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
1. Wstęp 3 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.
2. Opis wału korbowego uŝytego do ćwiczeń 4 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] od 62,962 do 62,982 Podwymiarowe [mm] Luz w panewkach [mm] 0,254 0,508 0,762 1,016 Nominalny Graniczny 62,708 62,728 62,454 62,474 Panewki główne 62,200 62,220 Panewki korbowe 61,946 61,966 0,025 0,075 0,100 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 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.
3. Przyczyny i objawy zuŝycia łoŝysk oraz czopów wału korbowego 5 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.
4. Przebieg ćwiczenia 7 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 Średnicówka Działka elementarna 0,01 0,01 Zakres pomiaru 50-75 10 10 Zakres podziałki 25 1 1 Dokładność 0,01 0,01 0,01 Tabela 2 Rodzaje uŝytych narzędzi pomiarowych Średnica LP Stan ogólny Rysy 1 1 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 3 dst są rysy 62,95 62,96 62,68 62,96 Tabela 3 Pomiar parametrów czopów głównych Błąd kształtu stoŝek i owal Średnica LP Stan ogólny Rysy 1 1 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 Tabela 4 Pomiar parametrów czopów korbowodowych Błąd kształtu stoŝek i owal Nr panewki Średnica panewki Luz w łoŝysku 1 53,00 0,0025 2 52,90 1,8350 3 52,85 0,1375 4 nie ma panewki brak danych Tabela 5 Pomiar parametrów panewek korbowodowych
4.3. Wnioski 9 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
Spis tabel 10 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