1. Назначение, описание и оценка технологичности детали.

Коленчатый вал (рис.1.1) является основной силовой деталью двигателя, которая воспринимает нагрузки газов и сил инерции и передает их через маховик на трансмиссию автомобиля в виде крутящего момента.

Рис. 1.1. Коленчатый вал.

Коленчатый вал отливается из высокопрочного специального чугуна ВЧ 50-2 ГОСТ 7293-70 и состоит из шатунных и коренных шеек, щек и противовесов. Для уменьшения деформаций при работе двигателя вал сделан пятиопорным и с большим перекрытием коренных и шатунных шеек. Высокая усталостная прочность обеспечивается плавно выполненными переходами между шейками и щеками и тщательной обработкой напряженных мест. Высокая износостойкость шеек вала достигается большим диаметром шеек, благодаря чему уменьшаются удельные нагрузки в подшипниках поверхностной закалкой шеек токами высокой частоты на глубину 2-3 мм. Диаметр коренных шеек коленчатого вала составляет 50,799-50,819 мм, диаметр шатунных шеек 47,83-47,85 мм. Для уменьшения нагрузки от центробежных сил на коренные подшипники и уменьшения вибрации двигателя вал снабжен противовесами, отлитыми как одно целое с ним.

Противовесы уравновешивают центробежные силы шатунной шейки, шатуна и поршня, которые возникают при работе двигателя. Для обеспечения работы двигателя без вибраций коленчатый вал динамически балансируют. При балансировке высверливают металл в противовесах. Неуравновешенный момент не должен превышать 1,5 Н·мм.

В теле вала просверлены каналы, соединяющие 1,2,4 и 5-ю коренные шейки с шатунными. По этим каналам подводится масло для смазки шатунных подшипников. Технологические выводы каналов закрыты колпачковыми стальными заглушками, которые запрессовываются и зачеканиваются в трех точках. Вход и выход масла для смазки шатунного подшипника осуществляется в двух местах через горизонтальные сквозные каналы в шейках, Что способствует более равномерному изнашиванию шеек по окружности. Диаметральный зазор между шейкой и вкладышами коренных подшипников составляет 0,026-0,073 мм.

Осевое перемещение коленчатого вала ограничено двумя упорными полукольцами. Они вставляются в гнезда блока цилиндров по обе стороны среднего коренного подшипника, причем с задней стороны ставится металлокерамическое полукольцо, а с передней стороны - сталеалюминевое. Полукольца изготавливают двух размеров нормального и увеличенного на 0,127 мм.

Цилиндрическим выступом диаметром 35,0-34,984 на фланце коленчатого вала центрируется чугунный, литой маховик. На поверхности диаметрами Ø28 , Ø22 устанавливаются с помощью шпоночного соединения соответственно, зубчатый шкив привода распределительного вала, шкив привода генератора, а на поверхности Ø36 ведущая шестерня масляного насоса.

Неисправности и анализ причин эксплуатационных отказов детали.

Коленчатый вал является высоконагруженной деталью двигателя. В процессе эксплуатации двигатель машины подвержен различным нагрузкам, в том числе и неблагоприятным, это пуск двигателя в холодных условиях, не качественное смазочное масло, работа в запыленных условиях и т. д.

Вследствие этих факторов трущиеся части коленчатого вала подвергаются повышенному износу, что в свою очередь приводит к появлению на этих поверхностях надиров, сколов, микротрещин, раковин

( рис. 1.2), которые могут привести к поломке коленчатого вала и выходу из строя всего двигателя.

Рис. 1.2. Сколы, микротрещины, раковины на шейках вала.

Основными неисправностями коленчатого вала являются износ или задиры опорных шеек из-за повреждения вкладышей или втулок, а также деформация – искривление вала из-за перегрева шеек (рис. 1.3).

Рисунок.1.3. Деформация коленчатого вала.

При деформации вала, например, из-за перегрева подшипников его геометрическая ось искривляется, и все поверхности получают биение относительно оси центров.

В результате этого увеличиваются зазоры в подшипниках и нагрузки, в то время как условия смазки ухудшаются.

Естественный износ шеек наблюдается при больших пробегах автомобиля и всегда достаточно мал – обычно не более 0,05-0,08 мм. Овальность шеек редко превышает здесь 0,02-0,03 мм. При этом поверхность шеек становится негладкой, имеет многочисленные круговые риски, царапины. Поэтому даже в случае правильной геометрии вал с такими шейками не может быть установлен без ремонта.

Износ шеек после разрушения подшипников достигает от 0,5 до 3 мм. Овальность шеек при этом составляет примерно половину износа. Износ, как правило, имеет односторонний характер, что может существенно затруднить последующий ремонт. При ремонте вала должны быть выполнены следующие условия:

• восстановлен (до исходного) рабочий зазор в соединениях с ответной деталью;

• восстановлено взаимное расположение рабочих и вспомогательных поверхностей;

• восстановлено качество рабочих поверхностей.

Пренебрежение хотя бы одним из указанных условий ведет к ускоренному износу и выходу из строя как самого вала, так и ответных деталей.

Искривление оси опорных рабочих поверхностей вала увеличивает нагрузки на опоры и износ подшипников. Из-за несносности рабочих и вспомогательных поверхностей ускоряется износ элементов привода вала (цепи, ремни, натяжители), а также нарушается герметичность уплотнений вала. Низкое качество отремонтированной поверхности – большая шероховатость и пониженная твердость, ускоряют износ вала и сопряженных с ним деталей.

Основные требования, предъявляемые к технологии восстановления детали.

1. Шатунные шейки должны иметь диаметр – Ø47,83_-0,02 мм, коренные – Ø50,8_{- 0,02} мм.

2. Овальность и конусность шеек коленчатого вала не должны превышать 0,005 мм.

3. Чистота поверхности шеек должна соответствовать 5 квалитету

Ra 0,2 мкм.

4. Длина шатунной шейки должна быть в пределах 35,0-35,2 мм.

5. Радиусы галтелей коренных и шатунных шеек должны быть в пределах 1,8-2,0 мм.

6. При вращении вала, установленного в призмы на крайние коренные шейки, биение не должно превышать:

а) - коренных шеек и посадочной поверхности под ведущую шестерню масляного насоса - 0,03 мм.

б) - посадочной поверхности под шкивы и поверхностей, сопрягающихся с сальниками - 0,05 мм.

в) - посадочной поверхности под маховик - 0,04 мм.

7. Смещение осей шатунных шеек от плоскости, проходящей через оси шатунных и коренных шеек должно быть в пределах ±0,35 мм.

8. Трещины в любом месте коленчатого вала не допускаются.

9. На поверхностях, сопрягаемых с рабочими кромками сальников, не допускаются царапины, забоины и риски.

10. Твердость шеек должна быть по HRC 50…55.