Klikový hřídel - součást (nebo sestava dílů v případě složené hřídele ) složitého tvaru, mající hrdla pro připevnění ojnic , ze kterých vnímá síly a převádí je na krouticí moment . Nedílná součást klikového mechanismu (KShM).
Jsou určeny jako výsledek výpočtů a některé rozměry jsou nastaveny na základě zvoleného rozvržení. Například počet čepů ojnice je určen v závislosti na počtu válců . U víceřadých motorů ( V , W , X , hvězdicový tvar) vnímá jeden krk ojnice zatížení několika ojnic najednou (nebo jeden centrální spojený s taženými). Klikový hřídel vnímá krouticí moment s proměnnou hodnotou, a proto pracuje na kroucení a musí mít dostatečnou rezervu bezpečnosti pro namáhání smykovou únavou. Pevnost klikového hřídele závisí na souososti jeho ložisek, posuv způsobuje výrazné zvětšení s možností destrukce podél lícnic [1] .
Ocelové hřídele (nejčastěji) mají nízké vnitřní tlumení torzních vibrací, což v některých případech hrozí hřídeli zničením rezonancí při průchodu nebezpečnou zónou z hlediska rychlosti. Proto jsou takové hřídele dodávány s tlumiči torzních kmitů umístěnými na přední špičce hřídele [1] .
Kromě únavové pevnosti musí mít klikové hřídele určitou oblast čepu , která určuje kontaktní tlak kluzných nebo valivých ložisek. Maximální přítlak a kluzná rychlost pro kluzné materiály lze mírně zvýšit vysokou tvrdostí čepů a vysoce kvalitním mazáním. Jejich překročení nad přípustné vede k roztavení / popraskání antifrikční vrstvy nebo důlkové korozi válečků (valivých ložisek) [1] .
Průměr čepů ojnice (na základě výše uvedených úvah) lze zvětšit šikmou spojkou ojnice (což zvyšuje její složitost a cenu), zatímco délku lze zvětšit buď díky hlavním čepům (což zvyšuje kontaktní tlak). ), nebo zvětšením vzdálenosti mezi válci (což vede ke zvětšení rozměrů a hmotnosti motoru). V posledních desetiletích v důsledku vzniku nových vysokopevnostních antifrikčních slitin a kvalitních olejů došlo ke zkrácení délky čepů hřídele (a s tím i meziválcové vzdálenosti) konstruktéry [1] .
Materiál a technologie výroby jsou často úzce propojeny. V tomto případě se ocelové hřídele (pro dosažení nejvyšší pevnosti a houževnatosti) získávají kováním , litinové (materiál nelze kovat) - odléváním .
Klikové hřídele jsou vyrobeny z uhlíkových, chrommanganových, chromniklmolybdenových a dalších ocelí a také ze speciálních vysokopevnostních litin. Nejpoužívanější jsou oceli jakosti 45, 45X , 45G2, 50G a pro silně zatížené klikové hřídele dieselových motorů - 40HNMA, 18HNVA atd. [2] . Výhodou ocelových hřídelí je nejvyšší pevnost, možnost získat hrdla vysoké tvrdosti nitridací , levnější jsou litinové hřídele [1] .
Volba oceli je určena povrchovou tvrdostí hrdel, které mají být získány. Tvrdost kolem 60 HRC (potřebná pro použití válečkových ložisek) lze obvykle získat pouze chemicko-tepelným zpracováním ( nauhličování , nitridace, kyanidace ). Pro tyto účely jsou vhodné zpravidla nízkouhlíkové chromniklové nebo chromniklmolybdenové oceli (12XH3A, 18XHNVA, 20XHNMA) a pro hřídele středních a velkých rozměrů je zapotřebí větší legování drahým molybdenem . v poslední době se k tomu používají levné oceli s regulovanou prokalitelností, které umožňují získat vysokou tvrdost při zachování viskozity jádra. Menší tvrdost, dostatečnou pro spolehlivý provoz kluzných ložisek, lze získat kalením HFC jako středně uhlíkové oceli , a šedá nebo vysokopevnostní litina (45..55 HRC) [1] .
Polotovary ocelových klikových hřídelí střední velikosti ve velkosériové a hromadné výrobě jsou vyráběny kováním v uzavřených zápustkách na bucharech nebo lisech , přičemž proces získání polotovaru prochází několika operacemi. Po předběžném a konečném vykování klikového hřídele v zápustkách je výlisek ořezán na ostřihovacím lisu a za tepla rovnán v zápustce pod kladivem. .
Vzhledem k vysokým požadavkům na mechanickou pevnost hřídele je umístění vláken materiálu při příjmu obrobku velmi důležité, aby se zabránilo jejich řezání při následném obrábění. K tomu se používají razidla se speciálními ohýbacími proudy. Po lisování před obráběním jsou polotovary hřídele podrobeny tepelnému zpracování – normalizaci – a následně odokují mořením nebo tryskáním. .
Velké klikové hřídele, jako jsou námořní klikové hřídele, stejně jako klikové hřídele motoru s tunelovou klikovou skříní, jsou demontovatelné a sešroubované dohromady. Klikové hřídele mohou být instalovány nejen na kluzná ložiska, ale také na válečkové (ojniční a hlavní), kuličkové (vlastní u motorů s nízkým výkonem). V těchto případech jsou na přesnost výroby i tvrdost kladeny vyšší požadavky. Takové hřídele jsou proto vždy vyrobeny z oceli .
Lité klikové hřídele jsou obvykle vyrobeny z tvárné litiny modifikované hořčíkem . Přesné odlévané ( ve skořepinových formách) hřídele mají oproti "kovaným" hřídelům řadu výhod, včetně vysoké míry využití kovu a dobrého tlumení torzních vibrací, což často umožňuje upustit od externího tlumiče na špičce předního hřídele. V odlitcích lze při lití získat také řadu vnitřních dutin [3] .
Přídavek na zpracování hrdel litinových hřídelí není větší než 2,5 mm na stranu s odchylkami v 5-7 třídách přesnosti . Menší kolísání přídavku a nižší počáteční nevyváženost příznivě ovlivňují chod nástroje a „zařízení“, zejména v automatizované výrobě .
Hřídele se rovnají po normalizaci za tepla v zápustce na lisu po vyjmutí obrobku z pece bez dodatečného ohřevu.
Olejové otvory v klikových hřídelích obvykle spojují sousední hlavní a ojniční čepy a jsou vyvrtány. Zároveň jsou otvory ve tvářích raženy nebo uzavřeny zátkami na závitu .
Složitost konstrukčního tvaru klikového hřídele, jeho nedostatečná tuhost, vysoké požadavky na přesnost obrobených ploch způsobují zvláštní požadavky na výběr metod pro umístění, upevnění a zpracování hřídele, stejně jako na pořadí, kombinaci operací. a výběr vybavení. Hlavní základny klikového hřídele jsou dosedací plochy hlavních čepů. Ne všechny zpracovatelské operace je však mohou využívat jako technologické. Proto se v některých případech jako technologické základy volí povrchy středových otvorů. Vzhledem k relativně nízké tuhosti hřídele v řadě operací se při opracování ve střediscích používají vnější plochy předupravených hrdel jako dodatečné technologické základy.
Při zpracování ojničních čepů, které v souladu s požadavky technických specifikací musí mít potřebnou úhlovou koordinaci, jsou nosným technologickým základem speciálně frézované plošiny na lícnicích [4] . Po výrobě jsou klikové hřídele obvykle podrobeny dynamické vyvažovací montáži se setrvačníkem (automobilové motory).
Klikové hřídele ve většině případů poskytují možnost jejich přebroušení na opravný rozměr (obvykle 4-6 velikostí, dříve až 8). V tomto případě jsou klikové hřídele broušeny rotujícím smirkovým kotoučem a hřídel se otáčí kolem základních os. Tyto nápravy pro hlavní a ojniční čepy se samozřejmě neshodují, což vyžaduje přeuspořádání. Při broušení je nutné dodržet stav od středu ke středu a podle návodu jsou hřídele po broušení podrobeny opakovanému dynamickému vyvažování. Nejčastěji se to nedělá, protože repasované motory často hodně vibrují . Při mletí je důležité sledovat tvar filetů a v žádném případě je nespalovat. Nesprávné zpracování filetů často vede ke zničení klikového hřídele .
Pro zvýšení pevnosti a odolnosti čepů proti opotřebení jsou klikové hřídele podrobeny tepelnému a někdy i chemicko-tepelnému zpracování : HDTV kalení, nitridace , kalení povrchové vrstvy (oceli regulované prokalitelnosti 55PP, 60PP). Výsledná tvrdost závisí na množství uhlíku (vytvrzení HFC, obvykle ne více než 50..55 HRC), nebo typu chemické úpravy (nitridace dává tvrdost 60 HRC a vyšší) [2] . Hloubka vytvrzené vrstvy hrdel obvykle umožňuje použití 4-6 středních opravných velikostí hrdel šachet, nitridované šachty se nebroušeny. Pravděpodobnost oděru krku výrazně klesá s rostoucí tvrdostí.
Při opravách klikových hřídelů se také používají metody stříkání , včetně plazmového stříkání. Tvrdost povrchové vrstvy se přitom může zvýšit i nad tovární hodnoty (pro HDTV kalení ) a tovární průměry krčků jsou obnoveny na nulovou velikost. .
Během provozu lze z různých důvodů pozorovat následující poruchy:
K destrukci hřídele dochází z únavových trhlin [5] , ke kterým někdy dochází v důsledku spálení filé při broušení. Trhliny vznikají v nekvalitním materiálu (vlásky, nekovové vměstky, vločky, popouštěcí křehkost ) nebo při překročení vypočtených hodnot torzních vibrací ( chyby návrhu , samovyvíjení podle otáček naftového motoru). Poškození je možné v důsledku překročení otáček, poruchy tlumiče, zablokování pístu [6] . Zlomenou hřídel nelze opravit. Při opotřebení dosedacích ploch lze použít elektrochemické ošetření, navařování povrchů plazmou nebo elektrickým obloukem i jiná řešení.