Коленчатый вал должен выдерживать высокие нагрузки
Сегодня в современных автомобилях в двигателях используется коленвал, с каждой стороны которого находится подшипник. Со временем подшипники изнашиваются и между ними и поверхностью коленвала появляется люфт, что приводит к износу коленвала.
К счастью, современная конструкция двигателя способна долгое время выдерживать большие нагрузки. В том числе способны выдерживать нагрузку и современные коленчатые валы. Например, в дизельном современном двигателе каждый ход шатуна испытывает от воспламенения топлива нагрузку в 10 000 кг, которая, естественно, передается на коленвал.
Итак, на короткое время в одно мгновенье на шатуне присутствует сила, эквивалентная десяти тоннам, которая воздействует на коленвал. И это мы говорим только об одном шатуне. Вы представляете, какую нагрузку получает коленвал в восьмицилиндровом моторе?
И это еще не все. В зависимости от конструкции двигателя коленчатые валы также подвержены вибрациям. Поэтому многие автопроизводители стараются сделать коленчатые валы достаточно прочными и долговечными. Например, коленвал может быть изготовлен из высококачественной стали. Особенно для мощных турбированных высокооборотистых дизельных двигателей.
Для атмосферного (нетурбированного) бензинового двигателя коленвал может быть уже не столь прочен. Поэтому производители часто еще недавно многие коленчатые валы изготавливали из чугуна. Сегодня же в мире наблюдается тенденция по снижению веса автомобиля. В первую очередь двигателя.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ “ДЕФЕКТАЦИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА”.
Департамент образования и науки Кемеровской области
Государственное профессиональное образовательное учреждение
«Яшкинский техникум технологий и механизации»
ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ
МДК 01.02 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта
Специальность: 23.02.03 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта
Преподаватель профессионального цикла:
Лошкарев Виктор Александрович
ДЕФЕКТАЦИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
· подготовка исходных данных для дефектации деталей;
· определение технического состояния деталей;
· сортировка деталей по результатам контроля;
· назначение способа ремонта и содержания операций по дефектной технологии;
· оформление отчета о результатах работы.
Конструктивно-технологическая характеристика детали
Отклонения радиуса кривошипа не должны превышать значения ± 0,05 мм.
Шероховатость поверхности шеек не грубее Ra = 0,32 мкм.
Коленчатые валы должны быть динамически отбалансированы.
Установочной базой служат фаски в отверстиях под храповик и под подшипник ведущего вала коробки передач.
Вид и характер дефектов. Способы их устранения
В процессе работы на коленчатый вал воздействуют силы трения, вибрация, знакопеременные нагрузки, среда и др. Это вызывает появление износов, нарушение качества поверхности шеек коленчатого вала (задиры, риски, коррозия), механические повреждения (трещины, дефекты резьб), отклонения расположения. Скрытые дефекты определяются при помощи люминесцентных (ЛДА-З, ЛД-2), магнитных (МДВ, 77МД-l, МЭД-2) и ультразвуковых (УЗД-7Н) дефектоскопов.
Возникающие дефекты устраняются обработкой под ремонтные размеры (РР), слесарно- механической обработкой, наплавкой под слоем легирующего флюса. Биение устраняется пластическим деформированием (правкой).
Оборудование и оснастка рабочего места
Лабораторный стол, плита поверочная, призмы, стойка микрометра C-IV, лупа 4-кратного увеличения, микрометр 50 – 75 мм, микрометр 0 – 25 мм, микрометр 25 – 50 мм, микрометр
125 – 150 мм, нутромер индикаторный 10 – 18 мм, нутромер индикаторный 50 – 100 мм, штангенциркуль ШЦ-I-160-0,1, штангенрейсмус ПР-250-0,05, индикатор часового типа.
Технологическая инструкция на дефектацию коленчатого вала
Гильзовые двигатели
Силовые агрегаты со съемными гильзами обработать при помощи хона несколько сложнее, поскольку их проблематично вертикально закрепить на станке.
Поставщики готовых гильз уверяют, что их товар успешно прошел процесс хонингования и не требует никакой дополнительной обработке. Верить этому нежелательно, поскольку если окажется, что обработка не была проведена, силовой агрегат не сможет полноценно работать и быстро выйдет из строя. Чтобы этого избежать, рекомендуется хонинговать даже новые гильзы.
Чтобы равномерно прижать гильзы, обеспечив их строгое вертикальное положение, применятся толстая прокладка, которая по форме напоминает головку блока. В ней есть необходимые отверстия, поэтому использование прокладки нисколько не мешает хонингованию.
Пластина крепится к блоку после монтажа гильз и зажимается, как и полноправная головка блока цилиндров, в строгой последовательности и с соблюдением моментов затяжки. После чего проводится обработка хоном, как и в случае с безгильзовым блоком цилиндров.
Применение имитирующей пластины позволяет минимизировать несоблюдение размеров. Хонингование в данном случае можно разделить на четыре этапа:
- Грубая обработка. Этот процесс предусматривает снятие большей части металла. Им можно заменить процесс расточки. Для его проведения потребуется много смазывающе-охлаждающей жидкости, а также алмазные хоны.
- Обработка хоном зернистостью 150.
- Обработка хоном зернистостью 300-500.
- Крацевание. Этот процесс не предусматривает снятие металла и изменение обрабатываемого диаметра, а используется лишь для очистки поверхности от абразивных остатков. В качестве инструмента крацевания применяют нейлоновые щетки с добавлением кремниевых кристаллов.
Некоторые автомобилисты уверены, что хонингование можно выполнить дома самостоятельно, используя лишь дрель или перфоратор. Это ошибочное заблуждение, поскольку обеспечить необходимую точность и шероховатость в домашних условиях вряд ли получится — обработанные таким способом цилиндры не смогут проработать долго, что приведет к быстрому выходу мотора из строя.
Процесс хонингования следует выполнять только на определенных станках специалистами, имеющими опыт и необходимое оборудование. Только тогда вы получите качественно обработанные цилиндры, которые смогут прослужить достаточный период времени.
Строение коленвала
Коленчатый вал состоит из сегментов (шеек), которые смещены относительно центральной оси детали. Как будто ее нарезали на куски, взаимно сместили сегменты, и соединили специальными элементами (щеками).
Две крайние шейки центрированы по оси, при вращении они остаются на месте. Коренные шейки закреплены в корпусе двигателя. Шатунные шейки двигаются по кольцевым орбитам, к ним посредством шатунов крепятся поршни.
Часть соединительных щек имеет особую форму с большими выступами, направленными против положения шатунов. Это противовесы, обеспечивающие уравновешивание колебательной системы. Это позволяет снизить нагрузки и вибрацию.
В шатунных шейках высверлены специальные каналы, по которым подается моторное масло для смазки подшипников. Весь коленвал цельный, выточен из одного куска стального сплава. Сборные кривошипы сегодня не применяются из-за низкой надежности.
Датчики, сальники и другие детали
Через специальный шкив коленвала посредством ременной передачи осуществляется отбор мощностей. Это нужно, чтобы приводить в действие ряд вспомогательных механизмов: генератор, масляную помпу, ГРМ и т. д. Без этих систем двигатель автомобиля работать не будет.
На шкиве установлен считывающий диск датчика коленвала, который необходим для корректной работы электронных систем. Именно этот сенсор позволяет ЭБУ синхронизировать работу впрыска топлива, зажигания и других систем, необходимых для нормального функционирования мотора.
Во время работы кривошип испытывает высокие механические нагрузки. Если не обеспечить правильную смазку, проблемы коленвала могут появиться достаточно быстро. Поэтому все подшипники коленчатого вала интенсивно смазываются маслом через специальные каналы.
В местах, где эта деталь выходит из блока двигателя, установлены сальники коленвала, чтобы смазочная жидкость не вытекала наружу. Сегодня эти элементы изготавливают из силиконового или фторкаучукового материала.
Присадка Супротек Актив Плюс Бензин для бензинового двигателя
Присадка для бензиновых и газовых двигателей с пробегом более 50 000 км. Может применяться для форсированных и турбированных двигателей.
2.1 Выбор рационального способа восстановления ступицы шкива коленчатого вала
Рациональный
способ восстановления деталей определяем, пользуясь критериями: применяемости,
долговечности и технико-экономической целесообразности.
Рассмотрим
способы восстановления поверхности, работающей в соединении с резиновыми или
войлочными сальниками.
а)
Технологический критерий (критерий применимости). Исходя из твердости
поверхностного слоя ступицы под сальник (HRС не менее 48), рассмотрим выше перечисленные способы
восстановления по критерию применимости Кп=ƒ(МД , ФД, ДД, NД, ΣТi). Критерий применимости является технологическим
критерием и определяет принципиальную возможность применения различных способов
восстановления.
Основные неисправности коленчатого вала двигателя
Поломка коленчатого вала. Причины выхода из строя. Ремонт коленвала.
Коленчатый вал силового агрегата постоянно находится под высокими нагрузками, вследствие чего он является одной из самых уязвимых деталей, восстановление которой занимает много времени и стоит недешево.
На коленвал постоянно воздействуют различные силы, начиная от высокого давления газов, которое вызвано работой поршневой группы, неправильными условиями эксплуатации автомобильного двигателя и заканчивая постоянно возникающим большим уровнем инерции. Заметим, что коленчатый вал относится к элементам, которым постоянно приходится испытывать всю силу циклических нагрузок, негативно отражающихся на целостности материала изготовления и значительно снижающих его прочность.
Особенности восстановления работоспособности коленвалов
Зачастую причиной выхода коленвала из строя является недостаточный уровень моторного масла, его неудовлетворительное состояние, продолжительная работа непрогретого силового агрегата на максимальных оборотах. Среди основных повреждений выделяют наличие задиров на шейках вала, износ подшипников, присутствие серьезной выработки на поверхности, расплавление вкладышей вследствие их постоянного перегрева.
Устранить задиры можно, отшлифовав шейки коленчатого вала. При этом для этой процедуры существует несколько ремонтных размеров. Однако в процессе шлифовки возникает более серьезная проблема, которая связана с нагревом поверхности шейки, и снижением в связи с этим ее прочности. В результате разогрева сторон шеек нарушается геометрия коленвала — он искривляется, что может привести к его заклиниванию либо серьезному повреждению. В таком случае полностью восстановить вал вряд ли удастся, потребуется его замена.
Увы, но шлифовка является распространенной практикой ремонта коленчатого вала. Ошибочно мнение большинства даже самых опытных мотористов и автомехаников, что после ее проведения полностью восстановятся все характеристики детали, и она может продолжать работать, как и прежде
При этом нарушение геометрии детали можно попросту не принимать во внимание. В результате получается, что и распредвал начинает функционировать некорректно, увеличивается износ деталей ГРМ, нарушается герметичность сальников, изгиб шеек приводит к повреждению и выработки их посадочных мест, силовой агрегат начинает сильно вибрировать, значительно увеличивается потребление топлива
Нетрудно подсчитать центробежную силу, возникающую при вращении коленчатого вала силового агрегата со средними характеристиками (мощность, объем и т. д.). Эта цифра никогда не была маленькой. Ее среднее значение 8кН. Даже, несмотря на эту величину, единственным применяемым методом восстановления коленчатого валя, к сожалению, все равно является его шлифовка.
Характерные неисправности коленчатого вала
К наиболее распространенным из них относятся:
- нарушение геометрии коленвала;
- наличие деформаций (сколов, вмятин, царапин и т. д.) на поверхности вала;
- разбалансировка коленчатого вала, которая зачастую вызвана его искривлением;
- выработка отверстий масляных каналов, их засорение и прочие повреждения;
- пригорание вкладыша вследствие перегрева коленвала. (на различных типах автотранспорта эта неисправность характеризуется по-разному: на легковых авто на коленвале появляются задиры, а на грузовой технике ввиду повышенных нагрузок вкладыш пригорает моментально).
Все эти неисправности вызывают повышенный износ, как самого коленчатого вала, так и других элементов силового агрегата.
Главное – это соблюдение всех рекомендаций производителя, которые указаны в сервисной книге автомобиля. Основной критерий продолжительной работоспособности этого элемента — своевременная замена моторного масла в соответствии с его типом и спецификацией.
Необходимо подчеркнуть, что в сервисных книгах автопроизводители указывают регламентные сроки проведения ТО и замены расходников, которые не соответствуют особенностям эксплуатации транспортных средств в нашей стране. Поэтому, необходимо самостоятельно несколько занизить эти сроки либо брать в расчет рекомендации «для тяжелых условий эксплуатации».
Дефекты коленчатых валов и причины их возникновения
Важно понимать, что наличие даже мельчайших дефектов на шатунах негативно отразится на сроке эксплуатации вала. Но если коленвал изготовлен из высококачественных материалов и с соблюдением правильной технологии производства, то ресурс его работы будет очень большим
Перед монтажом коленчатого вала необходимо проверить его.
Рассмотрим самые распространенные дефекты коленвалов.
Быстрый износ шеек
Причиной этому является неправильная геометрия блока, а именно: посадочных мест под подшипники . Из-за этого вал «болтается», поэтому нагрузки на него увеличиваются, и он изнашивается в ускоренном режиме.
Но также среди причин быстрого износа шеек можно выделить и плохой материал, из которого изготовлен вал. Если производитель решил сэкономить, то, скорее всего, использовал мягкий чугун или незакаленную сталь. В таком случае вал не будет долговечным.
Задиры на шейках вала
Такое может появиться в результате использования плохого масла или недостаточно частой его замены. Также следует проверить масляные фильтры и давление в системе. Причиной такого явления также может быть неправильный температурный режим или проблемы с охлаждением дизеля. От перегрева масло теряет свою вязкость, изнашиваются поршневые кольца. Необходимо проверить смазку и систему охлаждения. Коленвал необходимо отшлифовать и поменять вкладыши.
Царапины на шейках вала
Необходимо сначала определить, царапины это или усталостные трещины. Для проверки понадобится обычная лупа. Царапина при осмотре покажет светлое дно, а вот в трещине оно будет черного цвета. Полировкой можно убрать царапину, а трещина полировкой не уберется. Обычно царапины находятся на самих шейках вала, в трещины располагаются даже частично на галтелях. Причиной возникновения царапин является наличие частиц в масле, или же деталь была поцарапана при транспортировке. Полировкой можно удалить царапины на шейках, но если глубина царапин больше 5 микрон, то потребуется отшлифовать все шейки на 1 размер. Также обязательно смените моторное масло и масляный фильтр.
Прогиб коленвала
Обычно такая проблема является распространенной для коленчатых валов комбайнов и спецтехники, так как они длинные. Если материал вала некачественный и мягкий, то он тоже может прогнуться. Вал выпрямляют, если показатель прогиба после проверки превышает 0,1 мм.
Трещины коленчатого вала
Этот дефект считается самым опасным, так как может стать причиной усталостного излома. Если на валу обнаружена трещина, то вал уже не подлежит ремонту. Определение трещин осуществляется как визуально, так и при помощи молоточка, которым слегка постукивают. Но есть и специальные приборы для обнаружения скрытых дефектов – магнитные дефектоскопы.
Как отремонтировать коленчатый вал двигателя?
Коленчатый вал устанавливается на станок. С помощью индикаторных головок выполняют диагностику. Проводят анализ биения поверхностей и величину износа:
Большинство производителей предусматривает возможность шлифовки шеек вала на ремонтные размеры. Обычно они отличаются от номинального значения по 0,25…0,50 мм. После переточки под новое значение устанавливают новые вкладыши. Именно они компенсируют изменение параметра на новое. Для шлифовки используют комбинации станков: токарный и центрово-шлифовальный.
На поверхности видны следы износа:
- На токарный станок в центрах устанавливают коленчатый вал. Возможны две установки: в главном центре вала или центрование по шатунам.
- Потом производится проверка биения. Здесь используют индикаторные головки.
- После уточнения реальных размеров производится уточнение возможных размеров после шлифования.
- Включается станок, подается смазывающая охлаждающая жидкость (СОЖ). Выполняется процесс. Все однотипные шейки шлифуют на свой размер.
- После выполнения работы проверяют значения. Если получен ожидаемый результат, заказ отдается заказчику.
Коленчатый вал после проведения шлифовки поверхностей:
Поверхность отполирована:
Возможный вариант полировки поверхностей шеек коленвала:
Дефектовка коленчатых валов
Перед замерами коленчатого вала его поверхности (особенно коренные и шатунные шейки) тщательно протирают и наружным осмотром устанавливают наличие трещин, задиров, забоин, глубоких рисок и т. п. Характер и место расположения обнаруженных дефектов записывают в журнал (тетрадь) работ. Для выполнения дальнейших операций коленчатый вал устанавливают и закрепляют в центрах приспособления. При этом его вращение должно быть легким, но без заметного люфта. Если коленчатый вал не имеет центровых отверстий, его укладывают крайними коренными шейками на призмы, установленные на поверочной плите. Затем проверяют установку микрометра на «Нуль». После этого приступают к измерению диаметров коренных и шатунных шеек.
Измерение каждой шейки производят в двух поясах, расположенных на 1/4 длины шейки от щек (рис. 17). Счет поясов ведут от переднего конца коленчатого вала. В каждом поясе измерения производят: для коренных шеек — в плоскости кривошипа первой коренной шейки и перпендикулярно к ней; для шатунных шеек — в плоскости кривошипа измеряемой шейки и перпендикулярно к ней. Ориентировка замера коренных шеек по первому кривошипу необходима для того, чтобы оценить особенно опасную в отношении нарушения соосности (смещения осей симметрии) разносторонность износа этих шеек. Замер шатунных шеек в плоскости кривошипа и перпендикулярно к ней производится потому, что в этих плоскостях в результате износа диаметры шеек будут иметь между собой наибольшие отклонения.
дефектация цилиндр вал двигатель
Рис. 17. Схема измерений диаметров шеек и прогиба коленчатого вала
I — I и II —II —пояса измерений; АА и ББ —плоскости измерений.
На основании полученных измерений находят конусность, овальность и наибольший износ шеек вала. Конусность шейки определяется как разность ее диаметров, измеренных в разных поясах, но в одной плоскости, а овальность — как разность диаметров, измеренных в одном и том же поясе, но в разных плоскостях. Наибольший износ шатунной или коренной шейки устанавливается как разность диаметра предыдущего ремонтного размера шейки и наименьшего диаметра, полученного при ее измерении. Далее определяют биение коренных шеек вала и радиусы кривошипов. Наибольший прогиб вала находится по биению средних коренных шеек.
Для определения биения и прогиба вала индикатор со стойкой устанавливают так, чтобы наконечник измерительного стержня упирался в середину средней коренной шейки вала. Медленно поворачивая коленчатый вал, наблюдают за отклонениями большой стрелки индикатора и при наибольшем отклонении устанавливают стрелку на «Нуль». При дальнейшем вращении коленчатого вала записывают максимальные отклонения стрелки индикатора. При такой настройке индикатора его показания непосредственно дают величину биения ускоренной шейки. Прогиб вала численно равен половине величины биения С. Место наибольшего отклонения стрелки индикатора, а следовательно и наибольшего прогиба, отмечается мелом и краской. Однако в данном случае необходимо учитывать, что замечаемое по индикатору биение включает не только прогиб, но и овальность шейки.
Для определения радиуса кривошипа (рис. 18) шатунную шейку коленчатого вала ставят в верхнее положение 1 и замеряют штангенрейсмусом расстояние Н от плиты до шейки. Затем поворачивают коленчатый вал так, чтобы эта шейка встала в нижнее положение 3, и измеряют расстояние hот плиты до шейки.
Рис. 18. Измерение радиуса кривошипа коленчатого вала штангенрейсмусом
1— шатунная шейка в верхнем положении; 2— ось коренных шеек; 3— шатунная шейка в нижнем положении.
Измерения делают для каждой шатунной шейки в средней ее части. На основании измерений определяют величины радиусов кривошипов Rпо формуле
мм.
