Как найти шейку вала

СПОСОБ РЕМОНТНЫХ РАМЕРОВ

Определение ремонтных размеров шеек вала

При восстановлении вала способом  ремонтных размеров следует определить ремонтные размеры шеек вала. При этом следует иметь в виду, что для подавляю­щего большинства двигателей, выпускаемых не менее пяти лет, можно найти вкладыши подшипников коленчатого вала с ремонтным уменьшением 0,25 и 0,50 мм. Для более старых двигателей часто имеются ремонтные размеры 0,75 мм, реже — 1,0 мм. Вкладыши следующих ремонтных размеров (1,25 и 1,50) встречаются редко. Для относительно новых двигателей вкладыши некоторых ремонтных размеров (обычно 0,25 и 0,50 мм) могут поставляться в запасные части от фирм-про­изводителей автомобилей.

Перед определением ремонтного размера шеек коленча­того вала конкретного двигателя желательно располагать ин­формацией о том, какие ремонтные вкладыши существуют и могут быть приобретены. Поэтому, например, не следует шли­фовать вал в какой-либо ремонтный размер до момента полу­чения (приобретения) необходимых вкладышей.

Учитывая, что все способы восстановления коленчатых валов уменьшают надежность их работы, желательно шлифо­вать вал в один из существующих ремонтных размеров, даже если этот размер соответствует последним ремонтам — 0,75 мм, 1,0 мм и более. К восстановлению шеек следует прибе­гать только при таких износах, когда последний ремонтный размер уже не проходит, а другого (в том числе, нового) вала приобрести не удается.

Зазор в подшипниках — величина, наиболее сильно влияющая на весь результат ремонта. Так, при зазоре  0,07+0,09 мм увеличивается шум двигателя, может упасть давление масла, что снизит ресурс. В то же время: зазор менее 0,03 мм становится опасен задирами и заклиниванием подшипника. Кроме того, меньший зазор требует , точности обработки постели, в то время как после подготовительной работы и, особенно, после непродолжительного и прогрева, геометрия постели уже не будет идеальной. Вследствие этого не следует стремиться к очень малым зазорам.

Измерение сопряженных деталей

Другой способ определения ремонтного размера предполагает последовательное измерение сопряженных деталей. Измеряется диаметр постели нутромером. Затем с помощью микрометра и шарика подшипника определяется толщина вкладыша. Измерения толщины вкладыша выполняются ближе к середине. следует учитывать отклонения формы постёли и зазор нигде не должен быть меньше 0,03 мм.

Следует отметить, что при измерениях постелей подшипников нередко оказывается, что их размер превышает уже заданный в литературе максимальный на 0,02 мм. Для шатунов это может быть исправлено обработкой отверстия постели в то же время как обработка постелей коренных вкладышей без специализированного оборудования проблематична. Небольшая их деформация, может быть компенсирована соответствующим незначительным увеличением диаметра вала. В любом случае все измененения размеров должны выполняться только после тщательных измерений, чтобы избежать ошибок, приводящих к недопустимому уменьшению зазоров в подшипниках.

Для сильно изношенных валов (износ шеек более 0,10-0,15 мм) определение ремонтного уменьшения диаметра шеек имеет особенности. Если вал не деформирован или правился, то основное внимание должно быть уделено шатунным шейкам. Так, максимально возможный ремонтный диаметр зависит от износа и овальности шейки. Практика показывает, что сильно изношенные шейки всегда овальны, причем максимальный износ наблюдается в направлении, близком к радиусу кривошипа. Например , максимальный износ шейки 0,15 мм, а овальность 0,1 мм то шейка вала пройдет в ремонтное уменьшение 025 мм. Биение коренных шеек вала еще больше усложняет подбор ремонтных размеров для шатунных шеек, исходя из условия сохранения хода поршня. Кроме того, после длитель­ной эксплуатации двигателя и, особенно, серьезных повреж­дений шатунных шеек вал может иметь остаточное скручива­ние, когда, например, оси попарно расположенных шатунных шеек не совпадают. Чем сильнее износ и эллипсность шатун­ных шеек и чем меньше припуск на шлифование, тем, оче­видно, сложнее обеспечить равенство радиусов кривошипа и общую ось парных шеек. На практике эти требования часто удается выполнить только при неоправданно больших ремонтных уменьшениях диаметров, а в некоторых случаях не удается вообще.

При сильном износе шатунной шейки и минимальном припуске на шлифование нередко приходится переходить на новую ось шейки, смещенную относительно старой на меньший радиус на величину, близкую к половине эллипса .

Обычно эта величина не превышает 0,1-0,3 мм, что является допустимым для всех типов двигателей легковых автомобилей (включая дизельные). Смещение более 0,3-0,5 мм может быть нежелательно для дизелей, это вызывает заметное снижение степени сжатия. По­этому во всех случаях, когда обеспечить одинаковые радиусы кривошипов невозможно, следует стремиться к минимальной их разнице.

Вследствие деформации вала происходит увод осей шатунных шеек на различное расстояние от оси вращения вала. В результате деформации вала оси крайних шатунных шеек слабо отклоняются от своих прежних радиусов, в то время как оси средних шеек переходят на новые радиусы вращения (рисунок 3.3.19), если эти шейки находятся в плоскости деформации вала или рядом с ней (±30-40°). Шатунные шейки, расположенные в плоскостях, перпендикулярных плоскости деформации вала, смещаются в окружном направлении.

Рисунок 3.3.19 — Переход шатунных шеек на новые радиусы вращения при деформации вала:

а — деформированный вал;  б — шейка имеет радиус вращения больше номинального.

На практике наиболее часто встречается случай, когда вал максимально де­формируется по наиболее изношенной шейке, при этом направление биения коренных шеек получается к шатунной шейке (сжатие щек вала). Тогда происходит взаимная частичная компенсация износа и биения, в результате чего ремонтный диаметр можно сделать несколько больше.

Элементарный расчет показывает, что даже при не очень большом повреждении шатунной шейки из-за разрушения ша­тунного подшипника использовать ремонтное уменьшение -0,25 мм оказывается проблематично. Однако при оценке ремонтного уменьшения диаметров шеек необходимо ориентироваться в первую очередь на минимальный съем металла, а условия равенства радиусов кривошипов или общая ось попарно расположенных шеек второстепенны, но весьма жела­тельны, особенно с точки зрения уравновешенности вала.

Если деформированный вал не правится, то часто наблю­дается следующая картина. После разрушения крайнего шатунного подшипника образуется деформация ва­ла у этой шейки в плоскости вала. Поскольку износ шейки имеет односторонний характер (сверху), он частично компен­сируется биением. В то же время биение средних шеек может оказаться таким, что уже именно они будут определять ре­монтное уменьшение размера. У валов шести и восьмицилиндровых двигателей наблюдается более сложная картина, по­скольку их шатунные шейки не лежат в одной плоскости. Таким образом, ремонт деформированных валов без применения правки представляет собой достаточно сложную техническую задачу.

В зависимости от деформации (биения) вала способы ремонта будут следующими:

1)биение до 0,08-^0,10 мм — традиционный ремонт — шлифование всех шеек в ремонтный размер 0,25 или 0,50 мм, возможно исправление передней центровой фаски; биение 0,10-0,20 мм — шлифование в ремонтный раз­мер 0,25+0,50 мм, возможна наварка (наплавка) хвостовика и шлифовка от новой базы, не исключена необходимость шли­фования торцевых поверхностей вала, балансировка;

2)биение 0,20-0,40 мм и более аналогично, но ремонтный размер шеек вала -0,50 мм или больше, возможна наварка (наплавка) коренных шеек с биением более 0,40 мм, обя­зательны наварка хвостовика, шлифование торцевых поверхностей, балансировка.

У многих двигателей на коленчатых валах применяются фланцевые коренные вкладыши, выполненные за одно целое с упорными полукольцами. В ремонт такие вкладыши нередко поставляются с увеличенным расстоянием между торцами (для некоторых двигателей есть варианты как с увеличенной, так и со стандартной шириной),  что предполагает шлифование торцевых поверхностей соответствующей коренной шейки ва­ла. Обычно увеличение размера между торцами в два раза меньше, чем уменьшение диаметра, например, для вклады­шей 0,25 мм торцевой размер увеличивается на 0,10-0,15 мм, а для 0,5 мм — на 0,20-0,25 мм.

Для двигателей с упорными полукольцами, выполненными отдельно от коренных вкладышей, упорные полукольца не входят в ремонтный комплект и должны быть заказаны отдельно. Для некоторых двигателей поставляются также упорные полукольца увеличенной толщины.

Ремонтное увеличение толщины упорных подшипников обеспечивает возможность исправления биения, кругов; скол и царапин на опорных поверхностях вала при его ремонте. В практике ремонта встречаются ситуации очень большого износа задней поверхности упорного подшипника коленчатого вала (более 0,8-1,0 мм). Обычно это является следствием остаточной смазки при сильной нагрузке на упорный подшипник со стороны сцепления. Одним из немногих возможных способов ремонта вала с таким повреждением является растачивание торца на токарном станке. После токарной обработки упорная поверхность полируется. Далее в расточку вставляются дополнительные полукольца после чего вал с полукольцами устанавливается в блок. В данном варианте ремонта дополнительные «плавающие» полукольца позволяют использовать обычные вкладыши с фланцами или двойные стандартной толщины полукольца на расточенном упорном торце коленчатого вала, не прибегая к специальным нестандартным полукольцам увеличенной толщины.

Рисунок 3.3.20 — Конструкция ремонтного упорного подшипника коленчатого вала:

1— дополнительные полукольца, ус­тановленные в расточку на поврежденном торце коленчатого вала;2— штатный вкладыш с упорными
полукольцами

Рисунок 3.3.21 — Растачивание по­врежденной упорной поверхности коленчатого вала

Чтобы исключить или максимально ограничить деформацию вала после ремонта, рекомендуются следующие операции:

1.Предварительная термообработка перед шлифованием выдержка при 180°С в течение 3-4 часов с медленным охлаждением.

2.Шлифование коренных шеек только после шлифовании шатунных.

3.Термообработка после шлифования шатунных шеек перед шлифованием коренных.

Очевидно, выполнение подобных операций сопряжено с большими затратами времени и необходимостью применения специального термического оборудования.

Поскольку это не всегда реально сделать, можно упростить технологию ремонта, применив специальный порядок шлифования вала:

1.Предварительное шлифование коренных шеек но с припуском не менее 0,1 мм для окончательной об­работки.

2.Шлифование шатунных шеек.

3.Выдержка в течение нескольких часов, контроль деформации вала (на призмах по индикатору)

Таблица 3.3.2 — Ремонтные размеры вкладышей и шеек коленчатого вала КамАЗ-740

Статья обновлена 28.03.2022

Коленчатый вал (коленвал) — важный узел в составе кривошипно-шатунного механизма автомобиля. Его функция заключается в том, чтобы воспринимать возвратно-поступательное движение поршней и преобразовывать его в крутящий момент, обеспечивая таким образом плавную работу двигателя. Конструктивно состоит из нескольких коренных и шатунных шеек, соединенных между собой щеками. По мере износа вал перешлифовывают на ремонтные размеры, что соответственно меняет и размеры шеек коленвала. Обычно предусматривается до 6 ремонтных размеров, советские стандарты допускали 8 для ряда моделей.

Когда требуются ремонтные размеры коленвалов

Место перехода от коренной или шатунной шейки к щеке испытывает наибольшие нагрузки в  конструкции коленвала, а потому износ в этом месте наиболее велик. По мере эксплуатации мотора на шейках появляются задиры и трещины, которые приводят к нарушению геометрии вала и должны быть устранены как можно скорее. Устраняются они шлифованием. Для того чтобы двигатель работал сбалансированно и без лишней вибрации, новые размеры коренных и шатунных шеек коленвала должны быть точно подогнаны к валу и друг другу. Делается это при помощи специальных вкладышей. Для удобства автомехаников диаметры шеек и толщина вкладышей были стандартизированы для каждой модели автомобиля.

Таким образом, ремонтные размеры требуются при каждой шлифовке коленвала. Определяются они в зависимости от метода обработки вала. В ходе производства каждый вал проходит несколько  этапов закалки, повышающих прочность и износостойкость его поверхности. Чаще всего используется термическая обработка, но в ряде случаев для усиления прочности воздействие высоких и низких температур сочетают с химическим (закалка ТВЧ, азотирование, закалка поверхностного слоя). В результате достигается достаточная глубина закалённого слоя, чтобы шейки вала можно было шлифовать 4–6 раз без потери рабочих качеств вала.

Важно знать, что валы, закаленные методом азотирования, не подлежат шлифовке.

Конструкция коленвала:

1. Коренная шейка — опорная часть вала. Находится в картере двигателя и опирается на коренной подшипник.
2. Шатунная шейка соединяет вал с шатунами и одновременно обеспечивает поступление к ним смазки через специальные каналы.
3. Щёки — детали, соединяющие коренные и шатунные шейки.
4. Передняя выходная часть вала или носок — место крепления зубчатого колеса или шкива отбора мощности для привода ГРМ.
5. Задняя выходная часть вала  или хвостовик — место крепления маховика или шестернёй отбора мощности.
6. Противовесы — конструктивно являются продолжением щек и снимают часть нагрузки с коренных подшипников.

Как узнать размеры коленвалов

Существуют специальные таблицы, где можно узнать размеры коленвалов для конкретной модели автомобиля или техники. Такие таблицы есть для всех видов транспортных и технических средств, на которых установлен двигатель внутреннего сгорания. Размеры вкладышей, имеющихся в продаже, соответствуют этим размерам.

Например, для Opel Kadett 1,3S стандартные размеры коренных шеек составляют 54,972–54,985 мм, при шлифовке на глубину 0,25 мм – 54,722 – 54,735 мм, при шлифовке на 0,5 мм – 54,472 — 54,485. Размеры шатунных шеек, соответственно, составляют 42,971 — 42,987 в стандартном (нулевом) варианте, 42,721 — 42,737 при шлифовке на 0,25 мм и 42,471 — 42,787 при глубине обработки 0,5 мм. Для автомобиля ВАЗ-2108 стандартный диаметр составит уже 50,779–50,819 мм, а ремонтных размеров предусмотрено четыре: 50,549–50,569, 50,229–50,319, 50,049–50,069 и 49,799–49,819.

Как правило, при первом ремонте шейку шлифуют на глубину около 0,25 мм. Следующие размеры располагаются друг от друга на таком же расстоянии: 0,5, 0,75 и 1 мм. Для ряда моделей также возможны шаги в 0,125 мм. Таблицы допускают шлифовку ещё на два размера, 1,25 и 1,5 мм, однако такая обработка чревата разрушения вала в процессе работы. По этой причине в магазинах размеры вкладышей 1,25 и 1,5 представлены редко. При значительном износе иногда перешлифовывают «через размер», т. е. уменьшают диаметр сразу на два размера.

Ремонт коленчатых валов

Шлифовка коленвала выполняется на вращающемся наждачным круге. В процессе работы вал поворачивают вокруг осей базирования то коренных, то шатунных шеек. Также необходимо следить за соблюдением межцентрового состояния и крайне бережно отнестись к сохранению форме галтелей, иначе ремонт может только ускорить разрушение коленчатого вала.

После шлифовки вал необходимо динамически отбалансировать в сборе с маховиком, чтобы избежать вибрации в  отремонтированном двигателе. Однако на практике это условие редко выполняется, особенно при индивидуальном ремонте.

В некоторых случаях устранить повреждения шеек шлифованием невозможно. Тогда можно рассмотреть вариант наплавке или напыления (в том числе — плазменного) с последующим шлифованием под нулевой (номинальный) размер. В зависимости от наплавляемого материала прочность шейки может даже повыситься по сравнению с заводскими значениями. На финальной стадии обработки шейки полируют и подвергают финишированию до получения оптимальной степени шероховатости.

Важно учитывать, что размеры шеек одного типа обязательно должны совпадать. Разные типы же могут иметь разные диаметры. Например, коренные могут быть второго ремонтного размера, а шатунные – третьего. Исключение – ситуации полевого ремонта, при котором шейки могут вообще не иметь стандартного ремонтного размера.

Также необходимо отметить, что специфика нагрузок, приходящихся на коленвал, часто вызывает его поломку. Чаще всего это случается из-за увеличения зазоров с вкладышем, что влечет за собой ухудшение смазки. Сломанный коленвал не ремонтопригоден и подлежит замене.

Заключение

Шейка коленвала испытывает основные нагрузки при работе двигателя, поэтому состояние этой детали должно регулярно проверяться. Ее повышенный износ приводит к появлению дополнительных вибраций в двигателе и может, в конечном счете, вызвать поломку коленвала. При должном опыте и наличии оборудования можно выполнить шлифовку самостоятельно, однако большинство владельцев легковых машин предпочитает поручить эту работу профессионалам.