1.1 Назначение, устройство и работа детали

коленчатый вал ремонт неисправность

Коленчатый вал воспринимает усилия, передаваемые от поршней шатунами, и преобразует их в крутящий момент, который затем через маховик передается агрегатам трансмиссии. В двигателе ЯМЗ коленчатый вал стальной. Коленчатый вал состоит из шатунных и коренных шлифованных шеек, щек и противовесов. На переднем конце вала двигателей имеется углубление для шпонки распределительной шестерни и шкива привода вентилятора, а также нарезное отверстие для крепления храповика; задняя часть вала выполнена в виде фланца, к которому болтами прикреплен маховик. В углублении задней торцовой части коленчатого вала расположен подшипник ведущего вала коробки передач. Количество и расположение шатунных шеек коленчатого вала зависит от числа цилиндров. В V-образном двигателе количество шатунных шеек в два раза меньше числа цилиндров, так как на одну шатунную шейку вала установлено по два шатуна -- один левого и другой правого рядов цилиндров. Шатунные шейки коленчатого вала многоцилиндровых двигателей выполнены в разных плоскостях, что необходимо для равномерного чередования рабочих тактов в разных цилиндрах. В восьмицилиндровых V-образных двигателях коленчатые валы имеют по четыре шатунные шейки, расположенные под углом в 90°.

В двигателе число коренных шеек коленчатого вала на одну больше, чем шатунных, т. е. каждая шатунная шейка с двух сторон имеет коренную. Такой коленчатый вал называют полноопорным.

Рисунок 1 - коленчатый вал двигателя

Коренные и шатунные шейки коленчатого вала соединены между собой щеками.

Для уменьшения центробежных сил, создаваемых кривошипами, на коленчатом валу выполнены противовесы, а шатунные шейки сделаны полыми. Для повышения твердости и увеличения срока службы поверхность коренных и шатунных шеек стальных валов закаливают нагревом токами высокой частоты.

Коренные и шатунные шейки вала соединены каналами (сверлениями) в щеках вала. Эти каналы предназначены для подвода масла от коренных подшипников к шатунным. В каждой шатунной шейке вала имеется полость, которая выполняет роль грязеуловителя. Сюда поступает масло от коренных шеек. При вращении вала частицы грязи, находящиеся в масле, под действием центробежных сил отделяются от масла и оседают на стенке грязеуловителя, а к шатунным шейкам поступает очищенное масло. Очистка грязеуловителей осуществляется через завернутые в их торцах резьбовые пробки только при разборке двигателя. Перемещение вала в продольном направлении ограничивается упорными сталебаббитовыми шайбами, которые расположены по обе стороны первого коренного подшипника или четырьмя сталеалюминиевыми полукольцами, установленными в выточке задней коренной опоры. В местах выхода коленчатого вала из картера двигателя имеются сальники и уплотнители, предотвращающие утечку масла. На переднем конце вала установлен резиновый самоподжимный сальник, а на заднем конце выполнена маслосгонная резьба или маслоотражательный буртик.

В заднем коренном подшипнике сделаны маслоуловительные каналы, в которые сбрасывается масло с маслосгонной резьбы или маслоотражательного буртика и установлен сальник, состоящий из двух кусков асбестового шнура. Шатунные и коренные подшипники. В работающем двигателе нагрузки на шатунные и коренные шейки коленчатого вала очень велики. Для уменьшения трения коренные шейки, как и шатунные, расположены в подшипниках скольжения, которые выполнены в виде вкладышей, аналогичных шатунным. Вкладыши каждого коренного или шатунного подшипника состоят из двух половинок, устанавливаемых в нижней разъемной головке шатуна и в гнезде блока и крышке коренного подшипника. От провертывания вкладыши удерживаются выступом, входящим в паз шатунного или коренного подшипника. Крышки коренных подшипников закреплены при помощи болтов и гаек, которые для предотвращения от самоотвертывания зашплинтованы проволокой либо застопорены замковыми пластинами.

Маховик уменьшает неравномерность работы двигателя, выводит поршни из мертвых точек, облегчает пуск двигателя и способствует плавному троганию автомобиля с места. Маховик изготовлен в виде массивного чугунного диска и прикреплен к фланцу коленчатого вала болтами с гайками. При изготовлении маховик сбалансируется вместе с коленчатым валом.

1.2 Анализ дефектов детали и выбор методов их обнаружения

Наиболее распространенные дефекты коленчатого вала ЯМЗ-236 является:

1) изгиб вала;

2) износ наружной поверхности фланца;

3) биение торцевой поверхности фланца;

4) износ маслосгонных канавок;

5) износ отверстия под подшипник;

6) износ отверстий под болты крепления маховика;

7) износ коренных и шатунных шеек;

8) износ шейки под шестерню и ступицу шкива;

9) износ шпоночной канавки по ширине;

10) увеличение длины передней коренной шейки;

11) увеличение длины шатунных шеек.

Рисунок 2 - Общий вид основных дефектов коленчатого вала ЯМЗ-236

1 - изгиб вала; 2 - износ наружной поверхности фланца; 3 - износ маслосгонных канавок; 4 -биение торцевой поверхности фланца; 5 - износ отверстия под подшипник; 6 - износ отверстий под болты крепления маховика; 7 - износ коренных и шатунных шеек; 8 - износ шейки под шестерню и ступицу шкива; 9 - износ шпоночной канавки по ширине; 10 - увеличение длины передней коренной шейки; 11 - увеличение длины шатунных шеек.

Восстановление коленчатого вала начинают с устранения радиального биения обеспечивая передачу усилия на среднюю шейку, перегибают в противоположную сторону на величину превышавшую прогиб в 10 раз. Допустимое радиальное биение без ремонта: 0,05 мм

После ремонта коленчатый вал должен отвечать следующим техническим требованиям: цилиндрические поверхности коренных и шатунных шеек; шероховатость должна соответствовать Ra = 0,32 мкм.

1.3 Выбор рациональных способов устранения дефектов

Мною были выбраны следующие дифекты:

1) изгиб вала

2) износ коренных и шатунных шеек

Изгиб вала. Существует несколько способов правки коленвалов. Один из них - холодная правка коленвала. Для правки вал устанавливается на призмы крайними коренными шейками, средняя шейка устанавливается под штоком гидравлического пресса таким образом, чтобы прогиб вала находился в верхней части. Вал прогибается на величину, превышающую изгиб вала в 10 раз.

К недостаткам вышеизложенных способов следует отнести то, что коленвал правится весь, а не в месте изгиба. Другой недостаток - большой прогиб коленвала 10 раз при правке, что ведет к образованию больших остаточных напряжений и микротрещин в местах перехода от одного сечения к другому.

Второй способ - правка коленвала с подогревом. Для устранения изгиба деталь выгибают под прессом в другую сторону на размер в несколько раз больший, чем прогиб, и выдерживают в этом состоянии 1,5-2 мин. Сразу после холодной правки нагревают деталь до температуры 400 - 450^oC и выдерживают при этой температуре 0,5 - 1,5 часа. Стабилизирующий нагрев почти полностью снимает остаточные напряжения.

Недостаток при подогреве после правки - использование термопечи, что ведет к большим затратам.

Известен стенд для правки коленчатых валов, содержащий раму и опоры.Задачей изобретения является расширение технологических возможностей за счет обеспечения возможности правки коленчатых валов разных типоразмеров. Это достигается за счет того, что при правке изогнутых коленчатых валов их размещают на опорах, осуществляют нагрев участков изгиба и их правку. В качестве опор используют одну неподвижную опору, на которой фиксируют один конец коленчатого вала и две неподвижные опоры, установленные на рычаге и расположенные под коренными шейками, ближайшими к месту изгиба, а при правке поднимают конец рычага с подвижными опорами и воздействуют ими на коленчатый вал. На опоры устанавливают проставки. На чертеже - стенд для правки валов. Стенд содержит раму, свободно размещенный на раме рычаг и опоры, одна из которых неподвижно закреплена на раме, а две другие - выполнены подвижными и установлены на рычаге с возможностью совместного с ним перемещения, опоры имеют проставки. Стенд для правки коленвалов состоит из рамы 1, к которой приварена неподвижная опора 3, соединенная болтами 4 с крышкой 5. На раме 1 с одной стороны неподвижной опоры 3 устанавливается рычаг 6 с подвижными опорами 7, с другой стороны - подвижная опора 2. В раме установлен гидравлический домкрат 8, действующий на рычаг 6. На четырех опорах 2, 3, 7 лежит коленвал 9.

Рисунок 1.3 1 - рама, 2,7 - подвижные опоры, 3 - неподвижная опора, 4 - крепежные болты, 5 - крышка, 6 - рычаг, 8 - гидродомкрат, 9 - коленвал.

Принцип действия.

Коленчатый вал изгибает, коробит в районе шатунной шейки, которая в результате аварийного износа имела значительный нагрев. Правка вала осуществляется в месте изгиба. Коленвал 9 укладывается коренными шейками, ближайшими к месту изгиба, на неподвижную 3 и подвижные 2, 7 опоры стенда таким образом, чтобы шатунная шейка находилась в верхнем положении. Один конец коленвала крышкой 5 болтами 4 через опору 3 фиксируется в раме. Другой конец коленвала лежит на подвижных опорах 7 рычага 6. Один конец рычага 6, свободно лежащего на раме, находится под шатунной шейкой, другой - над гидродомкратом 8. Поднимая гидродомкратом 8 конец рычага 6, через опоры 7 правим коленвал 9, неподвижно закрепленный на раме 1. При достижении перепрогиба в 3-4 раза правка заканчивается. Для снятия остаточных напряжений шатунная шейка коленвала нагревается на стенде пропановой горелкой. Процесс правки заканчивается при остывании коленвала. Коленвал освобождается и снимается со стенда. Применение сменных проставок на опоры стенда дает возможность править коленвалы разных марок.

Износ коренных и шатунных шеек в пределах ремонтных размеров устраняют перешлифовкой и последующей полировкорй под один из них. Уменьшение диаметра шеек коленчатого вала при обработке под ремонтные размеры происходит на величину 0,25; 0,50; 0,75; 1,0; 1,5.

Шлифование шеек производят на круглошлифовальных станках. При шлифование необходимо выдержать радиус галтелей и не увеличивать длину шатунных шеек.

Первоначально шлифуют коренные шейки после установки вала в ценатрах станка фланцем к задней бабке. Забитость центровых отверстий устраняют проточкой фасок на токарно- винторезном станке с использованием в качестве базовых поверхностей шейки под шестерню и наружный диаметр фланца.

При шлифовании шатунных шеек вол устанавливают в центросмесители, обеспечивая совмещение оси данной шатунной осью станка. Шлифование ведут, начиная с первой шейки. Для шлифования следующих шеек вал поворачивают вокруг оси под соответствующий угол.

Все коренные и шатунные шейки должны иметь один размер. На переднем противовесе коленчатого вала ставят клеймо с указанием ремонтных размеров коренных и шатунных шеек. Острые кромки фасок мясляных каналов коренных и шатунных шеек притупляют шлифовальным конусным абразивным инструментом, используя пневматическую сверлилку. Для получения необходимой шероховатости шейки подвергают суперфинишированию на станке, время около 1 мин. В оследняя время необходимую шероховатость поверхности получают выглаживанием алмазным или твердосплавным инструментом. Шейки валов, вышедшие за пределы последнего ремонтного размера, восстанавливают наплавкой под слоем флюса, проволкой с последующей нормализацией, обточкой шеек, упрочнением галтелей поврхностным пластическим деформированием, закалкой их ТВЧ, шлифованием и полированием под размер рабочего чертежа.

Применяют также наплавку под слоем лигированного флюса, после которой шейки коленчатого вала не требуют термической обработки. В этом случае легированный флюс используется при наплавке цилиндрической части шатунных и коренных шеек пружинной проволкой II класса диаметром 1,6мм. Наплавку галтелей шатунных шеек производят электродной проволкой под обычным флюсом.

При этом способе содержание операции по восстоновлению шеек коленчатого вала можеть быть следующим: наплавка коренных и шатунных шеек, правка вала, чистовое шлифование шеек и их полирование под размер рабочего чертежа.

Хорошие результаты дает наплавка порошком, в состав которого вхоят: 61% железного порошка, 6% алюминия ПА-4. 12% комплексного модификатора ЖКМК-ЗР, 18% литейного графита. 1 % фтористого калия и 2% лигатуры. Схема сварочного трансформатора ТДМ-500-I изменена дополнительным введением в контур преобразователя конденсаторов, обеспечиваюших поличастотный резонанс токов и напряжений при наплавке. Наплавленный слой птредставляет собой мелкодисперсную структуру без раковин с хорошей переходной зоной между наплавленным и основным металлом, твердость слоя HRC 52... 55, на поверхяости шеек практически исключены задиры, так как твердость их одинакова по всей поверхности; шейки валов обладают хорошей прирабатываемостью. их износостойкость на 30% выше, чем шеек, восстановленяых другими способами. Упрочнеиие наклепом галтелей шатуннных шеек, восстаиовленных по указанной техпологии. позволяет повысить усталостную прочность на 40%. После восстановления коленчатые валы обмывают снаружи и промывают их масляные каналы в специальной моечной машине жидкостью под давлением 0,5 МПа в течение 20 мин.