2.15. Коленчатый вал и маховик
Коленчатый вал
 |
Рис. 2.4. Коленчатый вал: 1 – зубчатый венец датчика положения коленчатого вала; 2 – болт крепления зубчатого венца датчика положения коленчатого вала; 3 – коленчатый вал; 4 – нижний вкладыш коленчатого вала с упорным буртиком коренного подшипника; 5 – крышка коренного подшипника; 6 – болт крепления крышки коренного подшипника; 7 – нижний вкладыш коренного подшипника; 8 – верхний вкладыш коренного подшипника; 9 – верхний вкладыш коленчатого вала с упорным буртиком коренного подшипника
|
Коленчатый вал двигателя показан на рис. 2.4.
Снятие
Снимите поршни и шатуны.
Снимите держатель заднего сальника и задний сальник коленчатого вала.
Крышки коренных подшипников должны быть пронумерованы.
Отверните болты крышки, снимите крышки вместе с вкладышами подшипников.
Выньте коленчатый вал из опор.
Снимите с коленчатого вала зубчатый венец датчика положения коленчатого вала.
Выньте вкладыши из блока цилиндров и снимите упорные полукольца центрального подшипника.
|
ПРИМЕЧАНИЕ
При разборке нанесите на крышки коренных подшипников коленчатого вала метки, чтобы при последующей сборке установить их на прежние места.
|
Проверка технического состояния
Очистите коленчатый вал растворителем и просушите его сжатым воздухом.
Осмотрите коренные и шатунные шейки вала на наличие повреждений, неравномерного износа и трещин.
Проведите медной монетой по подшипнику. Если подшипник стирает медь, значит, его поверхность слишком груба и ее необходимо обработать.
Убедитесь в чистоте масляных каналов. Устраните обнаруженные дефекты или замените дефектные детали.
Проверьте конусность и овальность шеек вала.
Номинальный диаметр шеек вала, мм:
коренных.....50
шатунных.....45
Овальность и конусность коренных и шатунных шеек вала не более 0,005.
Проверьте шейки сальников коленчатого вала на наличие следов износа или повреждений. Если сальники протерли канавки на шейках, то новые сальники будут пропускать масло.
Вкладыши коренных и шатунных подшипников проверяют внешним осмотром на наличие отслаивания, следов плавления, прихвата. Дефектные вкладыши замените.
|
ПРИМЕЧАНИЕ
На вкладышах нельзя проводить любые подгоночные операции. При задирах, рисках или отслоениях замените вкладыши новыми.
|
Проверка зазоров между вкладышами и шейками коленчатого вала
Для проверки зазора между вкладышами и шейками коленчатого вала измерьте диаметр коренных и шатунных шеек, а также внутренний диаметр вкладышей. Зазор определяется как разность между диаметром шейки и внутренним диаметром вкладыша.
Номинальные зазоры (двигатели 1,3 л), мм:
между вкладышами и коренными шейками коленчатого вала №1, 2, 4, 5.....0,028–0,046
между вкладышами и коренной шейкой №3 (центральная шейка).....0,034–0,52
между вкладышами и шатунными шейками.....0,024–0,042
Номинальные зазоры (двигатели 1,1 л), мм:
между вкладышами и коренными шейками коленчатого вала №1, 2, 3, 4, 5......0,020–0,038
между вкладышами и шатунными шейками.....0,012–0,041
Проверка зазоров с помощью калиброванной пластмассовой проволоки
Проверку зазора между вкладышами и шейками вала можно проводить с помощью калиброванной пластмассовой проволоки.
Перед проверкой протрите шейки вала и вкладыши для удаления масла, смазки и других загрязнений.
Положите на рабочую поверхность шейки отрезок калиброванной пластмассовой проволоки. Длина отрезка проволоки должна быть равна ширине соответствующего вкладыша. Кроме того, проволока не должна перекрывать смазочные отверстия.
Установите коленчатый вал, вкладыши и крышки подшипников.
Затяните болты крепления крышек требуемым моментом, при этом нужно следить, чтобы вал не поворачивался.
Снимите крышки подшипников. Определите зазоры между вкладышами подшипника и шейками вала по ширине наиболее сплющенного участка проволоки с помощью шкалы, нанесенной на упаковке проволоки.
Если зазоры превышают предельно допустимые, замените вкладыши подшипников. Если заменой вкладышей нормальные зазоры получить не удается, прошлифуйте шейки коленчатого вала до следующего ремонтного размера и установите вкладыши соответствующего ремонтного размера.
Сальники
Проверьте передний и задний сальники коленчатого вала на наличие повреждений и износа уплотняющих кромок. Замените дефектные сальники.
Установка коленчатого вала
Установите верхние вкладыши коренных подшипников коленчатого вала в опоры в блоке цилиндров.
При повторном использовании вкладышей коренных подшипников коленчатого вала устанавливайте их на прежние места в соответствии с нанесенными при разборке метками.
Установите упорные полукольца.
Уложите коленчатый вал в опоры, предварительно смазав шейки моторным маслом.
Установите крышки коренных подшипников с нижними вкладышами и затяните болты крепления крышек требуемым моментом в следующем порядке:
– крышка среднего подшипника;
– крышка 2-го подшипника;
– крышка 4-го подшипника;
– крышка переднего подшипника;
– крышка заднего подшипника.
Затягивайте болты крепления крышек равномерно в два-три приема до получения требуемого момента затяжки.
Крышки подшипников устанавливайте стрелкой в сторону шкива коленчатого вала, учитывая номера крышек.
Моменты затяжки болтов крепления крышек коренных подшипников двигателей, Н·м:
1,1 л......50–55
1,3; 1,5; 1,6 л.....55–60
Моменты затяжки болтов крепления крышек шатунов двигателей, Н·м:
1,1 л......20–23
1,3; 1,5; 1,6 л......32–35
Убедитесь в легкости вращения коленчатого вала и соответствии с нормой осевого зазора вала (зазора между упорным буртиком вкладышей среднего коренного подшипника и щеками коленчатого вала).
Номинальное значение осевого зазора коленчатого вала двигателей, мм:
1,1 л......0,05–0,25
1,3; 1,5; 1,6 л.....0,005–0,175
Установите сальник в отверстие в держателе заднего сальника коленчатого вала и запрессуйте его оправкой до упора, стараясь не допустить перекоса.
Установите держатель заднего сальника и уплотнительную прокладку и затяните пять болтов его крепления.
Перед установкой нанесите моторное масло на рабочую кромку сальника и сопрягаемую поверхность коленчатого вала.
Установите заднюю крышку блока цилиндров и затяните болты крепления крышки.
Установите крышки шатунов.
Затяните болты крепления крышек.
Маховик
 |
Рис. 2.5. Маховик двигателя автомобилей с механической коробкой передач: 1 – зубчатый венец маховика; 2 – маховик; 3 – болт крепления маховика к фланцу коленчатого вала
|
Маховик двигателя автомобилей с механической коробкой передач показан на рис. 2.5.
 |
Рис. 2.6. Маховик двигателя автомобилей с автоматической коробкой передач: 1, 3 – соединительные фланцы маховика; 2 – ведущий фланец маховика; 4 – болт крепления маховика к фланцу коленчатого вала
|
Маховик двигателя автомобилей с автоматической коробкой передач показан на рис. 2.6.
Проверьте состояние зубчатого обода маховика и в случае повреждения зубьев замените маховик. Если на маховике со стороны ведомого диска сцепления обнаружены трещины вследствие перегрева, необходимо заменить маховик. Зубчатый венец маховика не должен проворачиваться при крутящем моменте 590 Н·м (60 кгс·м) или сдвигаться в осевом направлении при усилии 3,9 кН (400 кгс).
|
ПРИМЕЧАНИЕ
Перед снятием маховика с коленчатого вала нанесите метки, определяющие их взаимное положение в собранном состоянии. При сборке двигателя в заводских условиях маховик балансируется в сборе с коленчатым валом. Таким образом, их взаимное положение при ремонте двигателя не должно нарушаться.
|
На поверхности маховика, прилегающей к фланцу коленчатого вала, и опорной поверхности ведомого диска сцепления не допускаются царапины и задиры. Допуск неплоскостности опорной поверхности ведомого диска сцепления составляет 0,06 мм.
Царапины и задиры на опорной поверхности ведомого диска сцепления удалите проточкой, снимая слой металла толщиной не более 1 мм. Проточите также и поверхность, прилегающую к фланцу коленчатого вала. При проточке необходимо обеспечить параллельность этих поверхностей. Допустимая непараллельность составляет 0 ,1 мм.
Момент затяжки болтов крепления маховика двигателей, Н·м:
1,1 л.....70–80
1,3 л.....130–140
1,5; 1,6 л......120–130
Полезные сведения и советы
Подшипники двигателей
Какие подшипники установлены в вашем двигателе? Далеко не все автомобилисты могут ответить на такой вопрос вразумительно.
Тем не менее подшипники там есть. И не какие-либо, а вполне определенные. Они долговечны, но не вечны, а когда выходят из строя, то без понимания сути дела не обойтись. Ну а для профессионалов-ремонтников это самая обычная материя.
Как работает подшипник
В современных автомобильных двигателях опорами для коленчатых и распределительных валов практически во всех случаях служат подшипники скольжения. Подшипники качения (шариковые, роликовые, игольчатые) применяют для подобных целей лишь в небольших мотоциклетных моторах.
Необходимая работоспособность подшипников скольжения достигается использованием эффекта так называемого масляного клина. При вращении гладкого вала в зазор между валом и отверстием подается масло. Поскольку нагрузка, действующая на вал, вызывает его эксцентричное смещение, масло как бы затягивается в суживающуюся часть зазора и образует масляный клин, препятствующий соприкосновению вала со стенками отверстия. Чем больше давление и вязкость масла в зазоре, тем большую нагрузку (до соприкосновения поверхностей) выдерживает подшипник скольжения.
Фактическое давление масла в зоне клина достигает 50–80 МПа (500–800 кг/см2), а в некоторых конструкциях и больше. Это в сотни раз выше, чем в подающей системе (системе смазки двигателя). Однако не следует думать, что давление подачи мало влияет на работу подшипника. Чем оно выше, тем интенсивнее идет прокачка масла через подшипник и тем лучше он охлаждается.
При определенных условиях режим работы с минимальным трением (его также называют жидкостным) может быть нарушен. Это случается при понижении вязкости масла, например из-за его перегрева вследствие недостаточной подачи, и снижении частоты вращения коленчатого вала при возрастании нагрузки.
Нередко, особенно после ремонта двигателя, сказывается и неоптимальная геометрия узла. При незначительном отклонении формы поверхностей от цилиндрической, при перекосе осей и других дефектах деталей возможно местное возрастание удельной нагрузки (т.е. нагрузки, отнесенной к площади поверхности) выше допустимого предела. Тогда пленка масла в этих местах становится тонкой, а поверхности вала и подшипника начинают соприкасаться по микронеровностям. Возникает режим полужидкостной смазки, характеризующийся возрастанием трения и постепенным разогревом подшипника. Дальше это может привести к так называемому граничному трению с полным соприкасанием трущихся поверхностей, следствием которого будет перегрев, схватывание (задиры), заедание, расплавление и разрушение подшипника.
Понятно, что в эксплуатации режим граничного трения неприемлем. Тем не менее он имеет место при нарушении подачи масла, а это чаще всего происходит из-за его нехватки в картере: либо вследствие недосмотра водителя, либо при повреждении поддона картера в результате наезда на препятствие.
Режим полужидкостной смазки допустим лишь на короткое время, когда он не успевает сказаться на износе подшипника. Пример – пуск холодного двигателя. Правда, тут есть другая опасность: при очень низкой температуре масло может стать слишком вязким и нормальная его подача восстанавливается слишком долго (20–30 с и более). В этом случае и полужидкостная смазка способна заметно повлиять на износ деталей.
Совершенствование конструкции автомобильных двигателей связано с постоянным повышением частоты вращения коленчатого вала и увеличением мощности двигателя. Одновременно наблюдается тенденция к увеличению компактности конструкций, в том числе уменьшение ширины и диаметра подшипников. Это значит, что удельные напряжения в узле трения растут. А поскольку нагрузка на подшипник при работе двигателя циклически изменяется по величине и направлению, то увеличивается вероятность так называемого усталостного разрушения деталей. Чтобы обеспечить работоспособность подшипников в таких условиях, требуются специальные конструкции, материалы и технологии.
Как устроен подшипник скольжения
Обычно подшипники коленчатых валов в современных двигателях выполняются в виде тонкостенных вкладышей или втулок толщиной от 1,0 до 2,5 мм (редко больше). Вкладыши коренных подшипников коленчатого вала делают толще из-за необходимости разместить в них круговую канавку для подачи масла к шатунным подшипникам. Общая тенденция – уменьшение толщины вкладышей, которая сейчас составляет в среднем 1,8–2,0 мм у коренных и 1,4–1,5 мм у шатунных подшипников. Чем тоньше вкладыши, тем лучше они прилегают к поверхности корпуса подшипника (постели), тем лучше отводится тепло от подшипника, точнее геометрия, меньше допустимый зазор и шум при работе, больше ресурс узла.
Чтобы при установке в постель вкладыш точно принял ее форму, в свободном состоянии он должен иметь натяг по диаметру постели (так называемое распрямление) и нецилиндрическую форму переменного радиуса. Кроме того, для хорошего прилегания к поверхности и удерживания от проворачивания необходим натяг и по длине вкладыша – его называют выступанием. Все эти параметры зависят от толщины, ширины и диаметра вкладышей, распрямление составляет в среднем 0,5–1,0 мм, а выступание – 0,04–0,08 мм. Однако для надежной работы подшипника этого еще недостаточно. Около линии разъема толщину вкладышей уменьшают на 0,010–0,015 мм, чтобы избежать задиров в этих местах. Задиры могут появиться вследствие деформации отверстия в корпусе подшипника в блоке цилиндров под действием рабочей нагрузки, когда рабочий зазор в подшипнике мал.
Материалы для вкладышей могут быть разными. Их выбор зависит от выбора материала коленчатого вала и его термообработки, степени форсирования двигателя и заданного ресурса. В известной мере сказываются здесь и традиции автомобильной фирмы.
Вкладыши всегда делаются многослойными. Основа вкладыша – стальная лента, которая обеспечивает прочность и надежность посадки в корпусе подшипника. На основу различными способами наносят слой (или несколько слоев) специального антифрикционного материала, толщина которого составляет 0,3–0,5 мм. Основными требованиями к антифрикционному материалу являются низкое трение по валу, высокая прочность и теплопроводность (т.е. способность хорошо отводить тепло от поверхности вала к корпусу подшипника). Первое требование лучше всего обеспечивают мягкие металлы, например сплавы с большим содержанием олова и свинца (в частности, широко известные баббиты).
В прошлом баббиты широко применялись на малофорсированных низкооборотных двигателях. С ростом нагрузок прочность таких вкладышей с толстым слоем баббита оказалась недостаточной. Проблема была решена заменой всего этого слоя на своеобразный «бутерброд» – свинцово-оловянную бронзу, покрытую тонким (0,03–0,05 мм) слоем того же баббита. Вкладыш стал многослойным.
В современных двигателях сталебронзобаббитовые вкладыши обычно выполняют четыреххслойными (под баббитом находится еще очень тонкий слой никеля) или даже пятислойными, когда для улучшения приработки сверху на рабочую поверхность наносится тончайший слой олова. Именно так выглядят подшипники на многих иностранных двигателях.
Наряду с этим широкое распространение получили и сталеалюминиевые вкладыши. Антифрикционным материалом здесь служат сплавы алюминия с оловом, свинцом, кремнием, цинком или кадмием как с покрытиями, так и без них. Наиболее часто в мировой практике используется сплав алюминия с 20% олова без покрытия. Он хорошо противостоит высоким нагрузкам и скоростям вращения современных двигателей, включая
дизели, и одновременно обладает удовлетворительной «мягкостью». Тем не менее сталеалюминиевые вкладыши жестче, чем баббитовые (или с баббитовым покрытием), поэтому более склонны к задирам в условиях недостаточной смазки.
Вспомогательные и распределительные валы двигателей вращаются, как правило, с меньшей частотой, чем коленчатые, и испытывают гораздо меньшие нагрузки, поэтому условия их работы легче. Вкладыши и втулки этих валов обычно делают из материалов, аналогичных описанным. Кроме того, здесь иногда применяют баббит или бронзу без покрытия. Зачастую эти подшипники вообще не имеют втулок или вкладышей и образуются непосредственно растачиванием отверстий в головке блока цилиндров. В таких конструкциях головка выполнена из сплава алюминия с кремнием, который обладает неплохими антифрикционными свойствами.
Общим для подшипников современных двигателей, особенно если речь идет об опорах коленчатых валов, является соответствие материала и конструкции вкладышей материалу и условиям работы вала (частота вращения, нагрузки, условия смазки и т.д.). Поэтому произвольная замена деталей, когда, например, при ремонте ставят вкладыши от другого двигателя, не может быть рекомендована. В противном случае долговечность отремонтированного агрегата может оказаться очень небольшой. чтобы решаться на такой шаг, нужно иметь соответствующую информацию.
Вкладыши подшипников скольжения представляют собой очень точные (прецизионные) детали. чтобы гарантировать малые, но вполне определенные (в среднем 0,03–0,06 мм) рабочие зазоры в подшипниках, при изготовлении толщину вкладыша выдерживают с точностью примерно 5–8 мкм, а длину – 10–20 мкм. Нарушение этих требований может привести к изменению рабочего зазора в подшипнике или плотности посадки вкладыша в корпусе, что недопустимо, так как может привести к снижению надежности и ресурса всего двигателя в целом.
Кто производит подшипники скольжения
Сложность всего круга проблем, связанных с созданием высококачественных автомобильных подшипников скольжения, привела к тому, что их производство постепенно перешло к специализированным фирмам. За рубежом многие из таких фирм одновременно выпускают и другие детали для двигателей, причем поставки идут как на конвейеры автомобильных заводов, так и в продажу – в виде запасных частей. Некоторые фирмы такого рода входят в состав известных транснациональных производственных и торгово-промышленных корпораций. Из мировых изготовителей подшипников скольжения для двигателей следует в первую очередь отметить фирмы Kolbenschmidt (KS), Glyco, TRW, Sealed Power, Glacier, Clevite, Bimet. В последние годы подшипники начали делать и такие фирмы «корифеи», как Mahle и Goetze. Среди «молодых» стоит упомянуть специализированную фирму King (Израиль), начавшую выпуск подшипников в начале 80-х годов прошлого века. Большинство перечисленных производителей выпускает огромную номенклатуру подшипников и поставляет свою продукцию в запасные части повсюду, в том числе и на наш рынок (через дилеров или оптовые торговые компании). В основном, конечно, это подшипники для двигателей зарубежных автомобилей – европейских, японских и американских.
В продаже можно найти вкладыши как стандартные, так и различных ремонтных размеров (отличающиеся от стандартных, как правило, не более чем на 0,75 мм) для большинства распространенных моделей. На менее распространенные модели, а также при необходимости покупки вкладышей большего ремонтного размера обычно приходится оформлять заказ и ждать в среднем 5–10 дней (у разных торговых фирм эти сроки различны).
Качество такой продукции обычно не вызывает сомнений ни по геометрии, ни по материалам. Хотя, если есть выбор и сомнения в том, какой фирме-изготовителю отдать предпочтение, надо иметь в виду следующее. Такие фирмы, как Kolbenschmidt, Glyco, Glacier – это одни из основных поставщиков для массового производства. При покупке их изделий можно даже получить те же самые вкладыши, что ставят на двигатели «при рождении». Разница заключается только в отсутствии на новых деталях эмблемы фирмы – изготовителя автомобиля. Кстати, поиск «родных» (или так называемых оригинальных) вкладышей ремонтных размеров может оказаться проблематичным. Не все автомобильные фирмы поставляют ремонтные вкладыши в запчасти, да и цена вкладышей в «оригинальной» упаковке, как правило, заметно выше, чем непосредственно от их производителя.
Вкладыши производства других, менее именитых фирм обычно дешевле, хотя обнаружить отличия в качестве изготовления будет трудно. Более того, если есть выбор, то здесь можно попытаться учесть и условия эксплуатации автомобиля. Так, сравнительно дешевые вкладыши, как ни странно, несколько лучше противостоят низкокачественным маслам и маслофильтрам, «гуляющим» по нашим магазинам и рынкам, чем более дорогие сталебронзобаббитовые. Это, в частности, показала практика использования в ремонте сталеалюминиевых вкладышей фирмы King вместо штатных бронзобаббитовых: такая замена не наносит ущерба надежности двигателей, зато позволяет заметно сэкономить.