POMIAR ZUśYCIA CZOPÓW WAŁU KORBOWEGO

LABORATORIUM POJAZDÓW MECHANICZNYCH
POMIAR ZUśYCIA CZOPÓW WAŁU KORBOWEGO
Opracował
XXXXXXXXXX
sem. VIII zaoczny
Gdańsk 2003
2
Spis treści
1. Wstęp ......................................................................................................................................3
2. Opis wału korbowego uŜytego do ćwiczeń ............................................................................4
3. Przyczyny i objawy zuŜycia łoŜysk oraz czopów wału korbowego.......................................5
3.1. ZuŜycie eksploatacyjne........................................................................................................5
3.2. ZuŜycie awaryjne.................................................................................................................5
3.3 Objawy zuŜycia ....................................................................................................................6
3.4. Charakter zuŜycia czopów...................................................................................................6
4. Przebieg ćwiczenia .................................................................................................................7
4.1. Sposób wykonania ćwiczenia..............................................................................................7
4.2. Tabele pomiarowe ...............................................................................................................8
4.3. Wnioski................................................................................................................................9
Spis tabel ..................................................................................................................................10
Spis rysunków ..........................................................................................................................10
3
1. Wstęp
Wał korbowy jest elementem układu korbowo - tłokowego silnika. UmoŜliwia on
zamianę ruchu postępowo - zwrotnego tłoków na ruch obrotowy koła zamachowego. Napędza
ponadto mechanizmy pomocnicze silnika jak wał rozrządu, pompę oleju, cieczy chłodzącej,
paliwową itp.
Rys. 1. Układ korbowo - tłokowy silnika
Materiał stosowany na wały korbowe musi być o odpowiedniej wytrzymałości,
udarności, odporności na zmęczenie oraz zdolności tłumienia drgań. Natomiast czopy główne
i korbowodowe muszą się wykazywać duŜą odpornością na ścieranie.
Wały korbowe z łoŜyskami ślizgowymi są wykonane jako jednolite elementy kute lub
odlewane, gdzie czopy główne i korbowodowe utwardza się poprzez hartowanie
powierzchniowe. Wały, które są bardziej obciąŜone zawierają chrom, nikiel, molibden a
czopy są nawęglane lub azotowane. Wały korbowe odlewane wykonuje się z Ŝeliwa
(najczęściej sferoidalnego) lub staliwa stopowego.
4
2. Opis wału korbowego uŜytego do ćwiczeń
Wał korbowy uŜyty do ćwiczeń pochodzi z silnika samochodu Polonez. Jest to wał kuty
jednoczęściowy. Czopy utwardzone są przez powierzchniowe hartowanie indukcyjne do
twardości 50 HRC na głębokość 2 ÷ 2,5 mm. Po hartowaniu czopy zostały oszlifowane na
odpowiednie wymiary.
Nominalne
[mm]
Podwymiarowe
[mm]
0,254
0,508
0,762
Luz w panewkach
[mm]
1,016
Nominalny
Graniczny
Panewki główne
62,200
61,946
0,025 ÷ 0,075
0,100
62,220
61,966
Panewki korbowe
od 52,992
52,738
52,484
52,230
51,976
0,011 ÷ 0,062
0,100
do 52,013
52,759
52,505
52,251
51,997
Tabela 1. Wymiary nominalne i naprawcze czopow wału korbowego silnika samochodu Polonez
1500
od 62,962
do 62,982
62,708
62,728
62,454
62,474
Dokładnie obrobione jest zakończenie przednie i tylne wału. Ramiona czopów i przeciwwagi
nie podlegają obróbce. Pomiędzy czopami głównymi i korbowodowymi przewiercone są
kanały olejowe umoŜliwiające przepływ oleju smarującego do wszystkich czopów wału.
Rys. 2. Wał korbowy silnika samochodu Polonez
Wał ten ułoŜyskowany jest w kadłubie silnika w trzech łoŜyskach głównych, oraz
posiada cztery czopy korbowodowe.
5
3. Przyczyny i objawy zuŜycia łoŜysk oraz czopów wału korbowego
3.1. ZuŜycie eksploatacyjne
Wynika ono ze sposobu pracy silnika polegającego na ciernej współpracy
elementów w parach kinematycznych. Na wielkość tego zuŜycia mają wpływ czynniki
konstrukcyjno - wykonawcze i eksploatacyjne.
1. Do czynników konstrukcyjno - wykonawczych zaliczamy:
a. dobór materiałów na wał korbowy i panewki
b. gładkość powierzchni współpracujących w parach kinematycznych zaleŜna od
rodzaju obróbki mechanicznej elementów
c. rodzaj obróbki cieplnej czopów wału
d. „szybkobieŜność” silnika
e. dobór luzów konstrukcyjnych
2. Jako czynniki eksploatacyjne moŜna wymienić:
a. właściwy dobór paliwa
b. dobór oleju (zalecanego przez producenta)
c. sposób eksploatacji
3.2. ZuŜycie awaryjne
Przyczynami zuŜycia awaryjnego mogą być:
1. wady materiałowo - wykonawcze wału korbowego, korbowodów, panewek i śrub
mocujących pokrywy łoŜysk
2. wady montaŜowo-naprawcze (np.: niewłaściwe luzy montaŜowe łoŜysk spowodowane
niedostateczną dokładnością obróbki czopów wału korbowego, dokręcenie śrub pokryw
łoŜysk nadmiernym lub niedostatecznym momentem, niezachowanie odpowiedniej
czystości podczas montaŜu
3. odkształcenie lub urwanie się korbowodu
4. urwanie się śrub mocujących pokrywy panewek
5. odkształcenie lub pęknięcie wału korbowego
6. zbyt zanieczyszczony olej smarujący łoŜyska wału
7. awaria układu smarowania (za niskie ciśnienie oleju)
6
Rys. 3. Uszkodzenia panewek powstałe wskutek niezachowania odpowiedniej czystości podczas montaŜu
3.3 Objawy zuŜycia
DuŜe zuŜycie łoŜysk powoduje:
1. spadek ciśnienia oleju w układzie smarowania
2. występowanie głuchych stuków w silniku w chwili uruchamiania i podczas gwałtownego
zwiększania prędkości obrotowej wału korbowego
3. wycieki oleju na zewnątrz silnika przez uszczelniacze wału korbowego
3.4. Charakter zuŜycia czopów
ZuŜycie czopów wału korbowego na obwodzie i długości przebiega nierównomiernie.
Czopy zuŜyte mogą przyjmować kształt stoŜka i owalu. Czopy korbowodowe zuŜywają się
bardziej niŜ główne. Deformacja kształtów geometrycznych czopów korbowodowych jest
takŜe większa niŜ czopów głównych. Największe zuŜycie występuje w czopach
korbowodowych w płaszczyźnie x-x (rys. 4). ZuŜyte wały korbowe mogą wykazywać teŜ
wygięcie.
7
4. Przebieg ćwiczenia
4.1. Sposób wykonania ćwiczenia
W celu stwierdzenia wielkości zuŜycia naleŜy dokonać pomiarów czopów wału
korbowego. W tym celu naleŜy zdemontować wał korbowy, co jest praktycznie
równoznaczne z rozbiórką całego silnika. Powierzchnie czopów naleŜy umyć i osuszyć.
Pomiary wykonywać w temperaturze 20 - 30°C za pomocą mikrometru. Za pomocą
średnicówki naleŜy teŜ zmierzyć średnice wewnętrzne panewek łoŜysk. W tym celu
montujemy panewki dokręcając pokrywy łoŜysk odpowiednim momentem. Średnicę panewki
głównej naleŜy mierzyć równolegle do osi podłuŜnej cylindrów silnika a panewkę
korbowodową wzdłuŜ osi podłuŜnej korbowodu. Luz w łoŜysku jest róŜnicą średnicy panewki
i średnicy czopa. Prostoliniowość wału sprawdza się mierząc bicie czopów głównych
wału.
Rys. 4. Pomiar czopów wału korbowego mikrometrem, a) sposób pomiaru, b) średnice pomiarowe
Rys. 5. Pomiar średnicy wewnętrznej panewki za pomocą średnicówki
8
Rys. 6. Pomiar bicia czopów wału korbowego
4.2. Tabele pomiarowe
Nazwa przyrządu
Mikrometr
Czujnik zegarowy
Działka elementarna
0,01
0,01
Zakres pomiaru
50 - 75
10
10
Zakres podziałki
25
1
1
Dokładność
0,01
0,01
0,01
Średnicówka
Tabela 2 Rodzaje uŜytych narzędzi pomiarowych
Średnica
LP
Stan ogólny
Rysy
1–1
Błąd
kształtu
2-2
x-x
y-y
x-x
y–y
1
dst
są rysy
62,96
62,96
62,99
62,97
2
dst
są rysy
62,96
62,94
62,93
62,94
dst
są rysy
62,95
62,96
62,68
62,96
3
stoŜek
i
owal
Tabela 3 Pomiar parametrów czopów głównych
Średnica
LP
Stan ogólny
Rysy
1–1
Błąd
kształtu
2-2
x-x
y-y
x-x
y–y
1
dst
są rysy
53,00
53,00
52,99
53,00
2
dst
są rysy
52,98
52,99
52,98
59,99
3
dst
są rysy
52,99
52,98
53,00
52,98
4
dst
są rysy
52,98
52,99
52,99
53,00
stoŜek
i
owal
Tabela 4 Pomiar parametrów czopów korbowodowych
Nr panewki
1
2
3
4
Średnica panewki
53,00
52,90
52,85
nie ma panewki
Tabela 5 Pomiar parametrów panewek korbowodowych
Luz w łoŜysku
0,0025
1,8350
0,1375
brak danych
9
4.3. Wnioski
Po pomiarach mamy wartości średnic czopów głównych i korbowodowych oraz
wyznaczone są luzy we wszystkich łoŜyskach wału korbowego. Wartości te porównujemy z
wartościami podanymi w tabeli wymiarów naprawczych danego silnika (tabela 1). JeŜeli dla
naprawianego silnika takiej tabeli nie mamy to moŜna z dostateczną dokładnością
przyjmować następujące graniczne wartości luzów, przekroczenie których kwalifikuje
ułoŜyskowanie bezwzględnie do naprawy:
1.
dla średnic czopów 30 - 50 mm luz 0,10 - 0,12 mm,
2.
dla średnic czopów 50 - 70 mm luz 0,12 - 0,14 mm.
Wał kwalifikujemy do naprawy, jeśli określona przy pomiarach owalizacja lub
stoŜkowatość czopa przekracza wartość dopuszczalną:
1.
dla czopów o średnicach 30 - 50 mm - 0,03 - 0,04 mm,
2.
dla czopów o średnicach 50 - 70 mm - 0,04 - 0,05 mm.
Czop wału znajdujący się w prawidłowym stanie musi mieć całą powierzchnię równą i
gładką, o błyszczącym metalicznym zabarwieniu. Wał przeznaczamy do naprawy jeŜeli:
1.
więcej niŜ 20% całkowitej długości czopa jest zarysowana obwodowymi rysami lub
zabarwiona na kolor brunatny (czop nie stykał się z panewką) albo fioletowo - niebieski
(lokalne zatarcie czopa),
2.
powierzchnia czopa wzdłuŜ jego długości jest nierówna np.: ma wyczuwalny dotykiem
próg w miejscu kanału olejowego panewki o wysokości ponad 0,03 mm.
Dopuszczalne bicie środkowego czopa głównego powiększone o jego owalność nie
moŜe przekraczać 0,08 mm dla wału przed szlifowaniem. W przypadku, gdy nie
przewidujemy szlifowania wielkość ta nie moŜe być większa od wartości owalizacji czopa
plus 0,02 mm.
Po porównaniu z tabelą 1 poddanego pomiarom wału i panewek pochodzącym z
samochodu marki Polonez 1500 stwierdzono, Ŝe wał nie nadaje się do dalszej eksploatacji.
MoŜna go jednak poddać regeneracji. W tym celu naleŜy:
1.
wszystkie czopy główne naleŜy przeszlifować na wymiar 62,708
2.
przeszlifować czopy korbowodowe na pierwszy wymiar naprawczy
3.
wymienić panewki (lub napawać a następnie szlifować) na wymiar 52,738
4.
luz na łoŜysku nr 2 jest za duŜy i wynosi 1,8350 mm (dopuszczalny 0,12 ÷ 0,14 mm), co
dodatkowo klasyfikuje wał do naprawy
10
Spis tabel
Tabela 1. Wymiary nominalne i naprawcze czopow wału korbowego silnika samochodu
Polonez 1500 ..............................................................................................................................4
Tabela 2 Rodzaje uŜytych narzędzi pomiarowych .....................................................................8
Tabela 3 Pomiar parametrów czopów głównych .......................................................................8
Tabela 4 Pomiar parametrów czopów korbowodowych ............................................................8
Tabela 5 Pomiar parametrów panewek korbowodowych...........................................................8
Spis rysunków
Rys. 1. Układ korbowo - tłokowy silnika...................................................................................3
Rys. 2. Wał korbowy silnika samochodu Polonez .....................................................................4
Rys. 3. Uszkodzenia panewek powstałe wskutek niezachowania odpowiedniej czystości
podczas montaŜu.........................................................................................................................6
Rys. 4. Pomiar czopów wału korbowego mikrometrem, a) sposób pomiaru, b) średnice
pomiarowe ..................................................................................................................................7
Rys. 5. Pomiar średnicy wewnętrznej panewki za pomocą średnicówki ...................................7
Rys. 6. Pomiar bicia czopów wału korbowego ..........................................................................8