Ремонт коленчатого вала

Коленчатый вал ( см. рис. 37 ) является одной из наиболее ответственных и нагруженных деталей дизеля. Материал коленчатого вала — сталь 18XHBA. В процессе ремонта коленчатого вала устраняют следующие неисправности: прогиб, надиры и износ шеек, износ поверхностей хвостовика вала, повреждение резьбы в носке вала.

Для устранения указанных неисправностей принята следующая схема технологического процесса ремонта коленчатого вала :

1. нарезка резьбы в носке вала под ремонтный размер;
2. выпрессовки дефектного хвостовика, притирка отверстия вала, запрессовка нового хвостовика;
3. правка коленчатого вала под прессом и методом наклепа щек;
4. шлифование шейки под упорный подшипник, предварительное шлифование, хромирование и окончательное шлифование шеек носка;
5. шлифование коренных шеек и шеек хвостовика под ремонтные размеры;
6. шлифование шатунных шеек;
7. замена масляных трубок в шейках вала;
8. полирование вала;
9. окончательный контроль;
10. притирка маслоотбойного кольца;
11. промывка и консервация.

Изношенную резьбу 2M72х3Е в носке вала вновь нарезают на ремонтный размер CП2M73х3Е. Для выполнения этой операции вал устанавливают на токарном станке в кулачках и люнете. Новую резьбу проверяют специальным калибром.

Хвостовик из коленчатого вала выпрессовывают в случае предельного износа шейки (нет припуска для шлифования шейки под ремонтный размер) и при ширине шлицев ниже минимально допустимого размера 5,75 мм. Для выпрессовки хвостовика коленчатого вала применяют специальный горизонтальный гидравлический пресс, развивающий усилие до 40 т.

Перед шлифованием шеек коленчатый вал подвергают правке.

Для шлифования носка вал устанавливают в центры шлифовального станка; под пятую коренную шейку подводят люнет. Поверхность под упорный подшипник шлифуют под номинальный диаметр 100 -0,12 -0,35 или под хромирование до диаметра нe менее 99,3 мм.

При шлифовании применяют корундовый круг на керамической связке твердостью C 1 -СM 2 , зернистостью 46—70.

При необходимости допускается шлифование буртика до размера по ширине мм. При шлифовании шейки носка вала должен быть выдержан радиус галтели 2-0,5 мм.

Изношенные девятую и десятую шейки носка шлифуют под хромирование до диаметров не менее 94,60 и 84,60 мм. Обработанные шейки хромируют до диаметров 95,1 +0,05 мм и 85,1 +0,05 мм; шейку упорного подшипника наращивают до диаметра 100-0,05 мм. После наращивания блестящим слоем хрома шейки вала шлифуют под номинальные размеры:

• 9-я шейка до диаметра 95 -0,04 -0,075 наружная поверхность шлицев — до диаметра 95-0,23-0,46 мм;
• 10-я шейка — до диаметра 85±0,03 мм и шейка под упорный подшипник — до диаметра 100 -0,12 -0,35 мм.

Для шлифования хромированных шеек используют электрокорундовые круги на керамической связке зернистостью 46—80, твердостью C 1 —СТ 1 .

Коренные и шатунные шейки вала шлифуют для того, чтобы устранить овальность, конусность, риски и исправить галтели. Шлифование шеек также необходимо для валов, подвергавшихся правке или перепрессовке хвостовика.

Для установки вала на круглошлифовальный станок используют задний плавающий центр. Передний центр также должен быть плавающим при повреждении центровой фаски в носке или при большом биении шеек вала.

Передний центр ( рис. 111, а ) ввертывают в носок коленчатого вала. Центр состоит из корпуса 5, собственно центра 2 и поводка 4. Болты 1 служат для установки центра относительно шейки переднего конца вала. Задний центр ( рис. 111, б ) надевают на хвостовик вала и закрепляют стопором 5. Положение центра 7 в корпусе 6 регулируют и закрепляют четырьмя болтами 8. Вал нa станке устанавливают так, чтобы биение носка и хвостовика было не более 0,05 ммч всех остальных шеек — менее 0,2 мм.

Чтобы избежать прогиб вала при шлифовании, ко 2-й, 5-й и 8-й коренным шейкам подводят кулачки люнетов. Рекомендуется применять двухкулачковые люнеты ( рис. 111, в ) с деревянными колодками. Нижняя колодка укреплена на коромысле, управляемом наклонным отжимным болтом. Боковая колодка установлена на ползуне, передвигаемом горизонтальным винтом.

Шейки шлифуют до устранения овальности и повреждений на цилиндрической поверхности и галтелях. После шлифования диаметры всех коренных шеек должны быть не менее 93 мм. Если размеры шеек близки друг к другу, то их шлифуют до одного диаметра. При шлифовании шеек желательно снимать слой металла не более 0,03—0,45 мм на сторону. Предельный ремонтный размер ширины шеек равен 56,4 мм. После шлифования поверхность шеек и галтелей должна быть гладкая, без рисок.

Рис. 111. Приспособления для крепления коленчатого вала нa станке: а — передний плавающий центр; б — задний плавающий центр; в — люнет; 1 — болт; 2 — центр; 3 — корпус переднего центра; 4 — поводок; 5 — стопор; 6 — корпус заднего центра; 7 — центр; 8 — фиксирующие болты; 9 и 11 — колодки; 10 — коромысло; 12 — ось; 13 — направляющий винт; 14 — ползун; 16 — сварной корпус; 16 — винт ползуна; 17 — болт коромысла; 18 — упорная планка.

Овальность и конусность шеек допускается не более 0,03 мм. Корсетность и бочкообразность не допускаются.

Необходимо обращать внимание на правильное выполнение галтелей, т. е. на величину радиусов и плавность перехода от большего радиуса к меньшему и от меньшего радиуса к шейке вала. Галтели вала контролируют по предельным шаблонам.

Для валов различных выпусков, отличающихся по радиусам галтелей, применяют различные шаблоны, на которых указан номер чертежа вала и величина радиуса. Перед снятием вала со станка затупляют острую кромку на торце первой коренной шейки.

Для проверки радиуса галтелей шлифовального круга шлифуют пробную пластину и проверяют ее по радиусному шаблону. При необходимости правят шлифовальный круг.

При надобности также шлифуют шейку хвостовика диаметром 39,8-0,017 мм под втулку ремонтного размера.

Для шлифования шатунных шеек вал устанавливают 9-й и 1-й коренными шейками на призмы кронштейнов центросместителей, носком к передней бабке. Под первую коренную шейку подкладывают ленточную прокладку толщиной, равной полуразности диаметров 9-й и 1-й коренных шеек. Вал располагают так, чтобы ось 1-й и 6-й шатунных шеек была совмещена с осью центров станка. Закрепив вал за смещенные коренные шейки, выверяют по индикатору биение 1-й и 6-й шатунных шеек, которое должно быть не более 0,2 мм.

Опорные призмы центросместителя станка установлены так, чтобы расстояние по вертикали между осями центров станка и контрольной оправки диаметром 95 -0,07 -0,10 мм было равно радиусу кривошипа шатунных шеек 90 +0,10 -0,15 мм.

После выверки и закрепления вала на станке устанавливают люнет под первую шатунную шейку, которую шлифуют до получения правильной цилиндрической формы. Диаметр шейки после устранения дефектов на цилиндрической поверхности и галтелях должен быть не менее 83 мм. Предельный ремонтный размер ширины этих шеек равен 70,5 мм. В остальном при шлифовании шатунных шеек выполняют те же требования, что и при обработке коренных шеек.

Затем шлифуют и 6-ю шатунную шейку, переставив под нее люнет.

Для шлифования остальных шеек ослабляют крепление вала в смещенных центрах, повертывают его на 120° так, чтобы против центров станка расположилась следующая пара шатунных шеек, и тщательно проверяют по индикатору точность установки вала. Люнет переставляют под каждую шлифуемую шейку.

Закончив шлифование шеек, коленчатый вал проверяют на отсутствие трещин на магнитном дефектоскопе.

Слесарная обработка вала производится на подставке — пирамиде. Сначала выпрессовывают поврежденные (помятость и качка) маслопроводящие трубки в шейках; зачищают отверстия, устанавливают новые трубки и развальцовывают их наружные кромки. Конец трубки должен утопать в отверстии шейки в пределах 0,5—1,0 мм.

В заключение зенкуют и притирают забитые фаски под заглушки отверстий в шейках вала.

В зависимости от длины шеек используют оправки трех размеров для обработки фасок; одна из них представлена на рис. 112 .

Рис.112. Приспособление для обработки фасок под заглушки отверстий шеек вала.

На конце оправки 3 расположена зенковка 2. Винт 1, входящий в радиусный вырез оправки, служит поводком зенковки. Продольный вырез на оправке обеспечивает снятие зенковки без вывертывания винта. Оправка центрируется направляющей втулкой 4. Внутренний выступ шайбы 5 входит в продольный паз на оправке. При подтягивании гайки 6, упирающейся в шайбу 5, оправка смещается вдоль оси, а зенковка 2 углубляется в материал вала. Оправку вращают трещоточным ключом.

Для полирования шеек вал устанавливают на токарный станок хвостовиком в патрон и пробкой носка на задний центр. С помощью войлочного круга диаметром 500 мм с настой ГОИ полируют наружные поверхности щек вала. Приспособление имеет отдельный электродвигатель, установленный на суппорте станка; шпиндель круга приводится ременной передачей.

Коренные и шатунные шейки полируют шкуркой в специальных деревянных зажимах. Поверхности шеек и галтелей полируют до устранения следов шлифования, последовательно применяя электро-корундовые шкурки на бязевой основе зернистостью 100, 150, 240 и 320. Боковые поверхности щек полируют шкуркой зернистостью 80-120.

После полирования проверяют чистоту поверхности шеек, их диаметр, а также конусность и овальность.

Отремонтированный коленчатый вал подвергают полному контролю на специальном стенде ( рис. 113 ). При этом проверяют отклонение радиуса кривошипа шатунных шеек, отклонение углового положения кривошипов (120°±30′), параллельность шатунных и коренных шеек, биение коренных шеек, шеек переднего конца и хвостовика вала, размеры шеек, упорного буртика и шлицев.

Для проверки коленчатый вал укладывают на призмы 1 и 8 плиты 9 стенда. Призму движка центроискателя 2 направляют на 7-ю коренную шейку. При этом несколько приподнимается движок центроискателя и на некоторую величину отклоняется стрелка индикатора. Совместив нулевое деление шкалы индикатора со стрелкой, центроискатель направляют на 2-ю коренную шейку. Если стрелка индикатора отклонится, то нужно регулировать высоту призмы 1, добиваясь совмещения стрелки индикатора с нулевым делением шкалы.

Рис. 113. Стенд для контроля коленчатых валов.

Чтобы определить величину отклонения радиуса кривошипа от номинального размера (90 мм), шатунную шейку вала сначала устанавливают в верхнее положение. С этой целью к поверхности шейки приставляют верхнюю площадку А движка центроискателя 2, а стрелку индикатора совмещают с нулевым делением шкалы. Затем вал поворачивают на 180°, подводят к шейке нижнюю площадку Б движка центроискателя 2 и пo величине отклонения стрелки индикатора находят нижнее положение шейки вала. При этом показание стрелки индикатора будет равно двойной величине отклонения радиуса кривошипа от номинального размера, так как расстояние между нижней и верхней площадками движка равно удвоенному номинальному радиусу кривошипа.

Отклонение углового положения кривошипа определяют следующим образом. Первую шатунную шейку вала устанавливают в горизонтальное положение, пользуясь призмой центроискателя 2.

Шлицевую втулку 4 звездочки надевают на передний конец вала так, чтобы один из радиальных выступов занял горизонтальное положение. Втулку закрепляют фиксатором, конец которого входит в шлицевой паз вала.

В отверстии каждого выступа звездочки вставлены ролики 5. Под ролик подводят стойку 7 и регулируют винт 6 стойки так, чтобы его головка коснулась ролика. После этого нулевое деление шкалы индикатора совмещают со стрелкой; призму движка центроискателя и стойку 7 со стрелкой отводят в сторону и поворачивают коленчатый вал примерно на 120°. Вновь придвинув стойку 7, повертывают коленчатый вал до соприкосновения следующего ролика с головкой того же винта 6 стойки 7.

Затем призму движка центроискателя вводят в контакт, с шейкой, которая в данный момент заняла горизонтальное положение, и по отклонению стрелки индикатора от нулевого деления шкалы определяют отклонение кривошипа от нормального положения.

Показание стрелки индикатора будет равно величине смещения шатунной шейки относительно ее правильного положения, выраженной в миллиметрах длины дуги, описанной радиусом кривошипа.

При радиусе кривошипа R = 90 мм отклонение на 1° соответствует длине дуги 1,58 мм. Следовательно, при допустимом угловом отклонении кривошипа (±30′) величина перемещения стрелки индикатора должна быть не более ± 0,79 мм.

Стойка 3 с индикатором служит для проверки параллельности шеек относительно оси вала.

При ослаблении посадки и повреждении масляных трубок в шейках вала трубки заменяют новыми. Конец новой трубки должен утопать на 0,5—1,0 мм от поверхности шейки и выходить в полость шейки на величину не более 16 мм. Наружный конец запрессованной трубки развальцовывают под углом 60°.

При окончательной проверке отремонтированного вала контролер заполняет карту измерений.

Далее производят притирку маслоотбойного кольца по галтели 9-й шейки коленчатого вала. Для притирки используют пасту с корундовым порошком M28. Качество притирки контролируют по краске, которая должна покрывать 70% поверхности галтели.

В заключение вал промывают в дизельном топливе или керосине, протирают салфеткой и смазывают маслом. Шейки вала обвертывают промасленной бумагой. Коленчатые валы, подлежащие хранению, подвергают консервации.

Коленчатый вал: как будем ремонтировать? ч. 1

К сожалению, подобная практика «разделения труда» часто приводит к плачевному результату. Моторист, не проверив все должным образом, отдает на шлифовку коленвал, который не требует ремонта или, напротив, поврежден так, что уже не может быть качественно отремонтирован. Шлифовщик тоже «не отстает» от моториста и делает, как просят, главное, побыстрее. Далее коленвал «попадает» в двигатель практически без проверки, да и зачем проверять — моторист считает это обязанностью шлифовщика. А то, что после ремонта вал может иметь дефекты (биение, эллипсность и конусность шеек, дисбаланс), вроде и не волнует никого. Хотя нет, волнует — владелец автомобиля тысяч через . надцать пробега вспомнит моториста недобрым словом. А с того «как с гуся вода» — мол, все было сделано правильно, просто запчасти плохие подсунули.

Такая вот невеселая, но вполне типичная история. Конечно, и мотористы, и шлифовщики бывают разные. Чтобы избежать ошибок, и сделают все как надо, и проверят вал тщательно — известный принцип «доверяй, но проверяй» в таком случае работает как нельзя лучше.

А что и как надо проверять? Ответить на этот вопрос можно только обладая знанием технологии ремонта вала. Которая, в свою очередь, начинается именно с контроля.

С чего начать?

Проверка коленчатого вала перед его ремонтом несколько отличается от той, которую проводят при дефектовке или сборке двигателя. Конечно, и в том, и в другом случае проверяется геометрия вала, но в нашем случае от результатов проверки зависит выбор технологии ремонта.

Для проверки вал устанавливается на призмы крайними коренными шейками, а у средних с помощью стойки с индикатором измеряется биение. Проверяется также биение хвостовика и поверхностей сальников. Далее проводят тщательное измерение диаметров коренных и шатунных шеек. При этом обращают внимание на износ средней и крайних коренных шеек (он может быть повышен), а также на эллипсность шатунных шеек. Последнее измерение выполняют в нескольких плоскостях — при наличии эллипсности минимальный размер шейки обычно получается в направлении, сдвинутом на 20-40 о против вращения от плоскости, проходящей через радиус кривошипа. После этих измерений картина несколько проясняется.

Дальнейшие действия лучше проиллюстрировать на примере. Стало общепринятым, что шлифовать вал можно только в случае, если биение средних шеек относительно крайних не превышает 0,1 мм. Точнее, шлифовать-то можно и при большем биении, но тогда неизбежно возникновение дисбаланса, который после ремонта будет необходимо устранить. К сожалению, пока в отечественной ремонтной практике хорошо освоена лишь балансировка валов 4-цилиндровых рядных и оппозитных двигателей, а также рядных 6-цилиндровых и V-образных 12-цилиндровых. Остальные типы валов — 2-, 3- и 5-цилиндровых рядных двигателей, а также большинство 6- и 8-цилиндровых V-образных отбалансировать весьма и весьма проблематично. Поэтому при биении коренных шеек свыше 0,1 мм перед шлифовкой целесообразно вал править.

Если вал уже подвергался шлифовке, не исключено, что хвостовик и поверхности сальников несоосны коренным шейкам. Известны случаи, когда недобросовестные шлифовщики умудрялись так изуродовать вал, что биение на этих поверхностях становилось раз в десять (!) больше допустимого — более 0,1-0,15 мм. Если добавить сюда износ коренных шеек, а также их возможное взаимное биение, то при исправлении подобной «халтуры» вал, скорее всего, «не выйдет» в следующий ремонтный размер шеек. Тогда, прежде чем шлифовать, следует уточнить наличие вкладышей необходимого ремонтного размера. Кстати, такое уточнение необходимо для многих двигателей иномарок — ситуация, когда после шлифовки коленвала искомые вкладыши будут найдены лишь на бумаге каталога, не редкость.

Однако самая большая неприятность — это когда ремонтировать уже «нечего» — износ шеек превысил максимальное ремонтное уменьшение. Такой вал обычно выбраковывают, в крайнем случае восстанавливают шейки наваркой или наплавкой.

Валы с перегретыми после разрушения подшипников шейками желательно проверить на отсутствие трещин. Такая проверка обычно выполняется с помощью специальной установки — магнитного дефектоскопа. Глубокие трещины, уходящие в тело вала, — основание для выбраковки. Иногда такие трещины видны и невооруженным глазом.

Перед установкой вала в станке необходима еще одна проверка. Вал ставят в центрах и измеряют биение хвостовика и поверхности заднего сальника. Если биение превышает 0,01-0,02 мм, необходимо править центровые фаски вала, иначе шлифовать коренные шейки будет невозможно.

Существует несколько способов правки фасок — шабрением, притиркой и протачиванием.

Первый способ прост, но неудачен, т.к. из-за неправильной геометрии фаски качество шлифовки вала будет снижено (может появиться эллипсность коренных шеек). Второй способ точен, но слишком трудоемок — в токарном станке фаска притирается с помощью абразивной пасты к коническому притиру. Наилучшие результаты дает протачивание вала в токарном станке с использованием люнета.

Отметим, что если на большинстве европейских и японских валов «кривые» центровые фаски — редкость, то у американских встречаются довольно часто, причем некоторые валы даже не имеют фасок. Из отечественных двигателей отличаются «волговские» валы — при ремонте правка их центровых фасок оказывается обязательной.

И, наконец, последняя подготовительная операция — удаление заглушек и промывка внутренних каналов. Последняя операция обязательна — во внутренних каналах около заглушек скапливается значительное количество грязи. Стоит только пренебречь промывкой, как грязь обязательно испортит самую качественную шлифовку вала, и весь ремонт двигателя пойдет насмарку.

Итак, подготовка к работе завершена. Тем не менее, приступать к шлифовке еще рано, надо проверить шлифовальный станок.

Какой станок лучше?

Для шлифования коленчатых валов применяются специализированные шлифовальные станки с приспособлениями, позволяющими сместить ось коренных шеек относительно оси вращения вала в станке. Это необходимо для шлифования шатунных шеек.

Как показывает практика, результат ремонта вала во многом зависит не от модели шлифовального станка, а от его состояния. Поскольку дефекты станка, ошибки, небрежности и неточности при его наладке делают невозможным качественный ремонт вала. За примерами далеко ходить не надо.

Один из самых распространенных дефектов шлифовки — дробление, при котором поверхность шейки приобретает характерный «многогранный» вид. Причина этого дефекта обычно заключается в плохой подготовке шлифовального круга, когда его биение становится больше 3-4 мкм. К таким же последствиям может привести недостаточное натяжение ремней привода планшайбы передней бабки станка.

Еще один весьма распространенный дефект — несоосность центров передней и задней бабки. Это нетрудно проверить с помощью шлифованного стержня (скалки), установленного в центрах, и стойки с индикатором. Несоосность центров приводит к неправильной обкатке центровых фасок и эллипсности шеек вала, а если она обнаружена, то причина может быть, к примеру, в износе направляющих стола станка. Тогда ремонтировать надо не вал, а станок.

Очень важное значение имеет соосность патронов станка. Допустимое значение несоосности не должно превышать 0,04-0,05 мм на длине вала. Этот параметр обеспечивает параллельность осей шатунных и коренных шеек. Отметим, что он определяется состоянием станка, а измерить непараллельность шеек непосредственно на коленчатом валу невозможно.

При несоосности патронов вал, зажатый в них, вращается по очень сложной траектории, в результате чего шатунные шейки, расположенные попарно, после шлифовки оказываются на разных радиусах и сдвинутыми по окружности. Очевидно, двигатель с таким валом уже никогда не сможет работать ровно.

Непараллельность шеек проявляется при дальнейшей эксплуатации ускоренным износом шатунных вкладышей, особенно у их краев. А поскольку контролю этот параметр не поддается, то соосность патронов станка — вопрос доверия к шлифовщику.

Несоосность патронов нетрудно устранить протачиванием их кулачков в токарном станке при базировании по наружному диаметру патрона. Правда, иногда несоосность возникает из-за дефекта планшайбы передней или задней бабки. Но так или иначе, указанные дефекты должны быть устранены, иначе качество шлифовки вала будет резко снижено.

При наладке станка обязательно проверяется конусность шеек (не более 1-2 мкм). Этот параметр регулируется с помощью специальной конусной линейки станка и особенно важен при шлифовке валов с широкими шейками.

И, наконец, жесткость закрепления вала в станке: люфты в различных соединениях станка легко могут привести к дроблению или эллипсности шеек.

Наш анализ возможных дефектов и их причин показывает, как важно для обеспечения качественной шлифовки содержать станок в исправном состоянии и периодически проверять его. А это совсем не просто. Но анализ оказался бы не полным, если не отметить роль самого шлифовщика. Какой бы замечательный, новый и точный ни был станок, квалификация шлифовщика имеет решающее значение. Особенно, когда речь идет о «ловле» микронных размеров, биений, отклонений формы и расположения поверхностей. Более того, квалифицированный мастер «чувствует металл», видит, как ведет себя вал при шлифовке и при малейшем отклонении от нормы обязательно лишний раз проверит станок.

Итак, коленчатый вал проверен, станок налажен, можно шлифовать. Но о том, как это делается, читайте в наших будущих статьях.