Alkūninis velenas: apibrėžimas, veikimo principas ir paskirtis

Alkūninis velenas: aiškus apibrėžimas, veikimo principas ir paskirtis automobilių varikliuose — konstrukcija, balansavimas, vibracijų slopinimas ir praktiniai patarimai.

Alkūninis velenas, kartais dar vadinamas alkūniniu, yra variklio dalis, kuri stūmoklių judesius aukštyn ir žemyn paverčia sukimusi. Tam alkūninis velenas turi vieną ar kelis išlinkimus — alkūnines iškiles (crank throws) — ant kurių montuojami jungiamieji strypai (jungiamoji trauklė). Kai stūmoklis juda aukštyn ir žemyn, jėga perduodama per jungiamąją trauklę ant alkūninio veleno alkūnės, o velenas sukais paverčia tiesinį judesį į rotacinį.

Konstrukcija ir pagrindinės dalys

Alkūninis velenas sudarytas iš kelių pagrindinių elementų:

• Galvos (main journals) — pagrindiniai guolių kontaktiniai paviršiai, ant jų velenas laikomas variklio blokelyje.
• Alkūninės iškiles (crankpins / rod journals) — poslinko vietos, prie kurių tvirtinami jungiamieji strypai.
• Skersiniai kaklai ir sparnai (webs) — jungia galvas ir alkūnes, suteikdami konstrukcijai standumą.
• Atsvarai (counterweights) — svoriai, išlygina stūmoklių ir jungiamųjų strypų keliamus inercinius momentus.
• Smagratis — dažnai montuojamas viename gale; jis kaupia energiją ir išlygina degimo impulsus (smagračiu).
• Sukimo ir vibracijos slopintuvai — kartais dedami kitame veleno gale, kad sumažintų torsines ir harmonines vibracijas (sukimo, vibracijos slopintuvai).

Veikimo principas

Alkūninis velenas paverčia stūmoklio tiesinį judesį į sukimosi momentą. Pagrindiniai principai:

• Stūmoklis juda cilindro viduje dėl degimo slėgio arba pavarų judesio.
• Jungiamasis strypas perduoda stūmoklio jėgą alkūninei iškilei; jos poslinkis sukuria sukimo momentą.
• Sukimo momentas perduodamas per veleną į sankabos veleną ar transmisiją, taip varant visus variklio agregatus.

Variklio tūris apskaičiuojamas pagal cilindro skersmenį (bore) ir stūmoklio eigą (stroke): vieno cilindro tūris ≈ pi/4 × skersmuo^2 × eiga, o viso variklio tūris — šią reikšmę padauginus iš cilindrų skaičiaus. Eiga tiesiogiai priklauso nuo alkūninio veleno iškilių poslinkio.

Balansavimas ir vibracijos

Stūmoklių darbai sukelia pulsacijas. Daugeliu atvejų variklyje naudojami keli cilindrai, kad atskirų degimo takų (taktų) sukeliamas pulsacijas sumažinti. Be to, alkūninis velenas turi atsvarus, kurie kompensuoja stūmoklių ir jungiamųjų strypų masės poveikį.

• Atsvarai pagerina pusiausvyrą ir sumažina vibracijas, nors padidina veleno masę.
• Sukimo slopintuvai (torsional dampers) sumažina veleno torsines harmonikas, kurios gali sukelti įtrūkimus arba triukšmą.
• Kai kuriuose varikliuose kartu naudojami balansiniai velenai (balancing shafts), ypač keturiacilindriuose montažuose, kad neutralizuotų antrines jėgas.

Medžiagos ir gamybos technologijos

Alkūniniai velenai gaminami iš skirtingų medžiagų ir technologijų, pagal reikalaujamą stiprumą bei biudžetą:

• Liejiniai velenai — pigesni, gaminami iš ketaus ar plieno lydinių, naudojami mažesnės apkrovos varikliuose.
• Kaltiniai (forged) velenai — dažnesni sportiniuose ir sunkiosios paskirties varikliuose dėl didesnio ištvermės ir ryšio tankio.
• Stakliniai/tekinti (machined from billet) — aukščiausios klasės sprendimas, kai reikalingas maksimalus tikslumas ir tvirtumas.
• Velenai dažnai apdorojami nitrinimu, indukciniu kietinimu ar šlifavimu, kad pagerėtų paviršiaus atsparumas dilimui.

Tepimas ir guoliai

Alkūninis velenas veikia per plokštelinius (shell) ar ritinius guolius, kuriuos tepa variklio alyva per alyvos galerijas. Svarbūs punktai:

• Alyvos slėgis ir srautas užtikrina tepimą tarp veleno ir guolių — prasta alyva arba žemas slėgis greitai sukels dėvėjimąsi.
• Guolių nusidėvėjimas, alyvos užteršimas ar perkaitimas gali sukelti alkūninio veleno pažeidimus ir variklio gedimus.
• Reguliari alyvos keitimas ir filtrų priežiūra — esminė veleno ilgaamžiškumo sąlyga.

Gedimai, diagnostika ir remontas

Dažni alkūninio veleno problemų požymiai:

• Neįprastas metalinis barškėjimas arba bildėjimas variklyje.
• Žemas alyvos slėgis arba alyvoje atsiradusios metalo drožlės.
• Padidėjusios vibracijos arba slydimas sankabos/drebulys sankabos srityje.

Galimi remonto veiksmai:

• Guolių paviršių tekinimas ir montavimas su mažesnio diametro įplaukomis (undersized bearings), jei velenas nėra per daug pažeistas.
• Veleno šlifavimas arba atstatymas, jei yra nedideli nuolaužai ar dėvėjimas.
• Veleno keitimas — kai pažeidimai arba įtrūkimai yra reikšmingi.
• Torsinių slopintuvų ir smagračių patikra bei keitimas — kad būtų sumažintos vibracijos ir pailgintas gyvenimas.

Paskirtis ir reikšmė

Alkūninis velenas yra kertinis variklio elementas: be jo negalimas sukimosi momentas, reikalingas ratams, generatoriui, pumpoms ir kitiems agregatams vesti. Gera veleno konstrukcija ir balansavimas leidžia pasiekti aukštesnius sūkius, didesnę naudingo darbo galią ir ilgesnį variklio tarnavimo laiką.

Priežiūra — patarimai

• Reguliariai keiskite variklio alyvą ir filtrus — tai labiausiai apsaugo guolius ir veleną.
• Stebėkite alyvos slėgį ir netinkamus variklio garsus — ankstyva diagnostika sutaupo dideles remonto išlaidas.
• Vairuotojai ir servisai turėtų atkreipti dėmesį į vibracijas ir netipinį triukšmą esant konkretiems sūkiams — tai gali būti ženklas apie balansavimo ar slopintuvo problemas.

Apibendrinant, alkūninis velenas atlieka esminę funkciją paverčiant stūmoklių tiesinį judesį į sukimosi momentą; jo konstrukcija, balansavimas, medžiagos ir teisinga priežiūra tiesiogiai lemia variklio patikimumą ir našumą.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra alkūninis velenas?

K: Kaip alkūninis velenas stūmoklio judesį paverčia sukimu?

K: Kokia yra smagračio paskirtis?

K: Kas yra alkūninio veleno virpesių slopintuvas?

K: Kodėl dideli varikliai paprastai turi kelis cilindrus?

K: Kas yra alkūninio veleno atsvarai?

K: Kodėl kai kuriuose varikliuose svarbūs priešvaržčiai?

Paieška pagal raidę