Főtengely - összetett alakú alkatrész (vagy alkatrész-összeállítás kompozit tengely esetén), amelynek nyakai vannak a hajtórudak rögzítésére , amelyekből érzékeli az erőket és nyomatékká alakítja . A forgattyús mechanizmus (KShM) szerves része .
Ezeket számítások eredményeként határozzák meg, és a méretek egy részét a kiválasztott elrendezés alapján állítják be. Például a hajtórúd csapok számát a hengerek számától függően határozzák meg . A többsoros motorokban ( V , W , X -alakú, csillag alakú) egy hajtórúdnyak egyszerre több hajtórúd (vagy a vontatottakhoz kapcsolódó központi) terhelését érzékeli. A főtengely változó értékű nyomatékot érzékel, ezért csavarodásra működik, és elegendő biztonsági ráhagyással kell rendelkeznie a nyírási kifáradáshoz. A főtengely szilárdsága a csapágyak beállításától függ , az elmozdulás jelentős növekedést okoz, a pofák mentén roncsolódás lehetőségével [1] .
Az acél tengelyek (leggyakrabban) alacsony belső csillapítással rendelkeznek a torziós rezgésekben, ami bizonyos esetekben a tengely megsemmisítését fenyegeti a rezonancia miatt, amikor sebesség szempontjából áthalad a veszélyes zónán. Ezért az ilyen tengelyeket torziós rezgéscsillapítókkal látják el, amelyek a tengely elülső lábán helyezkednek el [1] .
A kifáradási szilárdságon kívül a főtengelyeknek rendelkezniük kell egy bizonyos csapfelülettel , amely beállítja a sikló- vagy gördülőcsapágyak érintkezési nyomását. A súrlódásgátló anyagok maximális érintkezési nyomása és csúszási sebessége kismértékben növelhető a magas csapkeménység és a kiváló minőségű kenés révén. A megengedettek feletti túllépés a súrlódásgátló réteg megolvadásához/repedéséhez vagy a görgők (gördülőcsapágyak) lyukvá válásához vezet [1] .
A hajtórúd csapok átmérője (a fenti megfontolások alapján) egy ferde hajtórúd csatlakozóval növelhető (ami növeli a bonyolultságát és költségét), míg a hossza növelhető akár a főcsapok miatt (ami növeli az érintkezési nyomást ), vagy a hengerek közötti távolság növelésével (ami a motor méreteinek és tömegének növekedéséhez vezet). Az elmúlt évtizedekben az új, nagy szilárdságú súrlódásgátló ötvözetek és jó minőségű olajok megjelenése miatt a tengelycsapok hosszát (és ezzel együtt a hengerek közötti távolságot) csökkentették a tervezők [1] .
Az anyag- és gyártástechnológia gyakran szorosan összefügg. Ebben az esetben az acél tengelyeket (a legnagyobb szilárdság és szívósság elérése érdekében ) kovácsolással , öntöttvas (az anyag nem kovácsolható) - öntéssel nyerik .
A főtengelyek szénből, króm-mangánból, króm-nikkel-molibdénből és egyéb acélokból, valamint speciális, nagy szilárdságú öntöttvasból készülnek. A 45, 45X , 45G2, 50G acélminőségeket használják legszélesebb körben, és dízelmotorok erősen terhelt főtengelyeihez - 40HNMA, 18HNVA stb. [2] . Az acél tengelyek előnye a legnagyobb szilárdság, a nagy keménységű nyakok nitridálással történő előállítása , az öntöttvas tengelyek olcsóbbak [1] .
Az acél kiválasztását az elérni kívánt nyak felületi keménysége határozza meg. Körülbelül 60 HRC (görgőscsapágyak használatához szükséges) keménységet általában csak kémiai-termikus kezeléssel ( karburálás , nitridálás, cianidozás ) lehet elérni. Ezekre a célokra általában az alacsony széntartalmú króm-nikkel vagy króm-nikkel-molibdén acélok (12XH3A, 18XHNVA, 20XHNMA) alkalmasak, a közepes és nagy méretű tengelyekhez pedig több drága molibdén ötvözés szükséges . a közelmúltban erre az olcsó , szabályozott edzhetőségű acélokat használnak, amelyek lehetővé teszik a nagy keménység elérését a mag viszkozitásának megőrzése mellett. Kisebb keménység érhető el, amely elegendő a siklócsapágyak megbízható működéséhez, a HFC közepes széntartalmú acélként történő edzésével , ill. szürke vagy nagy szilárdságú öntöttvas (45..55 HRC) [1] .
A közepes méretű acél forgattyús tengelyek nagyüzemi és tömeggyártású nyersanyagai kalapácson vagy présen zárt présszerszámok kovácsolásával készülnek , miközben a nyersdarab előállítása több műveleten megy keresztül. A főtengely szerszámokban történő előzetes és végső kovácsolása után a vakut egy vágóprésen levágják, és egy kalapács alatt melegen kiegyenesítik. .
A tengely magas mechanikai szilárdsági követelményei miatt az anyag szálainak elhelyezkedése a munkadarab átvételekor nagy jelentőséggel bír, hogy a későbbi megmunkálás során elkerülhető legyen azok elvágása. Ehhez speciális hajlítóáramú bélyegeket használnak. A megmunkálás előtti bélyegzés után a tengelydarabokat hőkezelésnek - normalizálásnak -, majd pácolás vagy szemcseszórásos vízkőmentesítésnek vetik alá. .
A nagy főtengelyek, mint például a tengeri főtengelyek, valamint a motor főtengelyei alagútforgattyús házzal, leszerelhetők és összecsavarozhatók. A főtengelyek nemcsak siklócsapágyakra szerelhetők, hanem görgőkre (hajtórúd és fő), golyóra (alacsony teljesítményű motorokban őshonos). Ezekben az esetekben mind a gyártási pontosságra, mind a keménységre magasabb követelmények vonatkoznak. Az ilyen tengelyek ezért mindig acélból készülnek .
Az öntött főtengelyek általában magnéziummal módosított gömbgrafitos vasból készülnek . A precíziós öntött ( héjformákban) tengelyek számos előnnyel rendelkeznek a "kovácsolt" tengelyekkel szemben, beleértve a magas fémfelhasználási arányt és a jó torziós rezgéscsillapítást, ami gyakran lehetővé teszi a külső csillapító elhagyását az első tengely lábán. Az öntött nyersdarabokban az öntés során számos belső üreg is nyerhető [3] .
Az öntöttvas tengelyek nyakának megmunkálásának ráhagyása oldalanként legfeljebb 2,5 mm, 5-7 pontossági osztály eltéréssel . A kisebb ráhagyásingadozás és az alacsonyabb kezdeti kiegyensúlyozatlanság kedvezően befolyásolja a szerszám és a „berendezés” működését, különösen az automatizált gyártásban .
A tengelyeket normalizálás után meleg állapotban egy présszerszámban kiegyenesítik, miután a munkadarabot további melegítés nélkül eltávolították a kemencéből.
A főtengelyeken lévő olajlyukak általában a szomszédos fő- és hajtórúdcsapokat kötik össze, és fúrásra kerülnek. Ezzel egyidejűleg az orcákon lévő lyukakat kiverik vagy a meneten lévő dugókkal lezárják .
A főtengely szerkezeti formájának összetettsége, merevségének hiánya, a megmunkált felületek pontosságának magas követelményei különleges követelményeket támasztanak a tengely helymeghatározási, rögzítési és megmunkálási módszereinek megválasztásában, valamint a műveletek sorrendjében, kombinációjában. és a felszerelés kiválasztása. A főtengely fő alapja a fő csapok csapágyfelületei. Azonban nem minden feldolgozási művelet használhatja ezeket technológiai műveletként. Ezért bizonyos esetekben a középső furatok felületét választják technológiai alapként. A tengely viszonylag alacsony merevsége miatt számos műveletben, a központos feldolgozás során az előkezelt nyakak külső felületeit további technológiai alapként használják.
Az olyan hajtórúd-csapok megmunkálásakor, amelyeknek a műszaki specifikáció követelményei szerint rendelkezniük kell a szükséges szögkoordinációval, a támasztó technológiai alap a pofákon speciálisan mart platformok [4] . A gyártás után a főtengelyeket általában dinamikus kiegyensúlyozásnak vetik alá lendkerékkel (autómotorok).
A legtöbb esetben a forgattyús tengelyek lehetőséget biztosítanak a javítási méretre való átcsiszolásra (általában 4-6 méretre, korábban 8-ra). Ebben az esetben a főtengelyeket forgó csiszolókerékkel köszörüljük, és a tengely az alaptengelyek körül forog. Természetesen ezek a tengelyek a fő- és a hajtórúdcsapokhoz nem egyeznek, ami átrendezést igényel. Köszörüléskor be kell tartani a központtól-középig állapotot, és az utasítások szerint a köszörülés után a tengelyeket ismételt dinamikus kiegyensúlyozásnak vetik alá. Leggyakrabban ezt nem teszik meg, mert a felújított motorok gyakran nagyon vibrálnak . Az őrlés során fontos megfigyelni a filé alakját, és semmi esetre se égesse el. A filék helytelen feldolgozása gyakran a főtengely tönkremeneteléhez vezet .
A csapok szilárdságának és kopásállóságának növelése érdekében a főtengelyeket termikus és néha kémiai-termikus kezelésnek vetik alá : HDTV edzés, nitridálás , a felületi réteg keményítése (szabályozott edzhetőségű acélok 55PP, 60PP). Az így kapott keménység függ a szén mennyiségétől (HFC keményedés, általában nem több, mint 50...55 HRC), vagy a vegyszeres kezelés típusától (nitridálással 60 HRC és magasabb keménységet ad) [2] . A nyakak edzett rétegének mélysége általában 4-6 db közbenső javító méretű tengelynyak alkalmazását teszi lehetővé, a nitridált tengelyek nem köszörültek. A nyak kopásának valószínűsége jelentősen csökken a keménység növekedésével.
A főtengelyek javítása során permetezési módszereket is alkalmaznak , beleértve a plazma permetezést. Ugyanakkor a felületi réteg keménysége akár a gyári értékek fölé is nőhet ( HDTV keményítésnél ), és a nyakak gyári átmérői nullára állnak vissza. .
Működés közben különböző okok miatt a következő meghibásodások figyelhetők meg:
A tengely tönkremenetele a kifáradási repedésekből [5] következik be, amelyek néha a filék őrlés közbeni égése miatt keletkeznek. Repedések alakulnak ki gyenge minőségű anyagokban (hajszálak, nem fémes zárványok, pelyhek, érzékenység ) vagy a torziós rezgések számított értékének túllépése esetén ( tervezési hibák , önerő a dízelmotor fordulatszámának megfelelően). Túlfordulatszám, lengéscsillapító meghibásodás, dugattyú-elakadás miatt kár keletkezhet [6] . A törött tengely nem javítható. Ülőfelületek kopása esetén alkalmazható az elektrokémiai kezelés, a felületek plazma vagy elektromos íves felületkezelése, valamint egyéb megoldások.