1.4 Умови роботи деталі, характерні дефекти та причини їх виникнення
Розподільний вал. зобов'язаний витримувати відкриття клапанів у відповідності з робочим циклом двигуна при різних обертах колінчастого вала.
Найважливіший елемент розподільного вала – кулачок. Від положення на валу кулачкових пар залежить черговість роботи окремих циліндрів.
Товста, або широка, частина його призначена для відпочинку, тонка – найбільш навантажена. У нього важливі абсолютно всі ділянки поверхні, які з відповідними назвами показані на рисунку 1.3
1 – сектор відпочинку;
2 – сектор прискорення;
3 – бокова поверхня;
4 – вершина;
5 – сектор максимального відкриття клапана
Рисунок 1.3 – Профіль кулачка
Причому важливість і тонкість розрахунку профілю кожної частини кулачка постійно зростають у міру зростання максимального числа обертів у двигунів. Прийняв поділ профілю кулачка на сектори, нам легше буде уявити собі їх значення.
Повертаючись разом з валом, кулачок повинен вибрати теплової зазор в працюючій з ним парі тертя і почати підйом клапана від сідла, готуючи його до повного відкриття. Тут у справу включається сектор прискорення. Від профілю цієї ділянки кулачка залежить швидкість підйому клапана і характер наростання навантажень на кулачок від клапанної пружини. Навіть у вільному стані пружина притискає клапан до сідла із зусиллям до 15 кг. При повному відкритті клапана опір пружини додає ще кілограмів 30. А якщо врахувати, що співвідношення плечей важелів в клапанному приводі не на користь кулачка, то з'ясується, що навантаження на нього зростає ще й у максимальному значенні може наблизитися до 50 кг. Розподіляється ж вона всього лише на тоненькій лінії по всій ширині кулачка, площа якої, як правило, не більше 0,2 мм2.
Витримати такі високі навантаження може тільки вибілений чавун, та й то за умови зміцнюючої термообробки, достатнього змащення та точного дотримування часу роботи і відпочинку кулачків, що визначається відомими всім зазорами. Від величини "зазорів в клапанах" залежить і як – з ударом або поступово – почне відкриватися клапан, і як - м'яко або з відскоком – сяде він назад у сідло.
Повертаючись до сектору прискорення кулачка, можна сказати ще, що в ньому закладені характеристики потужності двигуна. Він регулює час відкриття клапана, а воно в більшій мірі, впливає на наповнення циліндра. Дефіцит часу і характер газодинамічних процесів, що відбуваються в циліндрі, дозволяють поєднати початок впуску свіжої робочої суміші з кінцем випуску відпрацьованих газів. При цьому вони навіть дещо перекриваються, що в характеристиці двигуна називається кутом перекриття фаз газорозподілу. А підтримується він в необхідних межах все тим же регулюванням "клапанних зазорів". Від нього ж залежать і умови, в яких доводиться працювати клапанам.
З питання правильного регулювання зазорів в клапанному механізмі помилок може бути тільки дві, а наслідків набагато більше.
Зазор великий. Його ми визначаємо по характерному шуму під клапанної кришкою. Але шум лише непрямий показник того, що відбувається в механізмі приводу клапанів. Насправді різниця між роботою механізму з нормальними і збільшеними зазорами може бути порівнянна з їздою по асфальтовому і кам'яна шосе зі всіма витікаючими звідси наслідками. Минаючи ділянку плавного переходу сектора відпочинку в сектор прискорення, кулачок з розмаху б'є боковою поверхнею в привід, через який удар передається на стрижень клапана. Тут енергія його розподіляється уздовж стрижня і на стінки направляючої втулки. Відкривши ненадовго клапан, кулачок по тій же скороченій програмі різко кидає клапан, і пружина з великим зусиллям садить його в сідло. Процес цей повторюється знову і знову, здійснюючи мікроруйнування в структурі поверхневих шарів працюючих в парі деталей і, в кінцевому підсумку, набагато раніше покладеного терміну виводить їх з ладу. При цьому у двигуна впала потужність, і для тієї ж роботи, яку він проробляв, йому вже треба буде дещо більше палива.
Зазор малий. Це означає, що кулачок, ледь посадивши, правда, м'яко, клапан в сідло, тут же, не давши відпочити і охолонути, знову піднімає його. При дуже малих зазорах подовжені від нагрівання клапан може і зовсім зависнути над сідлом. В результаті температура тарілки клапана поповзе вгору, кромки її почнуть перегріватись і обгорати, компресія в циліндрі впаде, а разом з нею і потужність. Не залишається без згубних наслідків і сам кулачок. Він більше часу треться об привід клапана, менше змазується і, в кінцевому підсумку, зношується завчасно, приводячи в повну непридатність весь розподільний вал.
Треба відзначити, що будь-яке відхилення в величині зазорів тягне за собою зміну в кутах перекриття фаз газорозподілу, що теж завжди недоречно.
Трапляється, що після самої ретельної регулювання зазорів стуки від "розпущених" клапанів зберігаються. Причина - в нерівномірних зносах пар, що труться. Тут можуть бути і відколи, і нерівні западини на штовхачах і кулачках.
Ось в таких непростих умовах працюють самі навантажені частини розподільного валу.
Розподільний вал, спирається на опори. Опори виконані роз'ємними. Верхня половина знаходиться в корпусах підшипників, а нижня в голівці циліндрів. При передачі обертання від шківа колінчастого вала через зубчастий ремінь на розподільний вал виникає певний опір, котрий діє на опори. Під дією цих зусиль опори можуть деформуватися і набувати неправильної геометричної форми.
Масло подається під тиском 4,5 кгс/см2. З головної масляної магістралі масло по вертикальних каналах в блоці і голівці циліндрів підводиться в масляну магістраль головки циліндрів, а звідти по каналах до опор розподільного валу.
Випливаючи з опор розподільного валу масло змащує робочі поверхні кулачків і штовхачів клапанів.
В процесі роботи розподільний вал піддається вигину і скрученню; на кулачки вала діють контактні навантаження, що сприяють зносу робочих поверхонь кулачків. Тому необхідно заправляти масло, яке рекомендує автовиробник. Дотримання рекомендації виробника в частині використання моторного масла – це гарантія того, що двигун автомобіля буде справно працювати.
Так як розподільний вал змащується під тиском, тому його середа – не агресивна.
Але якщо не дотримуватися заплановану, при ТО, заміну масла, то масло втратить свої властивості, що призведе до передчасної корозії зовнішніх по-поверхонь, знос стане вище. Масло має покривати всі деталі тонкою плівкою, старе масло на це не здатне, воно не настільки рідке й тягуче.
Помилки конструювання, порушення технологічного процесу виробництва, технічного обслуговування і ремонту автомобілів, а також не правильна експлуатація призводять до виникнення дефектів. Дефектом називають кожну невідповідність продукції вимогам, встановленим нормативної документації.
В процесі експлуатації під впливом головних сил і навантажень в розподільному валі можуть виникати такі дефекти:
1) Відколи по торцях вершин кулачків – бракують понад 3 мм.
Причини:
– Робота двигуна з недостатнім тиском в системі мастила;
– Робота двигуна з недостатнім рівнем масла в картері;
– Робота двигуна на неякісному маслі;
– Сильний перегрів, що приводить до розрідження масла;
– Попадання в масло палива, що приводить до розжиження масла;
– Робота двигуна з засміченим масляним фільтром;
– Робота двигуна на брудному маслі;
– Великий пробіг двигуна;
– Не відрегульований зазор в клапанному механізмі;
– дефекти і пошкодження деталей привода клапанів;
– Невірно встановлені фази газорозподілу.
2) Вигин валу
– Причиною вигину розподільного вала є зустріч клапанів з поршнями.
– В процесі експлуатації під впливом навантажень
3) Знос опорних шийок
– У зону опорних шийок потрапила волога або твердий матеріал.
– Неправильний монтаж: надмірне зусилля, перегрів, неправильне регулювання и зазор,
– Надмірна, недостатня або невідповідна мастило.
4) Знос шийок під розподільну шестерню і під ексцентрик
5) Знос кулачків по висоті
6) Знос канавки під шпонку
7) Знос різьби внутрішньої
– Неправильний момент затягування, витягування різьблення, що в свою чергу може привести до мимовільного розкручування в процесі роботи. Відновлюють різьблення шляхом заварки з наступним нарізанням різьби номінального розміру.