Шкив – это фрикционное колесо с ободком или небольшой канавкой по окружности. Их назначение – передача движения приводному ремню или канату. Они используются, в основном, в ременных передачах. Трудно представить современную технику без шкивов. Благодаря применению высококачественных запасных частей техника получает долговечность и износостойкость.
Для изготовления шкивов ременных передач используют сталь, чугун, легкие сплавы, дерево и пластмассы. Наружная часть шкива с установленными ремнями – обод, а помещаемая на вал центральная часть – ступица. Для соединения обода со ступицы используют спицы или диск. Если существует возможность надевания шкива на вал с конца, он делается неразъемным, в противном случае – разъёмным. Как правило, разъём делают по спицам.
У шкивов плоскоременной передачи обод может быть цилиндрическим или слабовыпуклым. Выпуклость обеспечивается для того, чтобы выполнить центрирование ремня. Поскольку выпуклость на ободе негативно влияет на долговечность ремня, выпуклый обод имеется обычно лишь у приводного шкива. У шкивов клиноременной передачи обод оснащают клиновидными канавками.
Виды
- Клиновые. Передают момент с помощью клиновых ремней. Используются для вентиляционного, горнодобывающего, сельскохозяйственного и прочего оборудования.
- Зубчатые. Передают момент с помощью зубчатых ремней. Вращательное движение передается посредством зацепления зубьев ремня и шкива. Используются в полиграфической, пищевой, текстильной, промышленности и др.
- Поликлиновые. Превосходно сочетают в себе надежную передачу мощности и эластичность. Выдерживая работу в тяжелых условиях эксплуатации, они часто используются в приводах в машиностроении.
- Вариаторные. Вариатор – механическая передача, обеспечивающая бесступенчатое изменение передаточного отношения в определенном диапазоне регулирования. Используются в приводах автомобилей, конвейеров, станков, сельскохозяйственной и другой техники.
- Плоскоременные. Их используют в плоскоременной передаче. Сфера применения – изготовление кузовов, различных станков, генераторов, вентиляционных установок, сельскохозяйственных машин и др.
- Круглоременные шкивы. С их помощью обеспечивается передача малой мощности. Особенности круглоременной передачи – гибкость и эластичность.
В целом, шкивы изготовляются из разных материалов, находя широкое применение в промышленности.
В любом двигателе внутреннего сгорания привод основных и вспомогательных механизмов осуществляется от коленчатого вала с помощью шкива и ремня. О том, что такое шкив коленвала, какие его типы существуют, как он устроен и функционирует, а также о замене и ремонте шкива читайте в предложенной статье.
Назначение и роль
Любой двигатель внутреннего сгорания содержит несколько систем, для работы которых требуется источник механической энергии. К таким системам относится газораспределительный механизм, системы смазки и охлаждения, контактные системы зажигания с прерывателем-распределителем, системы подачи топлива и другие. Источником энергии для всех этих систем выступает коленчатый вал — именно от него отбирается часть крутящего момента, который используется для привода валов, насосов, генератора и других агрегатов. При этом в двигателе используется несколько отдельных приводов: ременной или цепной привод ГРМ и шестеренчатые приводы агрегатов. Здесь мы рассмотрим только ременные приводы, в состав которых входит шкив коленчатого вала.
Шкив коленвала — деталь ременного привода ГРМ и других вспомогательных механизмов двигателей внутреннего сгорания (как бензиновых, так и дизельных). Шкив располагается на носке (то есть, в передней части) коленчатого вала, с его помощью осуществляется привод распределительного вала (или валов), а также ряда агрегатов — жидкостного насоса (помпы), генератора, насоса ГУР, вентилятора охлаждения, компрессора кондиционера, компрессора пневматической системы и других.
Также шкив коленвала может выполнять две вспомогательные функции:
- Отслеживание угловой скорости и положения коленчатого вала с помощью соответствующего датчика;
- Демпфирование колебаний, возникающих при пуске/остановке двигателя и на переходных режимах.
В целом, шкив коленвала, несмотря на свою простоту и незаметность, является важной деталью любого современного двигателя. Сегодня существует большое разнообразие этих компонентов, и все они решают различные задачи.
Типы и конструктивные особенности
В двигателях используется два основных типа шкивов коленвалов, которые отличаются конструкцией и назначением:
- Ручейковые шкивы под клиноременную передачу;
- Зубчатые шкивы под зубчатый ремень.
Ручейковые шкивы — это классическое решение, которое используется на двигателях внутреннего сгорания с самого их появления. Внешняя поверхность такого шкива имеет один или несколько ручьев V-образной формы, в которые входит ремень соответствующей формы (клиновый или поликлиновый). Такие шкивы используются только в клиноременных передачах, в которых нет необходимости точной установки коленвала и агрегатов друг относительно друга. К таким передачам относятся привод водяной помпы, генератора, компрессора кондиционера, воздушного компрессора, вентилятора и насоса ГРМ.
Зубчатые шкивы — это современное решение, которое находит применение на двигателях последние два-три десятка лет. Такие шкивы используются в передачах с зубчатыми ремнями, которые заменяют цепной привод ГРМ. Зубчатые шкивы коленвала и агрегатов и соединяющий их зубчатый ремень обеспечивает определенное положение агрегатов друг относительно друга. В большинстве случаев зубчатый шкив используется для привода ГРМ и водяной помпы, а привод остальных агрегатов осуществляется отдельной клиноременной передачей.
Также существуют комбинированные шкивы, который представляют собой конструкцию из зубчатого и клинового (либо поликлинового) шкивов. Такие шкивы используются для привода ГРМ и ряда вспомогательных агрегатов двигателя. Клиновых/поликлиновых шкивов в такой конструкции может быть несколько (до четырех).
Все указанные шкивы по конструкции делятся на два типа:
- Цельнолитые/фрезерованные;
- Составные демпфированные.
Шкивы первого типа — это цельные детали, отлитые или выточенные из одного куска металла (чугуна или стали). Такие шкивы наиболее просты и дешевы, однако передают на агрегаты все колебания, возникающие при вращении коленчатого вала.
Шкивы второго тип являются составными, они состоят из ступицы и венца, соединенных через резиновое кольцо. За счет наличия резинового кольца осуществляется развязка ступицы и венца, поэтому возникающие при вращении коленвала колебания и вибрации ослабляются. Такие шкивы более тяжелы, сложны и дороги, однако это окупается лучшей надежностью и долговечностью всего ременного привода.
Также шкивы делятся на две группы по типу крепления:
- Крепление с помощью центрального болта и шпонки;
- Крепление на несколько (2-6) болтов.
В современных двигателях шкив коленчатого вала, особенно в случае ременного привода ГРМ, чаще всего крепится на одном болте, а удерживается от проворачивания с помощью шпонки. Вспомогательные шкивы могут крепиться с помощью нескольких болтов, причем монтаж выполняется на ступицу, которая является либо продолжением звездочки цепного привода ГРМ, либо отлита на носке коленвала, либо является самостоятельной деталью с шпоночным креплением на носке вала.
На шкивах современных двигателей помимо ручейков или зубцов под ремень может быть выполнен зубчатый венец для работы датчика положения коленчатого вала (ДПКВ). Венец является так называемым задающим диском датчика коленвала, он может быть отлитым вместе со шкивом, либо выполняться в виде отдельной детали с креплением на болтах.
Любой шкив коленвала при изготовлении подвергается балансировке для устранения колебаний и биений. Для удаления излишков металла в шкиве высверливаются небольшие углубления.
Вопросы замены и ремонта
Шкив коленвала — деталь надежная и долговечная, однако со временем возможно его повреждение и выход из строя. При обнаружении износа зубчатого шкива, а также в случае появления трещин, сломов, деформаций и иных повреждений шкив следует демонтировать и заменить на новый. Демонтаж шкива также может потребоваться и при выполнении ремонтных работ на двигателе.
Процесс замены шкива коленвала зависит от типа его крепления. Наиболее просто снять шкив на болтах — достаточно выкрутить болты, при этом следует зафиксировать коленчатый вал, не допуская его проворачивания.
Демонтаж зубчатого шкива на одном болте несколько сложнее и в общем случае выглядит следующим образом:
- Зафиксировать автомобиль, подложив под колеса упоры, в случае бензинового двигателя снять с катушки зажигания разъем (для того, чтобы стартер проворачивался, но двигатель не запустился), в случае дизельного двигателя снять разъем с клапана подачи топлива ТНВД;
- Обработать болт каким-либо средством, которое поможет сорвать крепеж с места без его поломки;
- Надеть на болт ключ с длинной рукояткой, она должна доставать до пола, либо дополнительно использовать трубу;
- Прокрутить стартером двигатель — в этом случае болт должен провернуться. Если не получится с первого раза, то можно повторить;
- Выкрутить болт;
- С помощью специального съемника демонтировать шкив с носка коленчатого вала.
Следует заметить, что для доступа к шкиву в автомобилях с продольным расположением двигателя лучше воспользоваться смотровой ямой, а в автомобилях с поперечным расположением двигателя придется демонтировать правое колесо.
При срыве болта следует соблюдать осторожность — он ввернут с большим усилием, поэтому довольно высок риск его поломки. Снимать шкив с коленвала рекомендуется с помощью специального съемника, хотя можно воспользоваться и простой монтажной лопаткой, но в этом случае также следует соблюдать осторожность. На некоторых шкивах предусмотрены специальные резьбовые отверстия, в которые можно ввернуть болты и снять шкив. Однако в этом случае под вворачиваемые болты следует подкладывать стальной лист, так как болт может продавить переднюю стенку блока двигателя или другие расположенные под ним детали.
Монтаж шкива коленчатого вала осуществляется в обратном порядке. Однако здесь может возникнуть сложность, так как шкив плотно устанавливается на носок коленвала, что требует больших физических усилий. Место посадки шкива для облегчения его монтажа можно обработать консистентной смазкой.
При правильной замене шкива коленчатого вала все агрегаты двигателя будут работать нормально, обеспечивая надежное функционирование всего силового агрегата.
Шкив — это приводное колесо для передачи или получения крутящего момента от приводного ремня. Ременная передача использовалась людьми с античных времен, в средние века началось массовое ее применение в деревенских прялках. С началом промышленной революции ими оснащался каждый станок. В наши дни шкивы широко применяются в двигателях внутреннего сгорания, станках, бытовых приборах, ручном электроинструменте. Приводные ремни и колеса подверглись стандартизации – это позволяет добиться их взаимозаменяемости. Стандартизованы также правила и приемы изображения деталей на чертежах.
Применение шкивов
Клиновые приводы – одни из самых широко используемых в самых различных механизмах и устройствах с высоким крутящим моментом и угловой скоростью. Прежде всего- это двигатели внутреннего сгорания.
Кроме того, клиноременные пары применяются в таких областях, как:
- вентиляторы и кондиционеры;
- компрессорные установки, как поршневых, так и винтовых;
- транспортные системы зданий: лифты, эскалаторы, травелаторы;
- сельхозмашины;
- дорожно-строительная техника;
- горные машины;
- промышленные технологические установки;
- станки;
- бытовая техника;
- ручной электроинструмент;
и во многих других отраслях.
Зубчатые передачи используются в тех случаях, когда требуется передать значительный крутящий момент без пробуксовок. Зубчатоременной привод не требует сильного натяжения для хорошего сцепления. Он дает существенно меньшую радиальную нагрузку на ось, чем другие ременные передачи.
Применяются такие приводы в:
- автомобильных моторах, для механизма газораспределения;
- силовых приводах станков и промышленных механизмов;
- в технологических установках пищевой, фармацевтической, химической отрасли.
Поликлиновые шкивы отлично справляются в так называемых серпантинных передачах, когда один привод снабжает энергией вращения много потребителей, и при этом следует по весьма извилистой траектории. Поликлиновые передачи позволяют передавать значительные моменты и достигать больших оборотов без увеличения габаритов.
Их используют как в тяжелом машиностроении, так и в производстве бытовой техники.
Вариаторные приводные колеса применяются везде, где необходимо без остановки вращения и снятия нагрузки плавно изменять обороты и крутящий момент. Они популярны в таких сферах, как:
- трансмиссии автомобилей, мотоциклов, другого колесного транспорта;
- конвейеры;
- точные станки для обработки металла, дерева и других материалов;
- сельхозмашины.
Современный вариатор превосходит по своим эксплуатационным характеристикам и ручные, и гидравлические трансмиссии.
Плоскоременные приводы используются там, где требуется передать вращение на значительные расстояния (до 7-9 м) и погасить удары, толчки и другие динамические нагрузки, передаваемые от ведущего вала к ведомому (или в обратном направлении).
Они применяются:
- в прессовом и другом кузнечном оборудовании;
- в приводах лесопилок;
- в технологическом оборудовании текстильной промышленности;
- в мощных центробежных насосах.
Круглоременные приводы используются для малонагруженных передач в точных приборах, бытовой электронике и технике.
Они также легко перекрещиваются и, при посредстве дополнительных пассивных шкивов позволяют связывать ведомый и ведущий валы, находящиеся в разных плоскостях и под углом друг к другу, а также изменять направление вращения.
Изображение шкива на чертежах
Из чертежа изделия должно быть полностью понятно его устройство, размеры и способ изготовления. Для стандартных изделий на чертеже обязательно наносится обозначение шкивов.
Чтобы правильно и точно изготовить нестандартный шкив, чертеж его должен соответствовать определенным требованиям. Правильно выбрать угол канавки шкива можно, если воспользоваться для чертежа стандартным рядом уклонов.
Шкив обычно изображается на чертежах в двух видах:
- разрез секущей плоскостью, проходящей через ось вращения;
- вид сбоку.
Вид сбоку, как и для других деталей с осевой симметрией, приводят не полностью, а в половину. Для шкивов, имеющих в своей конструкции спицы, допустимо не изображать все, а привести чертеж одной детали с указанием их количества.
Разрез требуется строить так, чтобы в его плоскости находилась хотя бы одна спица. Спицы на разрезе штриховать не требуется. Если же деталь выполнена сплошной, плоскость разреза штрихуется, как обычно на чертеже.
Основные размеры и параметры, такие, как:
- диаметр обода и ступицы;
- профиль клинового ремня;
- радиусы сопряжения;
- уклоны канавки и т. п., наносятся на разрезе.
На дополнительном виде чертежа изображают сечение спицы. Если форма его переменная, то делают несколько дополнительных видов чертежа.
Изображение места крепления под шпонку с размерами и указанием качества поверхности также выносится на дополнительный вид чертежа.
Если вместо спиц для облегчения конструкции в теле детали предусмотрено несколько отверстий, их число и размеры указываются на разрезе, а вид сбоку на чертеже допустимо не строить.