Из чего состоит распределительные шестерни двигателя

Содержание

Разрезная шестерня: что это, установка и регулировка

В автомобиле есть масса интересных деталей, о которых знают только автомеханики или люди, сильно увлеченные техникой. Одна из таких деталей – разрезная шестерня. Об этом элементе также знают любители тюнинга. Давайте узнаем, что это за деталь, и для чего она нужна.

Классификация, устройство и принцип работы ГРМ двигателя

Газораспределительный механизм (ГРМ) представляет собой совокупность деталей и узлов, обеспечивающих открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя в определенный момент времени. Основная задача ГРМ заключается в своевременной подаче топливовоздушной смеси или топлива (это зависит от типа мотора) в камеру сгорания и выпуск отработавших газов. Для реализации этой задачи слажено работает целый комплекс механизмов, часть из которых управляется при помощи электроники.

Зубчатые передачи: виды, типы, классификация

Зубчатая передача

Чтобы передать усилие в механическом устройстве еще совсем недавно использовался метод ременного переноса, в котором важное значение имел ремень. Ремень подвергался усиленному износу и подлежал частой замене. При использовании метода зубчатой передачи ремень как переходник исключается из системы, а вместо него реализуется сцепление непосредственно между элементами.

зубчатые передачи изготовление

Шестерни. Виды и применение. Особенности и материал изготовления

Шестерни, зубчатки или зубчатые колеса – элементы зубчатой передачи, представляющей собой диск с зубьями. Устройство используется для отдачи крутящего момента путем зацепления с ответными зубьями других шестерней или зубчатого приводного ремня. При разнице диаметра контактной пары происходит передача оборотов от ведущей зубчатки на ведомую с ускорением или замедлением. Шестеренки используются в механизмах различной сложности, таких как часы, КПП автомобилей, редукторах, электромясорубках, блендерах, принтерах и т.д.

Газораспределительный механизм (ГРМ)

ГРМ

Газораспределительным называется механизм, осуществляющий открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя.

Типы ГРМ

Рисунок 1 – Типы газораспределительных механизмов, классифицированных по различным признакам

При верхнем расположении распределительный вал устанавливается в головке цилиндров, где размещены клапаны. Открытие и закрытие клапанов производится непосредственно от распределительного вала через толкатели или рычаги привода клапанов. Привод распределительного вала осуществляется от коленчатого вала с помощью роликовой цепи или зубчатого ремня.

Верхнее расположение распределительного вала упрощает конструкцию двигателя, уменьшает массу и инерционные силы возвратно-поступательно движущихся деталей механизма и обеспечивает высокую надежность и бесшумность его работы про большой частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Цепной и ременный приводы распределительного вала также обеспечивают бесшумную работу газораспределительного механизма.

При нижнем расположении распределительный вал устанавливается в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом. Открытие и закрытие клапанов производится от распределительного вала через толкатели штанги и коромысла. Привод распределительного вала осуществляется с помощью шестерен от коленчатого вала. При нижнем расположении распределительного вала усложняется конструкция газораспределительного механизма и двигателя. При этом возрастают инерционные силы возвратно-поступательно движущихся деталей газораспределительного механизма. Число распределительных валов в газораспределительном механизме и число клапанов на один цилиндр зависят от типа двигателя. Так, при большем числе впускных и выпускных клапанов обеспечивается лучшие наполнение цилиндров горючей смесью и их очистка от отработавших газов. В результате двигатель может развивать большие мощность и крутящий момент. При нечетном числе клапанов на цилиндр число впускных клапанов на один клапан больше, чем выпускных.

Вал-шестерни: виды, характеристики, особенности и сферы применения

вал-шестерня

Потребность в производстве такой детали, как вал-шестерня, существует в самых разных промышленных сферах и является важным элементом во многих узлах и агрегатах, таких как промышленные редукторы и приводные механизмы.

Вал шестерня

Устройство газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания: назначение, принцип работы

Основное назначение газораспределительного механизма (ГРМ ) – своевременная подача горючей смеси из топлива и воздуха (топливо-воздушной смеси) в камеру сгорания и вывода газов из цилиндров двигателя.

Работа ГРМ заключается в своевременном открытии-закрытии впускных и выпускных клапанов за что отвечает клапанный механизм.

ustroistvo grmm

Фазовращатели и их функция

Большинство новых двигателей оснащено фазовращателями, которые дают возможность выполнять корректировку работы силового агрегата на основе числа оборотов коленвала. Это необходимо для того, чтобы получить максимальный вращательный момент в большем диапазоне оборотов.

разрезная шестерня ваз

Если взять любое руководство по эксплуатации авто, то в нем будут указаны такие характеристики, как мощность двигателя в лошадиных силах и максимальный вращательный момент, который мотор способен выдавать при определенных оборотах коленвала в минуту.

Вот взять, к примеру, распространенную модель «Рено-Логан». Двигатель способен выдавать при 6 тыс. оборотах коленвала 170 лошадиных сил. Максимальный крутящий момент составляет 270 Нм при 3250 об/мин. Из этих цифр видно, что показателя максимального вращательного момента можно достичь уже при средних оборотах. А наибольшая мощность становится доступной лишь после 6000 об/мин. Если такой мотор оснастить системой фазовращателей, у него будет более широкий диапазон, при котором двигатель выдаст самый высокий вращательный момент, а не тот, который заложен в конструкцию производителем.

Разрезная шестерня распредвала выполняет примерно такие же функции, что и фазовращатель. Эта деталь имеет схожую конструкцию, что и распределительный вал. Она может поворачиваться на определенные углы вперед либо назад.

Что называется зубчатой передачей

В терминологии непрофессионалов зубчатые передачи – это вращающиеся механические элементы, которые обычно используются для передачи вращения от одного элемента к другому. Простыми словами, шестерня – это вращающийся механический элемент, используемый для передачи крутящего момента от одной детали к другой.

Для этого их внешние обода непосредственно соприкасаются друг с другом, имея общие черты в виде зубьев соприкасающихся колес, так что вращательное движение одной зубчатой передачи приводит к вынужденному движению другой. Такая передача крутящего момента очень эффективна и результативна, так как при этом теряется очень мало энергии. Одним из основных плюсов использования зубчатых передач является то, что они обеспечивают максимальную выходную мощность. Различные зубчатые передачи могут работать с разной скоростью, передавать различные величины крутящего момента и даже преобразовывать горизонтальное движение в вертикальное.

виды зубчатых передач

Кроме того, обработка зубчатых колес может быть осуществлена таким образом, чтобы выдерживать очень высокие скорости вращения и силы, сохраняя при этом высокий уровень эффективности. Такая эффективность, а также их универсальность, сделала деталь зубчатое колесо популярной еще с древних времен, и сегодня их можно встретить практически везде, от самолетов до часовых механизмов.

Использование зубчатых передач можно проследить на протяжении тысячелетий, при этом основные элементы и конструкция сохранили свою актуальность и по сей день.

Многие люди, возможно, не знают, но сегодня на рынке существует целый ряд различных видов зубчатых колес. Каждый инженер-механик должен иметь базовое понимание основных типов существующих зубчатых передач.

Общее описание вал-шестерни

Вал-шестерня – это деталь, которая состоит из комплекса двух деталей, вала и шестерни, соединенных в одну. Такое исполнение детали, одновременно выполняет функцию и вала и шестерни. Принцип работы и назначение вала-шестерни это передача крутящего момента путем его вращения и зацепления зубчатых элементов с другим валом, так происходит передача момента вращения. В изготовлении используется углеродистая и легированная сталь. Вал-шестерни используются в работе при высоких оборотах и больших нагрузках. Единая конструкция детали при изготовлении дает возможность увеличить диаметр шестерни относительно вала более чем вдвое. Также монолитная конструкция вала шестерни дает ему надежность, нежели если шестерня изготавливается отдельно от вала и насаживается на него. Но стоит учитывать то, что при поломке комбинированного варианта вала-шестерни потребуется полная ее замена.

Сейчас использование вала-шестерни в виде единой детали наиболее популярное, чем отдельно вал и шестерня, и используется во многих промышленных механизмах. Исключением являются те узлы, где требуется движение шестерни по валу в процессе работы. Обычно это необходимо в трансмиссиях для переключения передач.

Различия валов-шестерней по типу определяется:

  • Ступенчатые, гладкие или полые валы;
  • С прямыми, косыми или круговыми зубьями.

Функция разрезной шестерни

Обычная шестерня, установленная на распределительном валу, предназначена для передачи крутящего момента с коленчатого на распределительный вал механизма газораспределения. Деталь представляет собой цельный элемент без каких-либо подвижных деталей. Разрезная шестерня состоит из двух компонентов – они могут перемещаться друг относительно друга. Такая конструкция позволяет менять углы распредвала, не влияя при этом на силу натяжения ремня ГРМ или приводной цепи.

разрезная шестерня распредвала

К примеру, эта деталь на двигателях ВАЗ может поворачивать вал на 5° в одну или в другую сторону. Здесь необходимо понимать, что изменить таким образом можно характеристики работы двигателя лишь в конкретных режимах – в верхних либо в нижних диапазонах.

Очень часто для увеличения мощности и других характеристик двигателя меняют распредвал и его шестеренку. Если произвести их замену, можно по-разному настраивать фазы газораспределения. Также появится возможность менять углы запаздывания клапанов. Если на двигатель вместо заводской устанавливается разрезная шестерня без замены распредвала, тогда можно изменить только углы перекрытия.

Принцип работы

Работу газораспределительного механизма сложно рассматривать отдельно, в отрыве от рабочего цикла двигателя. Ведь его основная задача – это вовремя открыть и закрыть клапана на определенный промежуток времени. Соответственно на такте впуска открываются впускные, а на такте выпуска – выпускные. То есть фактически механизм должен реализовывать рассчитанные фазы газораспределения.

Технически это происходит следующим образом:

  1. Коленчатый вал передает крутящий момент посредством привода на распределительный.
  2. Кулачок на распределительном валу нажимает на толкатель или коромысло.
  3. Клапан перемещается внутрь камеры сгорания, открывая доступ свежему заряду или отработавшим газам.
  4. После того как кулачок проходит активную фазу воздействия, клапан возвращается на место под действием пружины.

Стоит также отметить, что за полный рабочий цикл распредвал совершает 2 оборота, попеременно открывая клапана в каждом цилиндре, в зависимости от порядка их работы. То есть, например, при схеме работы 1-3-4-2 в один и тот же момент времени в первом цилиндре будут открыты впускные клапаны, а в четвертом выпускные. Во втором и третьем клапаны будут закрыты.

Из чего состоит зубчатая передача

Данный механизм в своем составе деталей является технически простым. Состоит он из небольшого количества элементов. Как правило, узлы, которые имеют простую конфигурацию, имеют наиболее больший срок службы, чем устройства со сложными механизмами. Независимо от того, насколько продвинулся технический прогресс, простые устройства выходят из строя намного реже. Этот факт делает его популярным в использовании и в наше время.

Тот факт, что это не все конструктивные преимущества, о которых вам будет полезно знать. Рассмотрим несколько подробно составляющие зубчатого колеса:

  • Корпус является незаменимой частью узла и присутствует в каждом виде передач. Служит для фиксации деталей при их работе и необходим для содержания в нем смазочных материалов. Материал, из которого производят корпус, должен быть стойким к коррозии, как правило — это чугун. Форма корпуса зависит от модели механизма, и в какой сфере деятельности он будет работать.
  • Второй деталью, о которой хотелось бы рассказать – зубчатые колеса. Когда разговор идет о колесах, на ум сразу приходит слово шестерни. В работе участвуют две шестерни, которые взаимодействуют друг с другом и передают крутящий момент. Одна шестерня является ведущей, вторая ведомой. Сила момента зависит от габаритов шестерней, количества зубьев, модуля и силы зацепления.
  • Вал является главной деталью в устройстве. Его задача заключается в передаче вращения зубчатому колесу с помощью зацепления зубьев этих двух деталей. Сам вал заставляет вращаться электродвигатель, он и является источником запуска всего устройства. Чтобы валы держались в корпусе и могли свободно вращаться, они сажаются на подшипники, методом запрессовки. Форма вала зависит от конструкции механизма и может быть исполнен в самых разных вариациях, например в ступенчатом виде.

Если говорить о шестернях, то немаловажным моментом является их форма. Друг от друга они могут отличаться количеством зубьев, их формой и углом наклона. Конкретный вид подбирается в зависимости от типа механизма и его характеристик. Шестерня и зубчатые колеса и есть основа всего движения, отсюда и вытекает название узла – зубчатая передача.

Образцы шестерней

Шестерни косозубые на заказ

Шестерни зубчатые колеса по чертежу

Изготовление шестерней на заказ

Шестерня прямозубая по чертежу

Изготовление шестерней

Шестерни квадроцикла - КПП

Характеристики изделия

На вал-шестерню прямозубую или косозубую приходится основная нагрузка при работе механизма, поэтому он наиболее поддержан износу и частому выходу из строя. Стоит добавить, что на долговечность работы вала-шестерни так же влияет условия и среда, в которой он работает. Наиболее большему износу подвергается валы-шесетерни с коническими зубьями, так как помимо естественной механической нагрузки, приходится еще осевая и радиальная с возможным последующим деформированием деталей. Если во время не проводить технический осмотр и обслуживание механизма, замены изношенных деталей, контроль смазочных материалов, то это грозит поломкой и полным выходом из строя всего узла.

Как это работает?

К примеру, вращательный момент изменится с 4000 оборотов в меньшую сторону, например, до 3000. Такого эффекта добиваются, поворачивая распредвал по направлению коленвала. При этом фазы газораспределения выставляют так, чтобы было небольшое опережение. Это воздействует на уменьшение угла закрытия впускных клапанов.

разрезная шестерня распредвала ваз

Но нужно помнить, что если двигатель раскрутится до максимально возможных оборотов, в его цилиндрах не будет уже такого плотного наполнения. Это не лучшим образом повлияет на скорость и выходную мощность.

Конструкция

Разрезная шестерня представляет собой два элемента – это зубчатый венец и ступица. Они соединяются между собой при помощи болтов. Отверстия для этого сделаны так, чтобы ступицу можно было провернуть по отношению к венцу. На распредвал ступица крепится посредством шпонки. Такая фиксация обеспечивает поворот ступицы вместе с распределительным валом.

Форма зуба и характеристики

Главным фактором колеса в зубчатой передаче являются зацепы или зубья. Зубья подразделяются на:

  • прямыми без отклонений по оси: такие колеса используется повсеместно.
  • косыми: намного улучшают уровень сцепления, но ухудшают КПД и эксплуатационные сроки;
  • шевронные позволяют снизить нагрузки на подшипник. Так как оси не давят на элемент, это выгодно при продолжительной работе;

внутренние — работают практически бесшумно и отлично функционируют на изгиб.

Этапы и процесс изготовления валов-шестерен

вал-шестерня редуктора

Изготовление валов-шестерней – это трудоемкий и сложный процесс, в который входит множество операций по механической обработке. Сюда входят: токарная, фрезерная обработка, зубофрезеровка, зубодолбежка, зубонарезные работы, сверление, термическая обработка, шлифовка. Все операции должны быть выполнены в соответствии по всем технологическим нормам, ГОСТам, с высокой точностью, для того чтобы получить максимальную плавную и бесшумную работу зубчатых зацеплений.

При производстве валов-шестерен необходимо учитывать все параметры и тонкости указанные в чертеже, модуль, диаметр, все допуска и вид термообработки.

Процесс изготовления вала-шестерни включает в себя:

  • Чтение чертежа и составление плана работ;
  • Закупка и подготовка подходящего материала в соответствии с техническим заданием;
  • Черновая токарная обработка, подготовка к чистовой обработке и приданию нужных форм;
  • Нарезка зубьев вала-шестерни;
  • Термическая обработка детали для получения необходимой твердости;
  • Шлифовка посадок под подшипник и окончательная проверка отделом контроля качества.

Технологии производства шестерней

Метод обкатки. Производство шестерней таким способом возможно с применением гребёнки – инструмента в форме зубчатой рейки с заточенной, режущей кромкой. Гребенка совершает поступательные или возвратно – поступательные движения относительно вращающейся вокруг своей оси заготовки.

Метод обкатки также возможен при помощи долбяка, имеющего форму режущего зубчатого колеса. Так как толщина металла не позволяет производить такой процесс одноэтапно, долбяк совершает возвратно – поступательные движения относительно заготовки несколько раз. Способ применим при производстве шестерней с внутренним зацеплением.

Возможна обкатка с применением червячной фрезы в качестве режущего инструмента, путём образования червячного зацепления с заготовкой шестерни. Нарезание зубцов шестерни производится при вращении червячной фрезы и заготовки под определённым углом относительно друг друга.

Основным преимуществом метода обкатки является возможность делать шестерни с различной формой зубцов одним и тем же инструментом, меняя его положение относительно заготовки на станке. Такая технология более точная, чем копирование.

Метод копирования (деления). Такое производство шестерней заключается в нарезании впадин зубчатого колеса режущей дисковой или пальцевой фрезой, поочерёдно поворачивающейся на один угловой шаг. Разновидностью приёма является штамповка и протягивание.

Горячее и холодное накатывание. Метод основан на термическом послойном нагреве заготовки и её деформации, для вырезания зубьев, с последующей обкаткой для придания форме точности.

Изготовление конических шестерен. Это обкатка заготовки в станочном зацеплении с воображаемым производящим колесом. В процессе движения инструмент срезает припуск, образуя боковые поверхности зубчатого колеса.

Производство вал – шестерни. Такой сборный механизм состоит из самого вала и зубчатого колеса, размер зубцов которого равен размерам впадин вала. Делается в сборе.

Основные причины для установки разрезной шестерни

Специалисты по тюнингу двигателей выделяют две причины, по которым многие устанавливают эту деталь. Стоит учитывать, что спортивный распределительный вал ничего не даст, если дополнительно не будет установлена разрезная шестерня распредвала (ВАЗ быстрее не поедет). При сборочных работах на заводе изготовитель часто отклоняется от данных, указанных в чертежах. Поэтому параметры моторов, предназначенных для одной модели автомобилей, отличаются от исходных. Эти погрешности составляют не более десяти градусов в каждую из сторон. Естественно, что это оказывает влияние на мощностные характеристики моторов. Установив разрезную шестеренку, владелец автомобиля получает возможность по необходимости настраивать и выполнять оптимизацию вращательного момента.

разрезная шестерня установка

Установка тюнингованых распределительных валов позволяет существенно нарастить крутящий момент силового агрегата. Разрезная шестерня ВАЗ – еще +5% к мощностным характеристикам. Это довольно неплохо.

Материалы

В машиностроении зубчатые передачи, в том числе, выполняют и силовые функции: нагрузки на зубья могут исчисляться тоннами. Обычно изготовление зубчатых колес предусматривает использование стали. Более мягкая сталь может использоваться для изготовления подшипников и валов. Для изготовления колес берут максимально жесткую сталь, так как они подвергаются максимальной нагрузке. Обычно материалы зубчатых колес — это не просто легированная или углеродная сталь, но и особые методы обработки — азотирование, закалка поверхностного уровня, цементирование.

В середине зацепы делаются более мягкими, чем на поверхности. Если зубья будут одинаково твердыми по всему объему, то они при постоянных нагрузках начнут ломаться и станут хрупкими. Этого допускать нельзя.

Поэтому каждая деталь после изготовления проходит дополнительно термическую закалку. В большинстве случаев термообработки хватает для повышения надежности деталей, но при изготовлении деталей для эксплуатации в высокоточных приборах требуется дополнительная обработка зубчатых колес — шлифовка.

Почему вам стоит обращаться в компанию «МеталлСервис»

Наша компания работает на своих станочных мощностях, что позволяет выполнять работы не только быстрее посредников, но и с более выгодной ценой за токарные услуги.

Работаем с любыми видами стали:

  • Черные виды сталей;
  • Цветные стали;
  • Нержавеющие стали;
  • Чугун.

Мы оказываем полный спектр услуг по металлообработке на современном, точном оборудовании с помощью качественного режущего инструмента, что позволяет нашим специалистам получать максимальной точности детали с чертежом заказчика.

Методика регулировки

Сегодня на автомобильном рынке есть шестерни, предназначенные для практически любых автомобилей от АвтоВАЗа. Для каждой модели имеется своя методика настройки. Рассмотрим принцип регулировки на примере ВАЗ-2108-2112.

ВАЗ-2108-21099

Итак, первым делом на шестеренке отмечают точки на подвижной и неподвижной части. Они нужны, чтобы выполнить правильный монтаж – все операции такие же, как и в случае со стандартной деталью. Далее, после того как нанесены точки, ставится на место разрезная шестерня. Установка ее ничем не отличается от стандартной. Затем можно надевать на только что установленную деталь ремень.

разрезная шестерня распредвала ваз 2108

Важно несколько раз проверить, что метки полностью совпадают. Для получения оптимальных характеристик необходимо вести контроль за степенью открытия клапанов. Данный показатель строго определен и задан на этапе проектирования конкретного распределительного вала. Если клапаны открыты на большую от паспортных данных величину, тогда ослабляют болты на шестеренке, которые расположены снаружи. Затем проворачивают распределительный элемент к внешней половине разрезного таким образом, чтобы параметр можно было без труда отрегулировать.

Когда удастся правильно выставить нулевое положение распределительного вала, необходимо выполнить более точную настройку фаз. Если верхний вал поворачивают в сторону вращения нижнего (коленчатого), таким образом увеличивают тягу. Крутящий момент будет доступен в среднем и низком диапазонах. Если разрезная шестерня распредвала (ВАЗ-2108 или другая модель авто, не столь важно) и непосредственно вал будут повернуты в сторону, обратную вращению коленчатого, то вырастает мощность.

Выполняя эту процедуру коррекции, важно не уйти от изначальной точки больше, чем на половину зуба на шкиве. Если шестерню регулируют для карбюраторов, то после каждой манипуляции с валом требуется коррекция угла зажигания. В противном случае будут наблюдаться перебои в работе системы.

16-клапанные двигатели ВАЗ-2110-2112

Если регулировка разрезной шестерни выполняется для этих моторов, то вместе с ней рекомендуется также устанавливать тюнингованные распределительные валы. Ориентироваться следует на отметки, сделанные на заводе-изготовителе. По ним приблизительно настраивают закрытие/открытие клапанов. Затем в положение верхней мертвой точки подводят поршень на первом и втором цилиндрах. Также на шестерню аккуратно надевают ремень.

регулировка разрезной шестерни

После этого необходимо установить индикаторы. Они помогут определить, как будут перемещаться клапаны. Нужно отыскать такое положение, при котором механизмы четвертого цилиндра окажутся полностью закрыты. Далее при помощи шестерни и индикатора настраивают закрытие. Затем можно закрутить фиксирующие болты, собрать силовой агрегат и выполнить тестовый заезд.

Классика ВАЗ

На классических восьмиклапанных двигателях шестерная выставляется по стандартным заводским отметкам. Далее настраивается закрытие клапанов. Первый и четвертый поршни выставляют в ВМТ. Ножки индикатора должны упираться в рокер.

разрезная шестерня

По очереди устанавливают точку, когда клапаны закрыты на первом цилиндре. После этого выставляется точное положение ВМТ на тюнингованной шестеренке. Не стоит забывать про передаточные числа на рокерах и точку, где установлен индикатор. Далее шестерню фиксируют, собирают и запускают двигатель.

Заключение

Таким образом, при помощи одной шестерни можно существенно улучшить исходные параметры вазовских моторов. Это довольно популярный тюнинг отечественных двигателей.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Максим Коновалов
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий