Наиболее распространенный дефект цилиндрических поверхностей – отклонение формы их поперечного сечения от окружности, проявляющееся в виде эллипсности. Причины различные. Прежде всего эллипсность отверстий может возникнуть в результате нормальной, но продолжительной эксплуатации двигателя.
В этом случае наблюдается практически одинаковое увеличение диаметров всех отверстий в сравнении с номинальным значением в направлении, совпадающем с направлением перемещения поршней. Причем деформируются, главным образом, наименее жесткие части опоры – коренные крышки.
Такая картина характерна для большинства двигателей с чугунными блоками вне зависимости от производителя. У двигателей с блоками из легких сплавов после пробега 200-300 тыс. км обнаруживается иная картина. Эллипсность отверстий постели образуется за счет увеличения их размера в плоскости разъема опор блока с коренными крышками. В отмеченных случаях, как правило, разность диаметров, измеренная в плоскости разъема опоры и перпендикулярно ей, может составлять величину до 0,05 мм.
Эллипсность отверстий постели может наблюдаться при малых пробегах как результат нарушения режима смазки коренных подшипников. Начальная стадия процесса сопровождается резким повышением температуры в зоне контакта шейки и вкладыша, что приводит к нагреву постели вала, непосредственно контактирующей с подшипниками. В результате происходит ослабление конструкционных элементов опор вала, прежде всего болтов и крышек. При этом геометрия отверстия в опоре нарушается.
Ремонт постелей коленвала
Для восстановления работоспособности коленчатого вала, любые отклонения размера отверстий постели от номинала, превышающие величину 0,02 мм, нужно устранять. В зависимости от глубины повреждения постели, применяются различные способы ремонта. Все они преследуют цель: восстановить требуемый размер и строгую форму отверстий в опорах, необходимые для нормальной работы подшипников.
Основной прием, применяемый при ремонте, – занижение высоты коренных крышек. Таким образом удается создать необходимый припуск на последующую механическую обработку отверстий в номинальный размер. Обработка постели выполняется за один "установ" либо растачиванием, либо хонингованием, что определяется требуемой глубиной обработки.
Технология восстановления не сложная и осуществима при наличии соответствующего оборудования. Данный метод имеет особенность. Дело в том, что обработка постели с занижением крышек вызывает смещение оси отверстий в сторону опорных поверхностей блока. При аккуратной обработке оно составляет примерно половину от величины эллипсности отверстий. Естественно, ось коленчатого вала, установленного в отремонтированную постель, также сместится на указанную величину.
Значительное изменение положения оси коленвала (более 0,08 мм) может привести к нежелательным последствиям. Во-первых, может нарушиться работоспособность переднего и заднего сальников, вплоть до потери их герметичности. Во-вторых, возможны проблемы при стыковке двигателя с КПП, а также негативное влияние на работу агрегатов трансмиссии. В большей степени это касается автоматических трансмиссий. Из опыта известно, что для АКПП критичным является смещение 0,05 мм, в то время как для механических коробок – 0,1 мм.
В-третьих, смещение оси вала изменяет размер камеры сгорания, влияя на степень сжатия. К этому фактору наиболее чувствительны дизельные двигатели. Камера сгорания, имеющая небольшую высоту, расположена, в основном, в головке блока, и незначительное увеличение высоты подъема поршня может привести к его "встрече" с ГБЦ.
При очень значительном повреждении одной из опор вала проверяют и при необходимости восстанавливают геометрию остальных, используя метод занижения крышек. Так как крышку поврежденной опоры можно безболезненно занизить на большую величину, рассматривают варианты ремонта "блочной" части. С нею можно поступить по-разному: либо подобрать подходящий вкладыш под увеличенный наружный размер, либо изготовить вставку П-образного сечения, которую приваривают к предварительно расточенной поврежденной поверхности. Окончательную обработку отверстия "в размер" выполняют растачиванием относительно оси уже обработанных опорных отверстий.
При ремонте кривошипно-шатунного механизма двигателя далеко не всегда удается обойтись только шлифовкой шеек коленчатого вала или заменой вкладышей. Довольно часто приходится восстанавливать опорные поверхности (постель) вала. Почему, в каких случаях и как это делается, рассказывают специалисты фирмы "Иномотор".
Поверхности постели коленчатого вала, образованной опорами в блоке и крепящимися к ним коренными крышками, воспринимают все нагрузки, возникающие при работе кривошипно-шатунного механизма. Ввиду этого конструкция постели обладает достаточно высокой прочностью и жесткостью. Однако, даже несмотря на то, что опорные поверхности отделены от вращающихся частей вала подшипниками скольжения, первые так же подвержены повреждениям, как и большинство деталей двигателя.
Неприятности в постели
Наиболее распространенный дефект цилиндрических поверхностей, на которые опираются коренные шейки коленчатого вала, – отклонение формы их поперечного сечения от окружности, проявляющееся в виде эллипсности. Причины этого явления могут быть различными. Прежде всего эллипсность отверстий в опорах может возникнуть в результате нормальной, но продолжительной эксплуатации двигателя. Она вызывается длительным воздействием циклических нагрузок. В этом случае наблюдается практически одинаковое увеличение диаметров всех отверстий в сравнении с номинальным значением в направлении, совпадающем с направлением перемещения поршней. Причем деформируются, главным образом, наименее жесткие части опоры – коренные крышки.
Такая картина характерна для большинства двигателей с чугунными блоками вне зависимости от производителя. У двигателей с блоками из легких сплавов после пробега более 200-300 тыс. км обнаруживается иная картина. Эллипсность отверстий постели образуется за счет увеличения их размера в плоскости разъема опор блока с коренными крышками. В отмеченных случаях, как правило, разность диаметров, измеренная в плоскости разъема опоры и перпендикулярно ей, может составлять величину до 0,05 мм.
Эллипсность отверстий постели может быть не только результатом длительной эксплуатации. Она может наблюдаться при малых пробегах как результат нарушения режима смазки коренных подшипников. Начальная стадия процесса сопровождается резким повышением температуры в зоне контакта шейки и вкладыша, что приводит к нагреву постели вала, непосредственно контактирующей с подшипниками. В результате термического воздействия происходит ослабление конструкционных элементов опор вала, прежде всего болтов и крышек. При этом геометрия отверстия в опоре нарушается.
У многих двигателей с чугунным блоком температурная деформация приводит, казалось бы, к парадоксальным последствиям. На "подогретых" опорах диаметр отверстий, замеренный перпендикулярно разъему, уменьшается в сравнении с номинальной величиной. Чаще всего такая неприятность отмечается у двигателей автомобилей Saab, VW и Audi. По этим признакам, даже не имея других "свидетельств", можно с большой долей вероятности определить, был ли аварийный износ подшипников коленчатого вала или нет. Двигатели, имеющие легкосплавный блок цилиндров, также страдают от перегрева. У них форма отверстий постели искажается в основном за счет изменения геометрии алюминиевых частей опор.
Более серьезное повреждение поверхностей постели происходит, когда повышение температуры в зоне трения шейки с подшипником приводит к полному расплавлению антифрикционного слоя и "прихвату" вкладыша. Проворачивание вкладыша вызывает быстрое истирание опорных поверхностей шейки. Авария сопровождается глубокой (0,3-0,4 мм и даже более), достаточно равномерной их выработкой. В этом случае слабым утешением может служить лишь то, что такая беда случается не на всех опорах одновременно. Чаще повреждается одна из опор, имеющая наихудшие условия смазки.
В каких случаях нужно восстанавливать постель вала? Для ответа на этот вопрос нужно вспомнить, что допуск на диаметр отверстия постели составляет 0,02 мм. При этом создается нужный натяг разрезного вкладыша, препятствующий его проворачиванию и обеспечивающий отвод тепла из зоны трения в тело блока. С другой стороны, известно, что опасность проворота подшипника возникает при увеличении зазора в соединении "шейка-вкладыш" до 0,04-0,05 мм. Несложно посчитать, что даже незначительное изменение диаметра отверстия в опорах на 0,02-0,04 мм может привести к нежелательным последствиям. Искажение формы отверстия в сторону уменьшения диаметра грозит подклиниванием шейки вала, увеличение снижает натяг подшипника. Не говоря о том, что любое отклонение формы отверстия постели от окружности вызывает неравномерное распределение нагрузки на подшипник. Отсюда следует, что для восстановления нормальной работоспособности коленчатого вала, любые отклонения размера отверстий постели от номинала, превышающие величину 0,02 мм, нужно устранять.
О ремонте постелей
В зависимости от глубины повреждения постели, применяются различные способы ремонта. Все они преследуют одну цель: восстановить требуемый размер и строгую форму отверстий в опорах, необходимые для нормальной работы подшипников, при сохранении их соосности.
Основной прием, применяемый при ремонте, – занижение высоты коренных крышек. Таким образом удается создать необходимый припуск на последующую механическую обработку отверстий в номинальный размер. Обработка постели выполняется за один "установ" либо растачиванием, либо хонингованием, что определяется требуемой глубиной обработки.
На первый взгляд, технология восстановления не сложная и вполне осуществима при наличии соответствующего оборудования. Однако данный метод имеет особенность, которая накладывает ограничение на диапазон его применения. Дело в том, что обработка постели с занижением крышек вызывает смещение оси отверстий в сторону опорных поверхностей блока. При аккуратной обработке оно составляет примерно половину от величины эллипсности отверстий. Естественно, ось коленчатого вала, установленного в отремонтированную постель, также сместится на указанную величину.
Значительное изменение положения оси коленвала (более 0,08 мм) может привести к нежелательным последствиям. Во-первых, может нарушиться работоспособность переднего и заднего сальников, вплоть до потери их герметичности. Во-вторых, возможны проблемы при стыковке двигателя с КПП, а также негативное влияние на работу агрегатов трансмиссии. В большей степени это касается автоматических трансмиссий. Из опыта известно, что для АКПП критичным является смещение 0,05 мм, в то время как для механических коробок – 0,1 мм. В-третьих, смещение оси вала изменяет размер камеры сгорания, влияя на степень сжатия. К этому фактору наиболее чувствительны дизельные двигатели. Камера сгорания, имеющая небольшую высоту, расположена, в основном, в головке блока, и незначительное увеличение высоты подъема поршня может привести к его "встрече" с ГБЦ.
Определяя предстоящую технологию ремонта, приходится предварительно оценивать величину смещения оси отверстий постели, а также возможность технической осуществимости мероприятий по устранению его последствий. Практика ремонта показывает, что при смещении оси вала до 0,15-0,2 мм в большинстве двигателей отрицательные последствия удается свести к нулю путем не очень трудоемких дополнительных операций. Среди них можно отметить соответствующую корректировку положения передней крышки и корпуса заднего сальника двигателя, доработку направляющих втулок, центрирующих корпус КПП, занижение высоты поршней и другие, в зависимости от особенностей конструкции двигателя.
Если возможное смещение грозит превысить указанную величину, имеет смысл продумать иные методы устранения дефекта. В ряде случаев выйти из положения удается, подобрав практически идентичные по конструкции вкладыши от других двигателей, имеющие больший наружный диаметр. Так, например, при ремонте постелей двигателей Saab и Opel (с номинальным диаметром отверстия 62 мм) удается использовать вкладыши от двигателей Mercedes, рассчитанные на установку в отверстие диаметром 62,5 мм, или от Audi с наружным диаметром 63 мм. Вкладыши имеют различную толщину, но при этом рассчитаны под одинаковый диаметр шейки вала. При таком подходе постель обрабатывается под увеличенный размер, что позволяет либо вовсе исключить смещение, либо свести его к минимуму.
При очень значительном повреждении одной из опор вала прежде всего проверяют и при необходимости восстанавливают геометрию остальных, используя все тот же метод занижения крышек. Так как крышку поврежденной опоры можно безболезненно занизить на большую величину, рассматривают варианты ремонта "блочной" части. С нею можно поступить по-разному: либо подобрать подходящий вкладыш под увеличенный наружный размер, либо изготовить вставку П-образного сечения, которую приваривают к предварительно расточенной поврежденной поверхности. Окончательную обработку отверстия "в размер" выполняют растачиванием относительно оси уже обработанных опорных отверстий. В общем, возможных вариантов довольно много. Из них выбирается такой, который позволяет достичь цели с минимальным смещением оси вала и минимальными изменениями конструкции двигателя, особенности которой каждый раз учитываются.
Постель "Мерседеса"
Чтобы не быть обвиненными в голословности, рассмотрим особенности ремонта постели на конкретном примере. В качестве такового судьба предоставила дизельный двигатель Mercedes-Benz модели 606. Двигатель рядный, 6-цилиндровый, с 7-опорным коленчатым валом. Он поступил в ремонт для устранения последствий перегрева, приведшего к тепловому "прихвату" поршней в ряде цилиндров. Так что в дальнейшем ему еще предстоит перенести операцию гильзования.
Осмотр двигателя, помимо явно видных повреждений, вызванных перегревом, выявил эллипсность нескольких отверстий постели, величина которой составляла от 0,3 до 0,4 мм. При такой выработке можно рассчитывать на то, что после обработки ось отверстий сместится не более чем на 0,2 мм. Как указывалось выше, это практически предельная величина, при которой допускается напрямую применять метод занижения крышек без серьезных последствий.
При ремонте постели счет идет на сотые доли миллиметра. Поэтому работы начинаются с выполнения повторных измерений. Помимо замеров эллипсности, выполняемых нутромером с индикаторной головкой, контролируется отклонение оси отверстий постели от горизонта. Для этого снимают две крайние крышки и измеряют максимальную глубину опорных поверхностей от плоскости разъема.
Занижая крышки, важно выполнять механическую обработку параллельно существующей плоскости разъема. Добиться этого, применяя универсальное оборудование, например фрезерный станок, не просто, так как приходится каждую крышку выставлять индивидуально, затрачивая много времени. Небольшой станок фирмы Sunnen, специально предназначенный для этой операции, позволяет методом шлифования "торцануть" крышки за считанные минуты. После этого их устанавливают на штатные места и затягивают динамометрическим ключом моментом, который рекомендован производителем. В нашем случае он равен 90 Н·м.
Хонингование постели выполняется в номинальный размер за один "установ" блока. Этим обеспечивается строгая соосность отверстий в опорах. Для обработки применяется специализированный хонинговальный станок Sunnen, оснащенный хоном большой длины. Хонингование ведется в несколько этапов, с промежуточным контролем диаметра отверстий. Такой метод обработки позволяет добиться идеальной точности. Чтобы ее обеспечить, нужно помимо оборудования использовать точный измерительный инструмент.
Следующий этап после восстановления геометрии постели – измерение смещения оси коленчатого вала. Наиболее точно его можно определить следующим способом. На блок устанавливается передняя крышка. В обработанной постели блока крепится скалка с установленной на ней индикаторной головкой. Для этого в крайние опоры вставляются специально изготовленные втулки, внешний диаметр которых равен диаметру отверстий постели. Вращая скалку, "обкатывают" отверстие переднего сальника коленчатого вала щупом индикатора, фиксируя биение ее оси относительно отверстия. Так было установлено, что ось вала сместилась в вертикальном направлении на ожидаемую величину – 0,2 мм, о чем была сделана соответствующая пометка на крайней крышке. В дальнейшем она поможет при устранении последствий смещения оси.
Две "десятки" – довольно большая величина, которая способна нарушить нормальную работу сальников и деталей КПП. Для компенсации смещения были изготовлены ступенчатые эксцентриковые втулки, которые установили вместо штатных в плоскость разъема блока с передней крышкой, корпусом заднего сальника и картером коробки. Эксцентриситет втулок равен величине смещения оси вала – 0,2 мм. Поскольку передняя крышка и корпус заднего сальника сместились относительно блока, это нарушит плотность прилегания прокладок масляного поддона и ГБЦ.
Устранить дефект не сложно, фрезерованием выступающего верхнего торца крышки и нижней плоскости блока. Если бы выполнялся ремонт блока бензинового двигателя, этим можно было бы ограничиться. Для дизеля уменьшение высоты камеры сгорания на 0,2 мм является слишком большой величиной. Чтобы не утруждать клиента поиском прокладки ГБЦ увеличенной толщины, торцуем поршни, соответственно, уменьшая их высоту.
Как видите, с точки зрения трудоемкости, собственно восстановление геометрии постели "Мерседеса" составляет лишь часть, причем далеко не большую, общего комплекса работ, включающего устранение последствий смещения оси вала.
В ряде случаев для компенсации смещения приходится прибегать к более изощренным методам. Исходя из этого, определяется стоимость восстановительных работ. Независимо от количества опор двигателя, ремонт постели оценивается в среднем в 150 долл., комплекс работ по компенсации смещения оси – в 100 долл. С экономической точки зрения, это целесообразно, так как единственная альтернатива восстановлению постели – замена блока.
Коленчатый вал — деталь двигателя сложной формы, включающая шейки на которые крепятся шатуны, от которых коленвал воспринимает усилия и преобразует их в крутящий момент. Коленчатый вал одна из самых дорогостоящих деталей двигателя, поэтому ремонт коленчатого вала может стать более целесообразным выходом ввиду различных конструктивных особенностей коленчатых валов.
Восстановление коленчатого вала представляет собой комплекс операций по восстановлению опорных поверхностей вала, шлифовке шеек коленчатого вала и замены вкладышей.
Прежде чем приступить к восстановлению постелей коленчатого вала, необходимо провести исследование дефектов коленвала. Давайте рассмотрим виды дефектов коленчатого вала, которые обычно выявляются при повреждении постелей коленчатого вала.
Виды дефектов постелей коленвала
На коленчатом вале часто встречается дефект цилиндрических поверхностей (элипсность) – для обнаружения дефекта следует измерять форму поперечного сечения и сравнить с номинальными размерами.
При замерах обнаруживается, что в направлении, совпадающем с направлением перемещения поршней, происходит увеличение диаметров всех отверстий в сравнении с номинальным значением. Деформации подвергаются коренные крышки.
Износ постелей коленчатого вала мы рассматриваем на примере двигателя с чугунным блоком. У двигателей с блоками цилиндров из других более легких сплавов после аналогичного пробега в 300 тысяч километров наблюдается другая картина. В таком случае обычно отверстия постелей увеличиваются в размерах, что приводит к их эллипсности. Для определения отклонений мы делаем замеры в плоскости разъема опоры и такие же замеры перпендикулярно ей, после чего получаем разность диаметров, которая равна до 0,05 мм.
Причиной эллипсности постелей коленвала может быть нарушение нормальной смазки коренных подшипников. Нарушение смазки приводит к повышению температуры в месте контакта шейки коленвала и вкладыша, в последствие нагревается и постель коленвала. Вследствие ослабления элементов опор вала (болтов, крышек), наблюдается нарушение геометрии отверстия.
Повышение температуры сопровождается расплавлением антфрикционного слоя, что может привести к прихвату вкладыша. Прихват вкладыша (проворачивание вкладыша) вызывает сильный износ опорных поверхностей. Как следствие одна из опор, с худшими условиями смазки, получает сильные повреждения.
Ремонт постелей коленчатого вала
Чтобы восстановить постели коленчатого вала, необходимо устранить все отклонения отверстий постели от номинального значения, превышающие 0,02 мм.
Способы ремонта постелей коленчатого вала
Способ ремонта постели коленчатого вала выбирается в зависимости от глубины повреждения постели. Для нормальной работы подшипников коленчатого вала необходимо, чтобы отверстия имели точные размеры и строгую форму.
Основной способ ремонта постелей коленчатого вала – занижение высоты коренных крышек. Для этого требуется создать припуск на последующую механическую обработку под отверстия номинального размера. Обработка постели выполняется растачиванием или хонингованием.
Для восстановления постелей коленвала потребуется специальное оборудование. При выборе восстановления постелей методом занижения высоты коренных крышек следует учесть, что в таком случае оси отверстий тоже сместятся в сторону опорных поверхностей блока цилиндров. Это смещение при аккуратной обработке составит половину от величины эллипсности отверстий. Это приведет к тому, что ось коленвала, установленного в постели тоже сместится, на эту же величину. Если положение оси изменится больше, чем на 0,08 мм это может привести к незапланированным проблемам, таким как, неправильная стыковка двигателя с КПП или потеря герметичности в результате нарушения правильной установки сальников.
Если смещение вала повлияет на стыковку двигателя с КПП или АКПП, это может привести к нарушению нормальной работы агрегатов трансмиссии.
Критическое смещение для АКПП: 0,05 мм
Критическое смещение для МКПП: 0,1 мм
Также при смещении оси коленчатого вала изменяется размер камеры сгорания, соответственно изменяется степень сжатия. В некоторых конструкциях двигателей это грозит встречей поршня с головкой блока цилиндра.
При значительном повреждении одной из опор вала необходимо проверить остальные опоры вала и если требуется восстановить их, используя метод занижения крышек. Крышки поврежденных опор можно занизить на требуемую величину, также можно рассмотреть ремонт блока.
Здесь есть несколько вариантов: можно изготовить специальную П образную вставку, которую приваривают к поврежденной поверхности. Обработка отверстия по требуемому размеру проводится растачиванием с учетом оси уже обработанных отверстий.
Главной задачей при ремонте постелей коленчатого вала является выбор методов восстановления, которые позволят избежать значительных смещений оси вала и приведут к меньшим изменениям конструкции двигателя.
Источник: