Материал для распределительного вала автомобиля

IV.Материалы для изготовления распределительного вала

Распределительные валы изготавливаются либо из малоуглеродистых сталей (15Х,20Х,15Н2М,12ХНЗА) и среднеуглеродистых сталей(40,45,45Х), либо из высокопрочных чугунов.

Таблица 1.Характеристика сталей.

Марка стали	20Х	12ХНЗА	45Х
Классификация	низкоуглеродистая качественная конструкционная легированная	низкоуглеродистая высококачественная конструкционная легированная хромоникелевая	Среднеуглеродистая качественная конструкционная нелегированная	Среднеуглеродистая качественная конструкционная легированная
Сечение(мм)	28-50
Термообработка	Цементация(920-950 на воздухе); Закалка(800 в масле); Отпуск(190 на воздухе);	Цементация(880-900) Закалка(860 масло) Отпуск(600 на воздухе)	Закалка (860 0 С, масло) Отпуск (500 0 С, вода или масло)	Закалка(860 0 С, масло) Отпуск(520 0 С, вода или масло)
Условный предел текучести; ϭ0,2 (МПа)	Не менее 390	Не менее 240	Не менее 780
Предел прочности при растяжении; ϭв (МПа)	Не менее 640	Не менее 260	Не менее 980
Технологические свойства	Температура ковки, начала 1260°С, конца 750°С Заготовки сечением до 200 мм охлаждаются на воздухе, 201-700°С подвергаются низкотемпературному отжигу.	Начала 1220, конца 800. Сечения до 100 мм охлаждаются на воздухе, 101-300 мм — в яме.	начало 1250, конца 800. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.	начало 1250, конца 780. Сечения до 100 мм охлаждаются на воздухе.
Относительное удлинение при разрыве; δs(%)	Не менее 13
Относительное сужение; ψ(%)	Не менее 40
Способы сварки	ручная дуговая сварка, контактно-точечная;	Ручная дуговая сварка, аргонодуговая сварка под флюсом.	Ручная дуговая сварка, электрошлаковая сварка	Ручная дуговая сварка, Контактно-точечная сварка

Таблица 2. Химический состав стали.

Марка стали	Углерод (С)	Кремний (Si)	Марганец (Mn)	Никель (Ni)	Сера (S)	Фосфор (P)	Хром (Cr)	Медь (Cu)
20Х	0,2	0,17-0,37	0,5-0,8	0,3	0,035	0,035	0,8-1,1	0,3
12ХНЗА	0,12	0,17-0,37	0,3-0,6	2,7-3,1	0,025	0,025	0,6-0,9	0,3
0,4	0,17-0,37	0,5-0,8	0,3	0,035	0,035	0,8-1,1	0,3
45Х	0,45	0,17-0,37	0,5-0,8	0,3	0,035	0,035	0,8-1,1	0,3

Заготовку распределительного вала получают ковкой в штампах с последующей механической обработкой опорных шеек и кулачков по копиру. Цикл термохимической обработки — цементация для малоуглеродистых сталей, поверхностная закалка ТВЧ для среднеуглеродистых сталей на глубину 2…6 мм, до твердости HRC 50…60.

Источник статьи: http://studopedia.org/5-19603.html

Распредвал автомобиля: понимание технической основы для выбора

Главная страница » Распредвал автомобиля: понимание технической основы для выбора

Распредвал (полная форма термина: распределительный вал) – неотъемлемая деталь автомобильного двигателя, посредством которой осуществляется переключение рабочих элементов клапанной группы. Распределительному валу отводится важная роль газораспределительного устройства, обеспечения синхронизации (тактирования) в процессе распределения рабочей топливной смеси ДВС (двигателя внутреннего сгорания). Рассмотрим эту компоненту автомобильного мотора в подробностях, дабы иметь в запасе точное представление по выбору в случае надобности.

Типичное исполнение распределительных валов автомобилей

Распространены в наибольшей степени два типа распредвалов автомобилей, в работе с которыми применяются:

1. Плоскостной толкатель.
2. Роликовый толкатель.

Ходовые плоскостные толкатели (подъёмники) распредвала традиционно присутствуют в конструкциях моторов типа V8. Буквальный смысл дизайна такой механической детали распредвала определяется плоскостной формой «лобной» области под контакт с кулачковым эксцентриком.

Однако эксцентрики под такую конфигурацию фактически не обладают идеальной плоскостной формой в области контактных поверхностей с толкателем. Форма эксцентриков здесь отмечена небольшой кривизной.

Один из многочисленных вариантов конструкции распределительных валов автомобильных моторов. В данном случае – это компонент автомобиля с дизельным двигателем

Другой вариант — роликовый толкатель, отличается тем, что этой конструкцией используется клапанный подъёмник распредвала, дополнительно оснащённый роликом. По сути, роликовый подъёмник выглядит подобно ходовому плоскостному толкателю, но при этом отмечается существенная разница в плане контакта с кулачком эксцентрика распредвала.

Эксцентриковым кулачкам под роликовые толкатели присущи утолщения выступов в зависимости от того, как роликовый подъёмник вступает в контакт. Стоит отметить, что распредвалы автомобильных моторов на основе эксцентриков под роликовые толкатели:

• снижают трение,
• увеличивают потенциал оборотов,
• позволяют использовать более высокое давление пружины клапана.

Профили эксцентриковых кулачковых выступов

Распредвалы на ходовых плоскостных толкателях способны выдерживать достаточно сильное давление пружины клапана. Этим давлением подъёмник выталкивается по направлению к кулачку.

Между тем, по мере увеличения давления пружины клапана на плоскостной кулачковый толкатель, естественным образом увеличивается износ рабочего выступа распредвала, находящегося в контакте.

Классическое исполнение толкателей (подъёмников) под эксцентриковые кулачки распределительного вала автомобильного мотора: А – плоскостной тип; В – роликовый тип

Этот момент является ограничивающим фактором по сравнению с исполнением распредвала на основе конфигурации эксцентриков под роликовые толкатели. Для создания большой мощности необходим кулачок, наделённый большой подъёмной силой, чтобы максимально широко открывать клапан.

Для увеличения подъёма клапана кулачком потребуется клапанная пружина более высокого давления. В этом смысле распредвал под роликовые толкатели имеет преимущество перед распредвалом с профилем для плоскостных кулачковых толкателей. Особенно важен этот фактор в случае задачи достижения более высокой мощности двигателя.

Рабочая высота кулачка распредвала автомобильного мотора

Важно знать о базовых вариациях прохода кулачков распредвала автомобильного мотора. Проход кулачка — это расстояние, на которое перемещается подъёмник (толкатель). Поскольку коромысло увеличивает перемещение толкателя, расстояние подъёма клапана отличается от расстояния прохода кулачка эксцентрика.

Отношение коромысла 1,5: 1 даёт 10 мм (0,4 дм) прохода кулачка эксцентрика и перемещает клапан в 1,5 раза больше относительно величины прохода. Соответственно, эксцентрик с проходом кулачка 10 мм (0,4 дм) переместит клапан на 15,2 мм (0,6 дм) при отношении коромысла 1,5: 1.

Распространённые формы профилей эксцентриков распределительных валов автомобильных двигателей с параметром «Peak (Gross) Lift» на уровне 0,475 дм для всех трёх вариантов

Рычаг качения (коромысло) с другим отношением изменит расстояние подъёма клапана, но не рабочий проход кулачка эксцентрика. Таким образом, в случае надобности вполне допустимо увеличить подъём клапана, используя увеличенное передаточное число. Увеличение прохода кулачка приведёт к большему открытию клапана. В свою очередь этот момент приведёт к увеличению пропускания топливной смеси (выхлопа) через двигатель.

Если планируется модернизировать эксцентрик для увеличения подъёмной силы, необходимо убедиться в том, что клапанные пружины способны работать на увеличенной подъёмной силе. Зазор между поршнем и клапаном, однако, может стать проблемой реализации такой цели. Нужно убедиться в наличии отмеченных возможностей, прежде чем приступать к реализации задуманного.

Что такое длительность (протяжка) распредвала мотора автомобиля?

Длительность (протяжка) распредвала — это измеренное время момента от начала открытия клапана до момента закрытия. Следует помнить – длительность (протяжка) измеряется в градусах по вращению коленчатого вала, но не по вращению распредвала. Спецификации распредвалов указывают параметр длительности (протяжки), обычно, оперируя значением измерения – 1,27 мм (0,050 дм).

График (характеристика) зависимости прохода эксцентрика (B) и типа толкателя (A), наглядно демонстрирующий преимущества роликовой конструкции толкателей. Синий цвет – плоскостной толкатель; Красный цвет – роликовый толкатель

Дело в том, что производители автомобильных распредвалов согласовали стандарт для измерения длительности движения любых видов эксцентриков. Идея состоит в том, чтобы измерить протяжку, начиная от точки прохождения 1,27 мм (0,050 дм) толкателя (подъёмника).

Другими словами: когда кулачок поднимает толкатель вверх и толкатель перемещается на расстояние 1,27 мм (0,050 дм), протяжка распредвала измеряется именно от этой точки.

Разделение эксцентриков распредвала (в градусах)

Распредвалы стандартных моторов V8 отмечаются расположением эксцентриков попарно: один впускной — один выпускной. Эти пары отличаются некоторым смещением одного элемента относительно другого. Эксцентричное разделение можно рассматривать как угол, измеренный в градусах между максимальным подъёмом пары кулачков.

Чтобы практически проверить разделение эксцентриков распредвала автомобиля, достаточно направить взгляд с торца этой детали и мысленно провести линию через центр наружу к точке максимального подъёма эксцентриков (выступ кулачков). Обычно разница составляет 104º — 115º.

Важно отметить, что разделение эксцентриков демонстрирует, как впускной клапан реагирует по отношению к выпускному клапану одного цилиндра автомобильного мотора. При этом такие детали, как эксцентриковый проход и длительность распредвала, описывают влияние каждого эксцентрика на клапаны.

Когда угол разделения уменьшается или увеличивается?

Разделение кулачковых эксцентриков распредвала является важной характеристикой, поскольку этот момент рассчитывает время действия впускного / выпускного клапанов. Если угол разделения эксцентриков распредвала равен 0º — впускной / выпускной клапаны открываются и закрываются одновременно.

Практически такого варианта, конечно, не существует, но подобное представление помогает лучше понять, что происходит, когда угол разделения уменьшается или увеличивается.

Угол разделения эксцентриков схемным вариантом: A — осевая линия впускного клапана; B – перекрытие; C — осевая линия выпускного клапана; D – базовый круг

Если угол разделения эксцентриков распредвала узкий, при движении (повороте) кулачка открывается один клапан. По мере вращения кулачка клапан начинает закрываться. Поскольку угол узкий, второй клапан в паре начинает открываться до того, как закрывается первый.

Насколько широко открыт первый клапан, когда второй клапан начинает открываться, зависит от разделения эксцентриков (и от формы контактных поверхностей) распредвала. Соответственно, узкий угол:

• увеличит давление в цилиндре,
• ухудшит работу двигателя на холостом ходу,
• уменьшит вакуум холостого хода.

Давление в цилиндре увеличивается, потому что после такта выпуска поршень втягивает воздух в цилиндр. Если впускной клапан открывается раньше, в цилиндр поступает больше воздуха.

Как рассчитать время закрытия / открытия клапанов?

Если разделение эксцентриков достигает определённого угла при повороте, открывается один клапан. По мере продолжения вращения распредвала этот клапан начинает закрываться. При достижении эксцентриком более широкого угла, второй клапан пары начинает открываться.

В момент достижения эксцентриком прямого угла, можно рассчитать время закрытия первого клапана до того, как начинает открываться второй клапан. Стоит помнить, что при более широком угле разделения:

• давление в цилиндре уменьшается,
• холостой ход приобретает плавную форму,
• увеличивается вакуум холостого хода.

Какой распредвал автомобиля оптимальный для выбора?

Распредвалы представляются сложными механизмами, расчёт и подбор которых сопровождаются несметными массивами цифр. Тем не менее, большинство производителей автомобильных распредвалов предоставляют автолюбителям возможности выбрать распределительный вал достаточно просто. Для правильного подбора достаточно следовать двум правилам:

1. 1. Если двигатель автомобиля собран профессиональным производителем двигателей, рекомендуется учитывать мнение и знания производителя для выбора.
   2. Самая распространенная ошибка выбора распредвала — выбор чрезмерно больших кулачков, что снижает производительность. Если выбирать между двумя распределительными валами, как правило, разумный вариант — выбор эксцентриков с кулачками малого размера.

Источник статьи: http://zetsila.ru/%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B2%D0%B0%D0%BB-%D0%B0%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BB%D1%8F-%D0%BE%D1%81%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D1%8B/

Описание условия работы, выбора материала и технологии упрочняющей обработки распределительного вала легкового автомобиля

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 20 Января 2013 в 18:13, курсовая работа

Краткое описание

Современные двигатели иногда имеют системы регулировки фаз газораспределения, то есть механизмы, которые позволяют проворачивать распредвал относительно приводной звездочки, тем самым изменяя момент открытия и закрытия (фазу) клапанов, что позволяет более эффективно наполнять рабочей смесью цилиндры на разных оборотах.

Содержание

1. Введение…………………………………………………………………….3
2. Условия работы распределительного вала……………………………….3
3. Выбор материала …………………………………………………………..5
4. Технология изготовления………………………………………………….6
5. Технология упрочняющей термической обработки……………………..7
6. Оборудование для термической обработки……………………………..10
7. Список использованной литературы…………………………………….15

Прикрепленные файлы: 1 файл

Документ Microsoft Word.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «ФИЗИКИ МЕТАЛЛОВ

Контрольно – курсовая работа

по дисциплине: «Основы проектирования процессов термической обработки»

на тему: «Описание условия работы, выбора материала и технологии упрочняющей обработки распределительного вала легкового автомобиля»

1. Введение………………………………………………………… ………….3
2. Условия работы распределительного вала……………………………….3
3. Выбор материала …………………………………………………………..5
4. Технология изготовления……………………………………………… ….6
5. Технология упрочняющей термической обработки……………………..7
6. Оборудование для термической обработки……………………………..10
7. Список использованной литературы…………………………………….15

Распределительный вал — основная деталь газораспределительного механизма (ГРМ), служащего для синхронизации впуска или выпуска и тактов работы двигателя.

В современных автомобильных двигателях, как правило, расположен в верхней части головки блока цилиндров и соединён со шкивом или зубчатой звёздочкой коленвала ремнём или цепью ГРМ соответственно и вращается с вдвое меньшей частотой, чем последний (на 4-тактных двигателях). В прошлом была широко распространена схема с нижним расположением распределительного вала. Составной частью распредвала являются его кулачки, количество которых соответствует количеству впускных и выпускных клапанов двигателя. Таким образом, каждому клапану соответствует индивидуальный кулачок, который и открывает клапан, набегая на рычаг толкателя клапана. Когда кулачок «сбегает» с рычага, клапан закрывается под действием мощной возвратной пружины.

Двигатели с рядной конфигурацией цилиндров и одной парой клапанов на цилиндр обычно имеют один распределительный вал (в случае четырёх клапанов на каждый цилиндр, два), а V-образные и оппозитные — либо один в развале блока, либо два, по одному на каждый полублок (в каждой головке блока). Двигатели, имеющие 3 клапана на цилиндр (чаще всего два впускных и один выпускной), обычно имеют один распредвал на головку блока, а имеющие 4 клапана на цилиндр (2 впускных и 2 выпускных) имеют 2 распредвала в каждой головке блока. Но бывают и исключения, к примеру, двигатель Mitsubishi Lancer модели 4G18 (с рядным расположением 4-ех цилиндров) имеет 4 клапана на цилиндр и 1 распределительный вал.

Современные двигатели иногда имеют системы регулировки фаз газораспределения, то есть механизмы, которые позволяют проворачивать распредвал относительно приводной звездочки, тем самым изменяя момент открытия и закрытия (фазу) клапанов, что позволяет более эффективно наполнять рабочей смесью цилиндры на разных оборотах.

1. Условия работы распределительного вала

Распределительного вал обязан выдерживать режим работы двигателя при самых разных оборотах коленчатого вала, при плюс 1000 0 С в цилиндрах и минус 50 0 С на улице, часами, а порой и сутками, непрерывно, почти без отдыха. При этом вал должен не только заставлять двигаться связанные с ним клапаны, но и беречь их от перегрузок.

Важнейший элемент распределительного вала — кулачок. Толстая, или широкая, часть его предназначена для отдыха, тонкая — самая нагруженная. У него важны абсолютно все участки поверхности, которые с соответствующими названиями показаны на рис. 1. Причем важность и тонкость расчета профиля каждой части кулачка постоянно возрастают по мере роста максимального числа оборотов у двигателей.

Рис. 1 Профиль кулачка

На рисунке 1 изображены: 1- сектор отдыха; 2 – сектор ускорения; 3 – боковая поверхность; 4 – вершина; 5- сектор максимального открытия клапана.

Поворачиваясь вместе с валом, кулачок должен выбрать тепловой зазор в работающей с ним паре трения и начать подъем клапана от седла, подготавливая его к полному открытию. Здесь в дело включается сектор ускорения. От профиля этого участка кулачка зависит скорость подъема клапана и характер нарастания нагрузок на кулачок от клапанной пружины. В свободном состоянии пружина прижимает клапан к седлу с усилием до 15 килограмм. При полном открытии клапана сопротивление пружины добавляет еще 30 килограмм. Если учесть, что соотношение плечей рычагов в клапанном приводе не в пользу кулачка, то нагрузка на него возрастает и в максимальном значении может приблизиться к 50 килограмм. Распределяется же она всего лишь на тоненькой линии по всей ширине кулачка, площадь которой, как правило, не более 0,2 мм 2 .

Все эти цифры приблизительны, но их значения близки к реальным для большинства легковых двигателей, и благодаря им можно посчитать удельные нагрузки на рабочую площадь поверхности кулачка. Грубый подсчет даст величину 200 кг/мм 2 .

Выдержать такие громадные нагрузки могут только специальные стали или отбеленный чугун, из которых делаются распределительные валы современных моторов, да и то при условии упрочняющей термообработки их, хорошей смазки и точного соблюдения времени работы и отдыха кулачков, что определяется зазорами. От величины «зазоров в клапанах» зависит и как — с ударом или постепенно — начнет открываться клапан, и как — мягко или с отскоком — сядет он обратно в седло.

В настоящее время используют большое разнообразие применяемых материалов и методов упрочнения, что связано с различным характером эксплуатации валов, масштабом, условиями и традициями производства на предприятиях различных отраслей. В основном применяют следующие варианты изготовления и упрочнения распределительных валов:

1. Валы из среднеуглеродистых сталей марок 40, 45, 50, изготавливаемые горячей штамповкой, с упрочнением кулачков и опорных шеек поверхностной закалкой при поверхностном индукционном нагреве

Этим методом изготавливают большинство распределительных валов двигателей грузовых автомобилей и тракторов.

2. Валы из цементуемых сталей (20Х, 18ХГТ и др), упрочняемые цементацией с последующей поверхностной закалкой при поверхностном индукционном нагреве кулачков и шеек

В этом случае облегчается обработка валов резанием, но возрастает общая трудоемкость и сложность термической обработки.

3. Литые валы из перлитного серого и высокопрочного чугуна, упрочняемые путем поверхностной закалки при индукционном нагреве кулачков и шеек либо путем отбела рабочих поверхностей (носиков) кулачков.

В соответствии с таблицей 1 выбираем для изготовления распредвала из подходящих материалов, самый дешевый материал — Ст 40.

Источник статьи: http://www.referat911.ru/Tehnologiya/opisanie-usloviya-raboty-vybora-materiala/69920-1576355-place1.html