Die Kurbelwelle wird in einer Position parallel zur Längsachse des Kurbelgehäuses getragen und wird im Allgemeinen durch ein Hauptlager zwischen jeder Kröpfung gestützt. Die Kurbelwellenhauptlager müssen starr im Kurbelgehäuse gelagert sein. Dies geschieht üblicherweise durch Querstege im Kurbelgehäuse, einen für jedes Hauptlager. Die Stege bilden einen integralen Bestandteil der Struktur und tragen zusätzlich zur Abstützung der Hauptlager zur Festigkeit des gesamten Gehäuses bei. Das Kurbelgehäuse ist in einer Längsebene in zwei Abschnitte geteilt. Diese Teilung kann in der Ebene der Kurbelwelle liegen, so dass eine Hälfte des Hauptlagers (und manchmal der Nockenwellenlager) in einem Abschnitt des Gehäuses und die andere Hälfte im gegenüberliegenden Abschnitt getragen werden.
Die Kurbelwelle ist das Rückgrat des Hubkolbenmotors. Es ist den meisten Kräften ausgesetzt, die der Motor entwickelt. Sein Hauptzweck besteht darin, die Hin- und Herbewegung des Kolbens und der Pleuelstange in eine Drehbewegung zur Drehung des Propellers umzuwandeln. Die Kurbelwelle ist, wie der Name schon sagt, eine Welle, die aus einer oder mehreren Kurbeln besteht, die an bestimmten Punkten entlang ihrer Länge angeordnet sind. Die Kurbeln oder Würfe werden durch Schmieden von Versätzen in eine Welle geformt, bevor sie bearbeitet wird. Da Kurbelwellen sehr stark sein müssen, werden sie im Allgemeinen aus einer sehr starken Legierung wie Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl geschmiedet.
Eine Kurbelwelle kann einteilig oder mehrteilig aufgebaut sein. Abbildung zeigt zwei repräsentative Arten von massiven Kurbelwellen, die in Flugzeugtriebwerken verwendet werden. Die Vierhub-Konstruktion kann entweder bei Vierzylinder-Boxer- oder Vierzylinder-Reihenmotoren verwendet werden. Die Sechszylinder-Kurbelwelle wird bei Sechszylinder-Reihenmotoren, 12-Zylinder-V-Motoren und Sechszylinder-Boxermotoren verwendet. Kurbelwellen von Sternmotoren können einreihig, zweireihig oder vierreihig sein, je nachdem, ob der Motor einreihig, zweireihig oder vierreihig ist. Die Abbildung zeigt eine Kurbelwelle eines Sternmotors mit einem Hub. Egal wie viele Würfe sie haben mag, jede Kurbelwelle hat drei Hauptteile – einen Zapfen, einen Kurbelzapfen und eine Kurbelwange. Gegengewichte und Dämpfer sind, obwohl sie kein echter Teil einer Kurbelwelle sind, normalerweise daran befestigt, um Motorvibrationen zu reduzieren.
Der Zapfen wird von einem Hauptlager getragen und dreht sich darin. Er dient als Drehpunkt der Kurbelwelle. Es ist oberflächengehärtet, um den Verschleiß zu reduzieren. Der Kurbelzapfen ist der Abschnitt, an dem die Pleuelstange befestigt ist. Es ist außermittig von den Hauptjournalen und wird oft als Wurf bezeichnet. Zwei Kurbelwangen und ein Kurbelzapfen machen einen Wurf. Wenn eine Kraft auf den Kurbelzapfen in einer anderen Richtung als parallel oder senkrecht zu und durch die Mittellinie der Kurbelwelle ausgeübt wird, bewirkt dies, dass sich die Kurbelwelle dreht.
Die Außenfläche wird durch Nitrieren gehärtet, um die Verschleißfestigkeit zu erhöhen und die erforderliche Lageroberfläche bereitzustellen. Der Kurbelzapfen ist normalerweise hohl. Dies reduziert das Gesamtgewicht der Kurbelwelle und stellt einen Durchgang für die Übertragung von Schmieröl bereit. Bei frühen Motoren Der hohle Kurbelzapfen diente auch als Kammer zum Sammeln von Schlamm, Kohlenstoffablagerungen und anderen Fremdstoffen. Die Zentrifugalkraft schleuderte diese Substanzen nach außen aus der Kammer und verhinderte, dass sie die Pleuellagerfläche erreichten.
Aufgrund der Verwendung von aschefreien Dispergierölen verwenden neuere Motoren keine Schlammkammern mehr. Bei manchen Motoren wird ein Durchgang in die Kurbelwange gebohrt, damit Öl von der hohlen Kurbelwelle auf die Zylinderwände gespritzt werden kann. Die Kurbelwange verbindet den Kurbelzapfen mit dem Hauptzapfen. Bei einigen Konstruktionen erstreckt sich die Wange über den Zapfen hinaus und trägt ein Gegengewicht zum Ausgleichen der Kurbelwelle. Die Kurbelwange muss stabil konstruiert sein, um die erforderliche Steifigkeit zwischen dem Kurbelzapfen und dem Zapfen zu erhalten.
Die Zentrifugalkraft schleuderte diese Substanzen nach außen aus der Kammer und verhinderte, dass sie die Pleuellagerfläche erreichten. Aufgrund der Verwendung von aschefreien Dispergierölen verwenden neuere Motoren keine Schlammkammern mehr. Bei manchen Motoren wird ein Durchgang in die Kurbelwange gebohrt, damit Öl von der hohlen Kurbelwelle auf die Zylinderwände gespritzt werden kann. Die Kurbelwange verbindet den Kurbelzapfen mit dem Hauptzapfen. Bei einigen Konstruktionen erstreckt sich die Wange über den Zapfen hinaus und trägt ein Gegengewicht zum Ausgleichen der Kurbelwelle.
Die Kurbelwange muss stabil konstruiert sein, um die erforderliche Steifigkeit zwischen dem Kurbelzapfen und dem Zapfen zu erhalten. Die Zentrifugalkraft schleuderte diese Substanzen nach außen aus der Kammer und verhinderte, dass sie die Pleuellagerfläche erreichten. Aufgrund der Verwendung von aschefreien Dispergierölen verwenden neuere Motoren keine Schlammkammern mehr. Bei manchen Motoren wird ein Durchgang in die Kurbelwange gebohrt, damit Öl von der hohlen Kurbelwelle auf die Zylinderwände gespritzt werden kann.
Die Kurbelwange verbindet den Kurbelzapfen mit dem Hauptzapfen. Bei einigen Konstruktionen erstreckt sich die Wange über den Zapfen hinaus und trägt ein Gegengewicht zum Ausgleichen der Kurbelwelle. Die Kurbelwange muss stabil konstruiert sein, um die erforderliche Steifigkeit zwischen dem Kurbelzapfen und dem Zapfen zu erhalten. In die Kurbelwange wird ein Durchgang gebohrt, damit Öl von der hohlen Kurbelwelle auf die Zylinderwände gespritzt werden kann. Die Kurbelwange verbindet den Kurbelzapfen mit dem Hauptzapfen.
Bei einigen Konstruktionen erstreckt sich die Wange über den Zapfen hinaus und trägt ein Gegengewicht zum Ausgleichen der Kurbelwelle. Die Kurbelwange muss stabil konstruiert sein, um die erforderliche Steifigkeit zwischen dem Kurbelzapfen und dem Zapfen zu erhalten. In die Kurbelwange wird ein Durchgang gebohrt, damit Öl von der hohlen Kurbelwelle auf die Zylinderwände gespritzt werden kann. Die Kurbelwange verbindet den Kurbelzapfen mit dem Hauptzapfen. Bei einigen Konstruktionen erstreckt sich die Wange über den Zapfen hinaus und trägt ein Gegengewicht zum Ausgleichen der Kurbelwelle. Die Kurbelwange muss stabil konstruiert sein, um die erforderliche Steifigkeit zwischen dem Kurbelzapfen und dem Zapfen zu erhalten.
In jedem Fall muss die Art der Kurbelwelle und die Anzahl der Hubzapfen mit der Zylinderanordnung des Motors übereinstimmen. Die Position der Kurbeln auf der Kurbelwelle im Verhältnis zu den anderen Kurbeln derselben Welle wird in Grad ausgedrückt.
Die einfachste Kurbelwelle ist die Einfachhub- oder 360°-Kurbelwelle. Dieser Typ wird in einem einreihigen Sternmotor verwendet. Es kann ein- oder zweiteilig aufgebaut werden. Bei Verwendung dieses Kurbelwellentyps sind zwei Hauptlager (eines an jedem Ende) vorgesehen. Die Zweigang- oder 180°-Kurbelwelle wird bei zweireihigen Sternmotoren verwendet. Beim Sternmotor ist für jede Zylinderreihe eine Kröpfung vorgesehen.
Kurbelwellenausgleich
Übermäßige Vibrationen in einem Motor führen nicht nur zu einem Ermüdungsbruch der Metallstrukturen, sondern verursachen auch einen schnellen Verschleiß der beweglichen Teile. In einigen Fällen werden übermäßige Vibrationen durch eine nicht ausgewuchtete Kurbelwelle verursacht. Kurbelwellen sind für statisches und dynamisches Gleichgewicht ausgewuchtet. Eine Kurbelwelle ist statisch ausgewuchtet, wenn das Gewicht der gesamten Baugruppe aus Kurbelzapfen, Kurbelwangen und Gegengewichten um die Drehachse ausgeglichen ist. Bei der statischen Gleichgewichtsprüfung wird es auf zwei Messerkanten gelegt. Wenn die Welle dazu neigt, sich während des Tests in eine Richtung zu drehen, ist sie aus dem statischen Gleichgewicht geraten.
Dynamische Dämpfer
Eine Kurbelwelle ist dynamisch ausgewuchtet, wenn alle Kräfte, die durch die Kurbelwellendrehung und Kraftimpulse erzeugt werden, in sich ausgeglichen sind, so dass beim Betrieb des Motors wenig oder keine Vibrationen erzeugt werden. Um die Vibrationen während des Motorbetriebs auf ein Minimum zu reduzieren, sind dynamische Dämpfer in die Kurbelwelle integriert. Ein dynamischer Dämpfer ist lediglich ein Pendel, das an der Kurbelwelle so befestigt ist, dass es sich in einem kleinen Bogen frei bewegen kann. Es ist in die Gegengewichtsbaugruppe integriert. Einige Kurbelwellen enthalten zwei oder mehr dieser Baugruppen, von denen jede an einer anderen Kurbelwange befestigt ist. Der Weg des Pendels und damit seine Schwingfrequenz entspricht der Frequenz der Kraftimpulse des Motors. Wenn die Schwingungsfrequenz der Kurbelwelle auftritt, schwingt das Pendel außer Takt mit der Kurbelwellenschwingung,
Die Konstruktion des in einem Motor verwendeten dynamischen Dämpfers besteht aus einem beweglichen geschlitzten Stahlgegengewicht, das an der Kurbelwange befestigt ist. Zwei spulenförmige Stahlstifte ragen in den Schlitz und gehen durch übergroße Löcher im Gegengewicht und in der Kurbelwange. Der Durchmesserunterschied zwischen den Stiften und den Löchern sorgt für einen Pendeleffekt. Eine Analogie zur Funktionsweise eines dynamischen Dämpfers ist in Abbildung dargestellt.
