позволят подобрать необходимые подшипники и убедиться, что параметры шеек соответствуют нормативам для данного двигателя.
Рекомендуемый зазор в подшипниках скольжения для шеек диаметром 50 мм составляет 0,039-0,072 мм. При меньших зазорах возможен перегрев, а при больших – падение давления масла.
Примеры стандартных размеров шеек для различных двигателей
Для наглядности приведем еще несколько примеров стандартных размеров шеек коленвалов различных двигателей:
| Двигатель | Диаметр коренной шейки, мм | Диаметр шатунной шейки, мм |
| ВАЗ-21126 | 55,970 | 48,970 |
| ВАЗ-21124 | 61,970 | 53,970 |
| ЗМЗ-4063 | 63,950 | 55,950 |
| Cummins ISBe5 300 | 85,725 | 68,254 |
Как видно, чем больше рабочий объем и мощность двигателя, тем, как правило, увеличиваются размеры шеек коленвала.
Допустимые отклонения размеров шеек
Помимо номинальных размеров, для шеек коленвалов устанавливаются допустимые отклонения от номинала. Это связано с неизбежными погрешностями при изготовлении деталей.
Величина допуска обычно составляет от нескольких микрон до долей миллиметра. Например, для шатунной шейки диаметром 50 мм допуск может быть +0,02/-0,01 мм.
При контроле готовых коленвалов замеренные размеры шеек должны находиться в пределах номинального значения с учетом допуска. В противном случае коленвал бракуется.
Материалы шеек и их влияние на размеры
Помимо габаритов двигателя, на размеры шеек коленвала влияет также материал, из которого они изготовлены. Распространенные материалы:
- Конструкционные углеродистые стали (например, сталь 45)
- Легированные хромомолибденовые стали (40ХНМА, 40Х)
- Специальные высокопрочные чугуны (ВЧ50, ВЧ60)
Более прочные материалы позволяют изготавливать коленвалы с меньшими размерами шеек без потери надежности. Например, применение 40ХНМА вместо стали 45 для шатунных шеек позволяет уменьшить их диаметр на 1-2 мм без ухудшения прочности.
Влияние износа шеек на их размеры
В процессе эксплуатации под действием трения и нагрузок происходит постепенный износ рабочих поверхностей шеек коленвала.
С увеличением износа размеры шеек уменьшаются, что приводит к следующим проблемам:
- Увеличение зазора в подшипниках
- Падение давления смазки
- Повышенные шум и вибрация
Поэтому в процессе эксплуатации необходимо периодически проверять фактический износ шеек и при достижении предельных значений производить замену коленвала.