Устройство кривошипно-шатунного механизма представлено на рисунке 1,2 [18]:

 

1. вкладыш шатунного подшипника

2. втулка верхней головки шатуна

3. поршневые кольца

4. поршень

5. поршневой палец

6. стопорное кольцо

7. шатун

8. коленчатый вал

9. крышка шатунного подшипника

Рисунок 1.2 – Устройство КШМ

1.4 Дефекты коленчатых валов и причины их возникновения

Коленчатый вал входит в кривошипно-шатунный механизм двигателя автомобиля КамАЗ. Он служит для преобразования поступательного движения шатунов во вращательное, получения крутящего момента и передачи его на маховик [1].

Коленчатый вал современного двигателя в процессе своей работы, испытывает повышенные нагрузки: рывки и удары в трансмиссии, высокая температура, знакопеременная нагрузка, воспринимаемая от поршня, высокие обороты, а также различного рода вибрации, которые напрямую передаются коленчатому валу. Из-за множества различных по своей природе нагрузок, воспринимаем коленчатым валом, со временем появляются разного рода неисправности.

Схема коленчатого вала представлена на рисунке 1.3:

1-вал коленчатый; 2-маслоотражатель; 3-шестерня распределительная;

4-противовес задний; 5-заглушка шатунной шейки; 6-шестерня привода

масляного насоса; 7-противовес передний.

Рисунок 1.3 - Коленчатый вал в сборе

Коленчатый вал двигателя имеет 5 коренных и 4 шатунные шейки (рисунок 1.3). В шатунных шейках вала выполнены внутренние полости, закрытые заглушками 5, где масло подвергается дополнительной центробежной очистке. Полости шатунных шеек сообщаются наклонными отверстиями с поперечными каналами в коренных шейках. Для равномерного чередования рабочих ходов шатунные шейки коленчатого вала расположены под углом 90°. К каждой шатунной шейке крепятся два шатуна – для правого и левого рядов цилиндров.

На носке коленчатого вала установлена шестерня привода масляного насоса 6, на хвостовике – распределительная шестерня в сборе с маслоотражателем 2. Выносные съемные противовесы 4 и 7 закреплены на валу посадкой с натягом [1, 2].

Коленчатый вал изготовлен горячей штамповкой из стали 45ХМФА, упрочнен закалкой токами высокой частоты. Коренные и шатунные шейки имеют твердость 52…62 HRC [2]. Технические характеристики коленчатого вала приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Технические характеристики коленчатого вала

Характеристика	Значение
Направление вращения коленчатого вала (по ГОСТ 22836-77)	правое
Максимальный крутящий момент, Н×м	637
Частота вращения коленчатого вала, мин^-1
- номинальная при максимальном крутящем моменте	1800
- минимальная	60
- максимальная	2930

Основной технологической базой при изготовлении и ремонте коленчатых валов являются центровые отверстия. Основные исполнительные поверхности - поверхности коренных и шатунных шеек.

Коленчатый вал – одна из важных, дорогостоящих деталей двигателя, в значительной степени определяющая его ресурс. Срок службы коленчатого вала зависит от двух независимо действующих факторов: сопротивления усталости и износостойкости. В процессе эксплуатации двигателя в результате неравномерности износа, кратковременных перегрузок, смещения опор блока из-за старения металла и ряда других причин возникают ситуации, при которых вал работает в условиях перегрузок. При этом в структуре металла накапливаются усталостные повреждения в наиболее напряженных зонах детали. Такими зонами являются центральная часть шеек в зоне маслоподводящих отверстий. Износ шатунных и коренных шеек является одним из основных дефектов коленчатых валов.

Изгиб вала приводит к несоосности шеек, неперпендикулярности торцов и шеек, нарушению углов между кривошипами. Основной причиной изгиба является релаксация внутренних остаточных напряжений, возникающих в процессе изготовления заготовки и проведения термообработки вала.

Также в процессе эксплуатации двигателя могут возникнуть трещины в галтелях, повреждение резьбы, износ шпоночных канавок, отверстий под болты крепления маховика, посадочных мест под шестерню и шкив. Трещины возникают в результате действия нагрузок, превышающих предел прочности, а также под действием знакопеременных нагрузок, превышающих предел выносливости [5].

Все неисправности коленчатого вала можно разделить на две основные группы:

1) Неисправности связанные с механическим износом или разрушением деталей, примеры таких неисправностей: износ верхней или нижней головки шатуна или их подшипников, разрушение или поломка самого шатуна, разрушение шлицев, звездочек, посадочных конусов или шпоночных пазов на цапфах, износ посадочных мест под коренные подшипники или сальники и т. д.

2) Неисправности связанные с нарушение геометрии как отдельных деталей, так и коленчатого вала в целом, примеры таких неисправностей: осевая несоосность цапф коленчатого вала, различного рода искривления и деформации шатуна, несоосность осей верхней и нижней головки шатуна.

Последовательность действий для выявления неисправностей можно разделить на несколько этапов.

Первый этап:

Проверку коленчатого вала следует начинать с определения величины износа подшипника нижней, верхней головки шатуна. Для этого: отмываем от масла подшипник нижней головки шатуна, затем берем коленчатый вал в руку и второй свободной рукой раскачиваем шатун в радиальном направлении. При наличии люфта, коленчатый вал подлежит замене или ремонту (перепрессовке). В литературе описано, что небольшой люфт в подшипнике нижней головки шатуна допускается. На самом деле, наличие любого люфта в подшипнике нижней головки шатуна, приводит к тому, что шатун начинает работать с ударом, из-за чего многократно увеличивается нагрузка, как на подшипник нижней головки шатуна, так и на сам шатун. Все это в совокупности, снижает общую надежность двигателя.

Также следует отметить, что проверку люфта нижней, верхней головки шатуна, следует проводить только с хорошо отмытым от грязи и остатков моторного масла подшипником, масляная пленка образующиеся на роликах подшипника имеет определенную толщину, которая может «съесть» часть люфта из-за чего картина состояния подшипника может слегка исказится.

Отмыв от грязи и остатков масла верхнюю головку шатуна, взять новый поршневой палец, вставить его в верхнюю головку и пытаться покачать его вправо — влево. Едва заметный люфт допустим: при работе двигателя масло попадет на детали и люфт пропадет. А вот если имеется большой люфт, то придется менять коленчатый вал, так как с таким люфтом двигатель вскоре выйдет из строя. Взять измерительный щуп и замерить расстояние между щекой коленчатого вала и шатуном (осевой люфт шатуна), он должен быть в пределах 0,15-0,3 мм. Осевой люфт шатуна можно увеличивать или уменьшать до заданных пределов, путем поджатия разжатия щек шатуна.

Основной этап:

В силу своих конструктивных особенностей, коленчатый вал двигателя из-за различного рода нагрузок или повреждений, может ощутимо изменить свою правильную геометрию. При малейших расхождениях осей цапф коленчатого вала, двигатель заметно теряет в мощности, ухудшается динамика, ведь для того, чтобы прокручивать кривой коленчатый вал двигателю придется жертвовать своей мощностью. Поэтому, основным этапом диагностики общего состояния коленчатого вала, будет проверка наличия биений на цапфах. Для этого необходимо положить коленчатый вал на призмы, устанавливать индикатор на стойку и проверить биение цапф, оно должно быть не больше 0,03 мм. Но идеальным считается биение не больше 0,01 мм, хотя такого показателя добиться нелегко, а зачастую просто невозможно.

Заключительный этап:

Посадочные места под коренные подшипники имеют строго заданный размер, обеспечивающий необходимый натяг в сопряжении подшипник-цапфа. При уменьшении посадочных размеров, коренные подшипники не смогут хорошо держаться на своих местах, что приводит к осевому люфту коленчатого вала в картере двигателя, а это недопустимо. Коленчатый вал должен стоять в картере неподвижно и строго посередине. Чтобы в этом убедиться, необходимо взять микрометр и промерить посадочные места под коренные подшипники обеих цапф [20].