Arborele cotit - o parte (sau un ansamblu de piese în cazul unui arbore compozit ) de formă complexă, având gâturi pentru atașarea bielelor , de la care percepe forțele și le transformă în cuplu . O parte integrantă a mecanismului manivelei (KShM).
Ele sunt determinate ca rezultat al calculelor, iar unele dintre dimensiuni sunt stabilite pe baza aspectului selectat. De exemplu, numărul de pivot de biele este determinat în funcție de numărul de cilindri . La motoarele cu mai multe rânduri ( în formă de V , W , X , în formă de stea), un gât de bielă percepe sarcinile mai multor biele deodată (sau una centrală conectată la cele remorcate). Arborele cotit percepe un cuplu având o valoare variabilă și, prin urmare, lucrează la răsucire și trebuie să aibă o marjă de siguranță suficientă pentru solicitarea la oboseală la forfecare. Rezistența arborelui cotit depinde de alinierea lagărelor acestuia, deplasarea provoacă o creștere semnificativă cu posibilitatea distrugerii de-a lungul obrajilor [1] .
Arborii din oțel (cel mai adesea) au o amortizare internă scăzută a vibrațiilor de torsiune, ceea ce în unele cazuri amenință arborele cu distrugerea din cauza rezonanței la trecerea prin zona de pericol din punct de vedere al vitezei. Prin urmare, astfel de arbori sunt furnizați cu amortizoare de vibrații de torsiune situate pe vârful frontal al arborelui [1] .
În plus față de rezistența la oboseală , arborii cotit trebuie să aibă o anumită zonă a fustei care stabilește presiunea de contact a rulmenților simpli sau de rulare. Presiunea maximă de contact și viteza de alunecare pentru materialele anti-fricțiune pot fi ușor crescute cu duritate mare a jurnalului și lubrifiere de înaltă calitate. Depășirea acestora peste cele admise duce la topirea/crăparea stratului antifricțiune sau la stropirea rolelor (lagărele) [1] .
Diametrul fuselor de biele (pe baza considerațiilor de mai sus) poate fi mărit printr-un conector oblic de biele (ceea ce îi crește complexitatea și costul), în timp ce lungimea poate fi mărită fie datorită coloanelor principale (care mărește presiunea de contact). ), fie prin creșterea distanței dintre cilindri (ceea ce duce la creșterea dimensiunilor și greutății motorului). În ultimele decenii, datorită apariției noilor aliaje antifricțiune de înaltă rezistență și uleiuri de înaltă calitate, lungimea fustelor arborelui (și odată cu ea distanța dintre cilindri) a fost redusă de proiectanți [1] .
Materialul și tehnologia de fabricație sunt adesea strâns legate. În acest caz, arborii din oțel (pentru a obține cea mai mare rezistență și duritate) sunt obținuți prin forjare , fontă (materialul nu poate fi forjat) - prin turnare .
Arborii cotiți sunt fabricați din carbon, crom-mangan, crom-nichel-molibden și alte oțeluri, precum și din fonte speciale de înaltă rezistență. Clasele de oțel 45, 45X , 45G2, 50G sunt cele mai utilizate pe scară largă, iar pentru arborii cotiți cu încărcare mare a motoarelor diesel - 40HNMA, 18HNVA etc. [2] . Avantajul arborilor din oțel este rezistența cea mai mare, posibilitatea de a obține gâturi de duritate mare prin nitrurare , arborii din fontă sunt mai ieftini [1] .
Alegerea oțelului este determinată de duritatea suprafeței gâturilor ce urmează a fi obținute. O duritate de aproximativ 60 HRC (necesară pentru utilizarea rulmenților cu role) poate fi obținută de obicei numai prin tratament chimico-termic ( cementare , nitrurare, cianurare ). În aceste scopuri, de regulă, oțelurile cu conținut scăzut de carbon crom-nichel sau crom-nichel-molibden (12XH3A, 18XHNVA, 20XHNMA) sunt potrivite, iar pentru arbori de dimensiuni medii și mari, este necesară o mai mare aliaje cu molibden scump . recent, s-au folosit pentru aceasta oțeluri ieftine cu călibilitate reglementată, care permit obținerea unei durități mari menținând în același timp vâscozitatea miezului. Duritate mai mică, suficientă pentru funcționarea fiabilă a lagărelor lipite, poate fi obținută prin călirea HFC ca oțeluri cu carbon mediu și fontă gri sau de mare rezistență (45..55 HRC) [1] .
Semifabricate de arbori cotiți din oțel de dimensiuni medii în producție la scară mare și în masă sunt realizate prin forjare în matrițe închise pe ciocane sau prese , în timp ce procesul de obținere a semifabricatului trece prin mai multe operații. După forjarea preliminară și finală a arborelui cotit în matrițe, fulgerul este tăiat pe o presă de tăiere și îndreptat la cald într-o matriță sub ciocan. .
Datorită cerințelor ridicate de rezistență mecanică a arborelui, amplasarea fibrelor materialului la primirea piesei de prelucrat este de mare importanță pentru a evita tăierea acestora în timpul prelucrării ulterioare. Pentru aceasta, se folosesc ștampile cu fluxuri speciale de îndoire. După ștanțare înainte de prelucrare, semifabricatele arborelui sunt supuse unui tratament termic - normalizare - și apoi detartrajului prin decapare sau sablare. .
Arborii cotiți mari, cum ar fi arborii cotiți marini, precum și arborii cotit ai motorului cu carter tunel, sunt demontabile și prinse împreună. Arborii cotiți pot fi instalați nu numai pe lagăre de alunecare, ci și pe rolă (biela și principal), bile (indigene la motoarele de putere mică). În aceste cazuri, atât precizia de fabricație, cât și duritatea sunt supuse unor cerințe mai ridicate. Prin urmare, astfel de arbori sunt întotdeauna fabricați din oțel .
Arborii cotiți turnați sunt de obicei fabricați din fontă ductilă modificată cu magneziu . Arborii de precizie - turnați (în matrițe de coajă) au o serie de avantaje față de arborii „forjați”, inclusiv o rată mare de utilizare a metalului și o amortizare bună a vibrațiilor de torsiune, ceea ce face adesea posibilă abandonarea unui amortizor extern pe vârful arborelui din față. În semifabricatele turnate se pot obține și un număr de cavități interne în timpul turnării [3] .
Alocația pentru prelucrarea gâturilor arborilor din fontă nu este mai mare de 2,5 mm pe latură, cu abateri în 5-7 clase de precizie . Fluctuația mai mică a cotei și dezechilibrul inițial mai mic afectează în mod favorabil funcționarea sculei și a „echipamentului”, în special în producția automată .
Arborii sunt îndreptați după normalizare în stare fierbinte într-o matriță pe o presă după ce piesa de prelucrat este scoasă din cuptor fără încălzire suplimentară.
Găurile de ulei din arborii cotit conectează de obicei coloane principale și biele adiacente și sunt găurite. În același timp, găurile din obraji sunt bătute sau închise cu dopuri pe fir .
Complexitatea formei structurale a arborelui cotit, lipsa sa de rigiditate, cerințele ridicate pentru precizia suprafețelor prelucrate provoacă cerințe speciale pentru alegerea metodelor de localizare, fixare și prelucrare a arborelui, precum și succesiunea, combinația de operații și alegerea echipamentului. Bazele principale ale arborelui cotit sunt suprafețele de reazem ale suporturilor principale. Cu toate acestea, nu toate operațiunile de prelucrare le pot folosi ca pe cele tehnologice. Prin urmare, în unele cazuri, suprafețele găurilor centrale sunt alese ca baze tehnologice. Datorită rigidității relativ scăzute a arborelui într-un număr de operațiuni, la prelucrarea lui în centre, suprafețele exterioare ale gâturilor pretratate sunt folosite ca baze tehnologice suplimentare.
La prelucrarea fustelor de biele, care, în conformitate cu cerințele specificațiilor tehnice, trebuie să aibă coordonarea unghiulară necesară, baza tehnologică de susținere o constituie platforme special frezate pe obraji [4] . După fabricație, arborii cotiți sunt de obicei supuși unui ansamblu de echilibrare dinamică cu un volant (motoare de automobile).
În cele mai multe cazuri, arborii cotiți oferă posibilitatea de a le slefui la o dimensiune de reparație (de obicei 4-6 dimensiuni, anterior până la 8). În acest caz, arborii cotiți sunt șlefuit cu o roată de smirghel rotativă, iar arborele se rotește în jurul axelor de bază. Bineînțeles, aceste osii pentru mașina principală și biela nu se potrivesc, ceea ce necesită o rearanjare. La șlefuire, este necesar să se respecte starea de la centru la centru și, conform instrucțiunilor, arborii după șlefuire sunt supuși echilibrării dinamice repetate. Cel mai adesea acest lucru nu se face, deoarece motoarele recondiționate dau adesea multe vibrații . Când măcinați, este important să respectați forma fileurilor și în niciun caz să nu le ardeți. Prelucrarea incorectă a fileurilor duce adesea la distrugerea arborelui cotit .
Pentru a crește rezistența și rezistența la uzură a jurnalelor, arborii cotit sunt supuși unor tratamente termice și uneori chimico-termice : călirea HDTV, nitrurare , călirea stratului de suprafață (oțeluri cu călibilitate reglată 55PP, 60PP). Duritatea rezultată depinde de cantitatea de carbon (întărire cu HFC, de obicei nu mai mult de 50..55 HRC), sau de tipul de tratament chimic (nitrurarea dă o duritate de 60 HRC și mai mare) [2] . Adâncimea stratului întărit al gâturilor permite de obicei utilizarea a 4-6 dimensiuni intermediare de reparare a gâturilor arborelui, arborii nitrurati nu sunt șlefuit. Probabilitatea de zgârieturi a gâtului scade semnificativ odată cu creșterea durității.
La repararea arborilor cotit, se folosesc și metode de pulverizare , inclusiv pulverizarea cu plasmă. În același timp, duritatea stratului de suprafață poate crește chiar și peste valorile din fabrică (pentru întărirea HDTV ), iar diametrele din fabrică ale gâturilor sunt restaurate la dimensiunea zero. .
În timpul funcționării, din diverse motive, pot fi observate următoarele defecțiuni:
Distrugerea arborelui are loc din fisuri de oboseală [5] , care apar uneori din cauza arderii fileurilor în timpul măcinarii. Crăpăturile se dezvoltă în materiale de calitate scăzută (linii de păr, incluziuni nemetalice, flocuri, fragilitate temperatură) sau atunci când valorile calculate ale vibrațiilor de torsiune sunt depășite ( erori de proiectare , autoforțare în funcție de turația motorului diesel). Deteriorarea este posibilă din cauza vitezei excesive, defectării amortizorului, blocării pistonului [6] . Un arbore rupt nu poate fi reparat. Atunci când suprafețele de scaun sunt uzate, se pot utiliza tratament electrochimic, suprafață cu plasmă sau arc electric, precum și alte soluții.