Ремонт валов двигателей

Без рубрики  Нет комментариев

Ремонт валов двигателей
Большинство неисправностей двигателей связано с износом, повреждением или даже поломкой валов — коленчатых, распределительных, вспомогательных, балансирных. При ремонте двигателей нередко приходится ремонтировать опорные шейки (рабочие поверхности) валов. Независимо от конструкции и назначения вала можно выделить некоторые общие принципы ремонта, соблюдение которых позволяет обеспечить надежность и долговечность вала после ремонта.Ремонт валов двигателей
Большинство неисправностей двигателей связано с из¬носом, повреждением или даже поломкой валов — коленчатых, распределительных, вспомогательных, балансирных. При ремонте двигателей нередко приходится ремонтировать опорные шейки (рабочие поверхности) валов. Независимо от конструкции и назначения вала можно выделить некоторые общие принципы ремонта, соблюдение которых позволяет обеспечить надежность и долговечность вала после ремонта.

Основными неисправностями валов являются износ или задиры опорных шеек из-за повреждения вкладышей или втулок, а также деформация — искривление вала из-за перегрева шеек. В результате этого увеличиваются зазоры в подшипниках и нагрузки, в то время как условия смазки ухудшаются.
«Естественный» износ шеек наблюдается при больших пробегах автомобиля и всегда достаточно мал — обычно не более 0,05^-0,08 мм. Овальность шеек редко превышает здесь 0,02^-0,03 мм. При этом поверхность шеек становится негладкой, имеет многочисленные круговые риски, царапины, канавки глубиной до 0,01-^0,04 мм. Поэтому даже в случае правильной геометрии вал с такими шейками не может быть установлен без ремонта.
Износ шеек после разрушения подшипников достигает иногда 0,5^0,8 мм, а в некоторых случаях до 2^3 мм. Овальность шеек при этом составляет примерно половину износа. Износ, как правило, имеет односторонний характер, что может существенно затруднить последующий ремонт. При ремонте валов должны быть выполнены следующие условия:
1) восстановлен (до исходного) рабочий зазор в соединениях с ответной деталью (или деталями);
2) восстановлено взаимное расположение рабочих и
вспомогательных поверхностей;
3) восстановлено качество рабочих поверхностей.
Пренебрежение хотя бы одним из указанных условий ведет к ускоренному износу и выходу из строя как самого вала, так и ответных деталей. Например, увеличенный зазор дает шум или стуки при работе, уменьшенный — приводит к задирам и заклиниванию. Искривление оси опорных рабочих поверхностей вала увеличивает нагрузки на опоры и износ подшипников. Из-за несоосности рабочих и вспомогательных поверхностей ускоряется износ элементов привода вала (цепи, ремни, натяжители), а также нарушается герметичность уплотнений вала. Низкое качество отремонтированной поверхности — большая шероховатость и пониженная твердость, ускоряют износ и вала и сопряженных с ним деталей.
Основными способами ремонта валов являются:
1. Шлифование опорных шеек в ремонтный (уменьшенный) размер — применяется для равномерно изношенных валов при наличии вкладышей (втулок) подшипников увеличенной толщины.
2. Правка с последующим шлифованием шеек в ремонтный размер — для деформированных и изношенных валов.
3. Наплавка или наварка (возможно с небольшим предварительным занижением размера шейки) с последующими правкой и шлифованием в ремонтный размер — для сильно изношенных и деформированных валов.
4. Аналогично п.3, но шлифование производится в прежний размер шеек — используется для вспомогательных и рас-пределительных валов, где применяются, в основном, только втулки подшипников стандартного размера.
5. Аналогично п.3, но шлифование производится в размер, больший стандартного — применяется, в основном, для рас-пределительных валов, устанавливаемых в изношенные и/или увеличенные в ремонтный размер опоры в головке блока ци-линдров.
6. Правка без шлифования — применяется для неизношенных валов, имеющих большую остаточную деформацию.
Независимо от способа ремонта следует придерживаться определенной последовательности ремонтных операций:
1. Дефектация и подготовка вала к ремонту.
2. Наварка.
3. Правка.
4. Шлифование.
5. Балансировка.
6. Полирование рабочих поверхностей.
7. Окончательный контроль.
Рассмотрим более подробно основные операции.
Дефектация вала
1000
проводится с целью определения методов и средств ремонта и включает:
измерение диаметров и овальности шеек (наибольший и наименьший размеры);
измерение биения поверхностей (направление и величина);
измерение размеров вспомогательных поверхностей (хвостовик и т.д.).
Перед дефектацией вал должен быть вымыт и просушен. Измерения диаметров шеек и хвостовика производятся микрометром. Опорные шейки измеряются в одной (произвольной) плоскости, за исключением визуально наблюдаемого одностороннего износа. В этом случае измеряются минимальные и максимальные размеры шеек, а также определяется направление износа (рис. 9.7). Иногда точно определить износ сложно из-за рельефа рабочей поверхности.
Ремонт валов двигателей

Рис. 9.7. Схема измерения шейки вала:
1 — в плоскости действия основной нагрузки I—I и перпендикулярно к ней II—I; 2 — для уточнения величины и направления износа могут потребоваться измерения в промежуточных плоскостях 1—1 и 2—2
Ремонт валов двигателей

Рис. 9.8. Измерение деформации (биения) вала в центрах токарного станка
Ремонт валов двигателей

Рис. 9.10. Центр со спиральной канавкой для установки в патрон токарного станка
подкладки. Их толщина должна быть определена по формуле
S = (Dmax-Dmin)/2,
где (Dmax — Dmjn) — разница диаметров шеек, опирающихся на призмы.
Это не всегда удобно, поэтому иногда лучше использовать другой способ — в неподвижных центрах (рис. 9.8). Подавляющее большинство валов имеет технологические базовые поверхности — центровые фаски на торцах, в которых вал устанавливают для обработки на производстве. Центровые фаски имеют обычно угол порядка 60°, а диаметры различные — от 6 до 50 мм, причем в некоторых случаях требуются укороченные центры в виде усеченного конуса, иначе острый конец центра может упереться в дно отверстия вала (рис. 9.9).
Ремонт валов двигателей

Рис. 9.9. Центровые отверстия и фаски валов:
а — «нормальное» отверстие; б — отверстия, требующие укороченного центра
Наиболее удобно производить проверку в токарном станке, используя центры с углом 60°, изготовленные из мягкого материала — алюминия, меди или бронзы. Поверхность центра должна быть достаточно гладкой, но иметь спиральную канавку небольшой ширины (около 0,5 мм) и глубины (0,1+0,2 мм) с шагом 5+7 мм (рис. 9.10). Один из центров зажимается в патрон шпинделя, а другой — в патрон, установленный в задней бабке станка. Вал зажимается центрами без люфтов, но так, чтобы его можно было свободно вращать рукой.
Сначала проверяется правильность установки вала, т.е. биение рабочих или вспомогательных поверхностей рядом с центрами Для этого на стоп станка устанавливается магнитная стойка с индикатором, ножка которого упирается в проверяемую поверхность (рис. 9.11). Далее, вращая в
1000
ал рукой, определяется биение. Оно не должно превышать 0,02+0,03 мм. Если биение больше, необходимо поправить центровые фаски на валу, иначе деформация вала будет определена с ошибкой. Более того, дальнейший ремонт поверхностей вала, например, шлифование в центрах, будет неправильным. В частности, появится взаимное биение рабочих поверхностей относительно посадочной поверхности шестерен и поверхности сальника (если они есть), поскольку биение этих поверхностей сохранится, а рабочие поверхности вала относительно центров бить уже не будут.
Правку центровых фасок наиболее просто выполнить на токарном станке. Для этого необходимо нанести на соответствующий центр, зажатый в патроне шпинделя станка, абразивную пасту или абразивный порошок с маслом. С помощью рычага на валу надо создать боковое или вертикальное усилие в сторону, противоположную биению — это контролируется индикатором (рис. 9.12). Далее включается станок с оборотами шпинделя 300+500 мин-1. За счет усилия рычага (порядка 150+200 Н) создается небольшое усилие отжима вала от центра и прижима его к центру задней бабки станка. Теперь вращением маховика на задней бабке необходимо обеспечить осевое движение вала к центру и от центра (вперед-назад).
Если используется паста зернистостью 25+40 мкм, то данный способ позволяет обеспечить смещение центровой фаски примерно на 0,03+0,05 мм/мин. При этом необходимо добиваться, чтобы биение поверхностей на краях вала стало меньше 0,02 мм.
На некоторых валах вместо одной из центровых фасок может быть выполнено базовое отверстие без фаски. В таком случае можно затупить шабером острый край отверстия, затем, используя описанный выше способ, притереть центровую фаску. После предварительной притирки необходимо заменить центр или проточить его и только затем притереть центровую фаску окончательно, контролируя биение ближайшей к фаске поверхности (не более 0,02 мм).
Существуют и другие способы правки центровой фаски, например, в токарном станке с использованием люнета. Однако преимуществом метода притирки фаски является доступность, т.е. необходимая точность достигается без специального оборудования и оснастки, и не требуется высокая квалификация персонала.
После того, как на краях вала биения поверхностей устранены, необходимо проверить биение рабочих поверхностей, расположенных ближе к середине вала. Если биение больше 0,07-5-0,09 мм, вал следует править. Необходимость правки при большой деформации диктуется следующими причинами. Деформация вала приводит к появлению неуравновешенной массы за счет сдвига оси данного сечения вала относительно оси вращения. Это справедливо для валов с большими разнесенными от оси вращения массами, в частности, для коленчатых валов. У вспомогательных и распределительных валов влияние дисбаланса несущественно, однако у распределительных валов есть другая проблема. Так, деформация и последующий ремонт опорных шеек без правки вала здесь приводит к смещению оси кулачков относительно оси вращения вала. Если двигатель имеет ручную регулировку зазоров в клапанном механизме, то это еще можно допустить, однако зазоры уже не будут стабильны по углу поворота вала, и, скорее всего, возможны повышенный шум и стуки в механизме. В то же время для двигателей с гидротопкателями это совершенно неприемлемо. Даже небольшое биение (0,02+0,03 мм) тыльной стороны кулачка относительно опорных шеек приводит к зависанию клапана и неработоспособности двигателя на холостом ходу и малой нагрузке.
При деформации вала его ось, проходившая ранее через центры опорных шеек, изгибается (рис. 9.13). При этом искривляются и получают взаимное биение и другие поверхности — хвостовик, поверхности под сальники, посадочные пояса шкивов или звездочек, опорные и упорные торцевые поверхности. Причины деформации валов различны, однако в большинстве случаев деформация связана с местным перегревом подшипников. В частности, у бензиновых двигателей деформация коленчатого вала обычно имеет характер сжатия щек. У дизелей, напротив, иногда наблюдается расширение щек у перегретой шатунной шейки. Величина деформации, определяемая
1000
на призмах как смещение осей коренных шеек (1/2 их биения) относительно их оси вращения, зависит от конструкции коленчатого вала, длительности и режимов работы двигателя с разрушенным шатунным подшипником. Большинство валов деформируется на 0,05+0,10 мм, однако нередки случаи деформации на 0,2+0,3 мм и даже на 0,8+1,0 мм.
Наибольшее влияние на работоспособность вала и его подшипников оказывает взаимное биение опорных шеек. Чем больше биение, тем выше нагрузки на подшипники скольжения и их износ и тем меньше их ресурс. Так, при биении шеек свыше 0,12+0,15 мм ресурс подшипников вала обычно не превышает 1000+2000 км, а при биении свыше 0,07+0,08 мм -5+10 тыс. км пробега автомобиля (рис. 9.14). Снижение ресурса заметно при биении, близком к рабочему зазору в подшипниках — 0,04+0,06 мм, однако некоторые многоцилиндровые двигатели с длинными и тонкими валами и трехслойными вкладышами (BMW) иногда допускают достаточно длительную работу при такой деформации вала. В то же время для подавляющего большинства двигателей верхний предел биения опорных шеек валов не должен превышать половины рабочего зазора — 0,02+0,03 мм. Новые коленчатые и распределительные валы имеют биение менее 0,01 мм (обычно 0,005+0,008 мм). При таком биении достигается наибольший ресурс подшипников, и именно к такому уровню необходимо стремиться при ремонте.
Биение торцевых поверхностей упорных подшипников характерно для валов, у которых шейка с упорными подшипниками не совпадает с сечением максимального биения вала
Ремонт валов двигателей

Рис. 9.13. При деформации вала, например, из-за перегрева подшипников) его геометрическая ось 1—1 искривляется, и все по-верхности получают биение относительно оси центров 2—2
Ремонт валов двигателей

Рис. 9.14. Влияние биения опорных шеек вала на ресурс подшипников
Ремонт валов двигателей

Рис. 9.15. Определение торцевого биения поверхностей деформированного вала
(рис. 9.15). Обычно это встречается у валов с упорными под¬шипниками на задней опоре, например, при разрушении крайних шатунных шеек коленчатых валов с расположением упорных подшипников на средней коренной шейке.
Если искривление оси вала упрощенно представить параболой с вершиной в сечении с максимальным биением, то деформация вала в сечении с координатой х (рис. 9.15).
alt

где 6о — максимальная деформация; L — длина вала. Угол наклона оси шеек к оси вращения вала в сечении х
alt

 откуда биение торцевых поверхностей в сечении х на диаметре d
altПри х = L/2, 80 = 0,1 мм, L = 500 мм и 6 = 55 мм торцевое биение составит порядка 0,05 мм. Аналогичный эффект име-
ет место у опорного торца вала, к которому прижимается звездочка, шкив или маховик.
Биение торцевых поверхностей не должно превышать 0,01-^0,02 мм. При большем биении ускоряется износ упорных подш
1000
ипников вала, элементов привода и т.д.
У деформированных валов наблюдается также искривление хвостовика и биение его поверхности относительно оси вращения вала. На хвостовике обычно расположены звездочка цепи или шкив зубчатого ремня. Биение их больше 0,03^0,04 мм вызывает попеременно за 1 оборот натяжение и ослабление цепи (ремня), колебания и ударные нагрузки в деталях привода. Это является причиной ускоренного износа деталей, в основном, быстрого растяжения цепи или ремня. При ремонте вала необходимо добиваться биения хвостовика не более 0,01-^0,02 мм.
Поверхности под сальники на деформированном валу обычно также получают биение. Биение свыше 0,07-И),08 мм недопустимо даже для нового сальника, вдвое меньшее биение сильно ограничивает ресурс сальника как за счет ускоренного износа его кромки, так и из-за постепенной потери эластичности резины (старения). Поэтому при ремонте вала поверхности под сальники должны исправляться так, чтобы их биение не превышало 0,01-^0,02 мм относительно оси вращения.
Следует отметить, что иногда поверхность под передний сальник образуется на шкиве или специальном кольце, уста-навливаемых на хвостовик. В этом случае герметичность и ресурс сальника будет определять биение хвостовика относительно оси вращения вала в месте установки сальника.
Правка вала осуществляется на прессах или специальном оборудовании. Существует несколько различных способов правки, в том числе путем приложения к валу усилия, перпендикулярного оси, растягиванием или сжатием деформированных участков вала, а также созданием наклепа на поверхности вала. Правка позволяет уменьшить деформацию вала (биение опорных шеек) обычно до 0,05-^0,08 мм для последующего шлифования.
Базовыми поверхностями для правки являются опорные шейки и крайние вспомогательные поверхности вала, т.е. вал после правки должен иметь минимальные взаимные биения всех указанных поверхностей. Правиться могут валы, имеющие биения опорных шеек от 0,05 мм и более (до 1 .CN-1,5 мм). Основным преимуществом правки является возможность исключить балансировку коленчатого вала, если последующее шлифование выполнено качественно, т.е. без смещения осей поверхностей и взаимных биений.
Однако, несмотря на то, что правка является весьма эффективным средством ремонта валов, существует ряд ограничений. Так, необходимо иметь в виду следующее:
1. Не каждый деформированный вал можно править. Так, вал, особенно чугунный, на котором обнаружены трещины,
Ремонт валов двигателей

Рис. 9.16. Упрощенная схема плазменного напыления: 1 — катод; 2 — анод; 3 — струя плазмы с расплавленными частицами покрытия; 4 — деталь
скорее всего при правке сломается. Такие валы, правда, вряд ли вообще следует ремонтировать, поскольку весьма высока вероятность поломки вала в эксплуатации после ремонта. Не следует также править ранее уже бывшие в ремонте валы, если на них обнаружены большие несоосности опорных и вспомогательных поверхностей. В таком случае будут неизвестны базовые поверхности для правки, т.е. невозможно определить, где была ранее ось вращения нового вала.
2. Результаты правки сильно зависят от квалификации специалистов, выполняющих правку, используемого способа и оборудования для правки. Не стоит править вал там, где есть риск получить вместо вала две его половины — лучше вообще обойтись без правки.
3. Некоторые способы правки приводят к возникновению внутренних напряжений в материале вала. Не исключено, что после непродолжительной работы вследствие нагрева и рабочих нагрузок вал может деформироваться. Чтобы этого не произошло, вал следует термообработать для снятия остаточных напряжений. Термообработка вала может быть выполнена в печи при температуре порядка 180°С с выдержкой 3-й часа и охлаждении с печ
1000
ью. После термообработки необходимо проверить и при необходимости устранить деформацию вала.
4. Большинство способов наварки (наплавки, напыления) изношенных поверхностей вызывают деформацию вала, иногда весьма значительную. Чем сильнее разогревается вал при наплавке, тем больше остаточная деформация. Поэтому не исключено, что после некоторых способов наплавки (наварки) вал следует править и термообрабатывать. Возможны и альтернативные режимы по технологии ремонта, в частности, правка в зависимости от способа наварки может быть сделана как до, так и после наварки.
Остановимся более подробно на способах нанесения металлов на изношенные поверхности валов. Следует отметить, что вообще любое нанесение металла на изношенную поверхность является крайней мерой, когда другие способы ремонта исчерпаны. Например, не следует «варить» весь вал только для того, чтобы использовать стандартные вкладыши подшипников — в большинстве случаев можно найти ремонтные вкладыши нужного размера.

загрузка…

Другое дело, когда 1-5-2 шейки вала имеют очень большие износы. В таком случае целесообразно наваривать (наплавлять) только эти шейки, а затем весь вал обрабатывать в следующий ремонтный размер, ориентируясь на малоизношенные поверхности. И, наконец, если вал уже имеет большое ремонтное уменьшение шеек, то только в этом случае его можно наваривать целиком до стандартного или первого ремонтного размера.
Наиболее известными способами восстановления изношенных поверхностей валов являются напыление, наплавка и наварка различных металлов.
Практически все способы напыления, наплавки и наварки валов производятся на специальных установках, обеспечивающих постоянную скорость вращения вала, а также смещение оси вращения вала (для восстановления шатунных шеек коленчатых валов). Этим требованиям обычно удовлетворяют токарные станки, на которые устанавливается специальное сварочное оборудование.
Плазменное напыление — довольно хорошо известный и освоенный способ восстановления валов. Его суть сводится к переносу металла (обычно используется специальный порошок) от анода к детали через ускоряющий катод (рис. 9.16). Электрическая дуга между анодом и катодом нагревает и превращает рабочее тело установки (обычно это аргон) в плазму с температурой в несколько десятков тысяч градусов. Выходя из сопла установки с большой скоростью, плазма захватывает подаваемые в камеру установки (плазмотрон) частицы порошка, которые приобретают в струе большую скорость и температуру. При попадании на поверхность детали расплавившиеся в струе частицы порошка сцепляются с поверхностью, застывают и образуют покрытие.
Очевидно, что в процессе нанесения покрытия деталь нагревается и тем сильнее, чем больше толщина покрытия. Местный перегрев деталей типа коленчатых и распределительных валов, как правило, приводит к их деформации, причем чем «тоньше» вал, тем больше деформация. Другим, еще более серьезным недостатком плазменного напыления является существенная разница между напыленным металлом (никель, титан и др.) и основным металлом вала (чугун, сталь). Для нанесения покрытия обычно требуется «занижение» (предварительная обработка) поверхности, а это снижает прочность вала. Кроме всего прочего, напыленные металлы обычно плохо обрабатываются шлифованием — шлифовальный круг «засаливается», его необходимо часто править, а качество шлифованной поверхности снижается. Повторное восстановление вала также затруднено, поскольку обычно требуется снимать напыленный ранее слой до основного металла.
Другой вариант напыления — когда нагрев порошка происходит в струе пламени ацетилено-кислородной горелки (рис. 9.17). Частицы порошка расплавляются и, попадая на деталь, образуют покрытие. Данный способ достаточно прост, но обладает всеми недо
1000
статками предыдущего.
Мелкие расплавленные частицы металла могут быть образованы и при подаче сжатого газа через электрическую дугу, зажигаемую между специальными проволочными электродами. Помимо недостатков описанных выше способов напыления данный способ (рис. 9.18) не дает высокой прочности сцепления покрытия с деталью. Наблюдается также выгорание легирующих элементов напыляемого металла. Однако в отличие от предыдущих способов здесь может быть использована проволока из легированных сталей, т.е. покрытие по своему составу не будет сильно отличаться от материала детали.
Таким образом, различные способы напыления обладают следующими достоинствами и недостатками:
имеют достаточно высокую производительность;
позволяют наносить достаточно толстые (до 1,01,5 мм) покрытия;
дают местный перегрев и деформацию валов;
требуют предварительной обработки восстанавливаемых поверхностей;
не всегда удается получить высокую прочность сцепления покрытия с деталью;
материал покрытия существенно отличается от основного металла, нередко имеет нежелательные свойства и не всегда хорошо обрабатывается.
Исключить некоторые недостатки напыления, в частности, связанные с материалом покрытия и прочностью его сцепления с валом, позволяют различные способы наплавки.
Суть наплавки заключена в переносе металла проволоки на восстанавливаемую деталь при горении электрической дуги. При восстановлении валов могут быть использованы дуговая и вибродуговая наплавка, а также наплавка под слоем фпюса(рис. 9.19).
Дуговая наплавка проводится порошковой проволокой, содержащей легирующие добавки, обеспечивающие с одной стороны, высокие механические свойства покрытия (твердость и прочность сцепления), а с другой — защиту металла от окисления при сварке. Основным недостатком этого способа является сильный нагрев и деформация вала. В то же время — это один из самых простых способов наплавки.
Наплавка под слоем флюса значительно более сложная как по подготовке поверхности, так и по самой технологии наплавки. Слой флюса, образующийся на поверхности, препятствует окислению металла и выгоранию легирующих элементов, поэтому здесь можно применять, например, стальную высокоуглеродистую легированную проволоку, обеспечивающую высокие механические свойства покрытия. Однако сильный нагрев вала также является существенным недостатком данного способа, практически не позволяющим использовать его для валов двигателей легковых автомобилей.
Ремонт валов двигателей

Рис. 9.17. Схема газопламенного напыления: 1 — подача порошка для покрытия: 2 — ацетилено-кислородная горелка; 3 — струя пламени с расплавленными частицами порошка; 4 — восстанавливаемая деталь;
Ремонт валов двигателей

Рис. 9.18. Схема электродугового напыления:
1 — деталь; 2 — поток расплавленных частиц металла проволок; 3 — проволока
Ремонт валов двигателей

Рис. 9.19. Способы наплавки валов:
а — дуговая под слоем флюса; б — вибродуговая: в — дуговая порошковой проволокой; 1 — флюс; 2 — электрод (проволока); 3 — деталь; 4 — подача охлаждающей жидкости
1000
; 5 — ролики подачи проволоки; 6 — электромагнитный вибратор
Устранить перегрев вала позволяет вибродуговая наплавка. В этом случае сварочное приспособление, подающее проволоку, имеет специальный механизм, создающий колебания сварочной проволоки. Перенос металла с проволоки на деталь осуществляется за счет чередования электрической дуги (нагрев) и короткого замыкания. Данный способ позволяет осуществить подачу охлаждающей жидкости в зону наплавки. Охлаждение существенно снижает температуру и деформацию вала.
Практика восстановления различных валов двигателей легковых автомобилей показывает, что чем тоньше вал, т.е. меньше диаметры его шеек, тем более строгие требования к его перегреву. Поэтому большинство описанных выше способов, за исключением последних, могут иметь весьма ограниченное применение.
Таким образом, наилучшие результаты дают способы наплавки с жидкостным охлаждением, подаваемым в зону сварки. Одним из наиболее удачных среди них является наварка ленты на вал. Данный способ аналогичен широко известной роликовой сварке (рис. 9.20). Навариваемая лента прижимается к валу медными роликами. В месте контакта ленты с валом при прохождении электрического тока в несколько тысяч ампер происходит расплавление металла с его одновременным пластическим деформированием за счет прижатия роликом пенты к валу. Данный метод допускает подачу большого количества охлаждающей жидкости в зону сварки. В результате металл ленты, привариваясь к валу, закаливается и приобретает высокую твердость.
Лента для наварки может быть как стальная, так и специальная — порошковая. Практика показала, что порошковая лента здесь не дает каких-либо ощутимых улучшений качества процесса, например, таких, как увеличенные толщина слоя, прочность сцепления с валом, твердость и износостойкость наваренной поверхности. Поэтому использование дешевой стальной ленты более оправдано.
Толщина навариваемой ленты — около 0,5 мм. Способ допускает наварку последовательно двух-трех слоев пенты.
Ремонт валов двигателей

Рис. 9.20. Схема роликовой наварки ленты:
1 —стальная лента; 2—ролик; 3 — вал
Ремонт валов двигателей

Рис. 9.21. Рекомендуемый способ ленты на шейку вала лов после ремонта; — ширина ленты должна быть такой, что бы не закрыть гантели плавки шейки
Ремонт валов двигателей

Большее число слоев (всего не более 5+6) может быть наварено с промежуточным шлифованием и низким отпуском вала для снятия напряжений; в противном случае не исключено появление трещин и отслоений ленты.
Обычно при толщине ленты 0,5 мм удается «поднять» диаметр на 0,25+0,30 мм при одном слое наварки. Это связано с неровной поверхностью шейки после наварки, из-за чего после шлифования в больший размер на поверхности могут остаться точечные дефекты — раковины. У отверстий для смазки обычно происходит уменьшение слоя металла — металл как бы «проваливается» в отверстия. Для того, чтобы у отверстий поверхность после шлифования была ровной (без раковин), иногда приходится увеличивать количество слоев наварки. После наварки отверстия засверливают сверлом с твердосплавными
1000
пластинками. Необходимо полностью очистить края отверстия от наваренного металла, т.к. он имеет свойство крошиться.
В отличие от других способов ремонта валов данный способ наварки ленты обладает следующими преимуществами:
не происходит деформации вала (или она мала) за счет непрерывного его охлаждения;
допускается повторная наварка по ранее уже наваренной поверхности;
возможно увеличение диаметра шейки вала на 2,0+2,5 мм без его существенной деформации;
достигается высокая твердость восстановленной поверхности (HRC более 50+55);
возможность наварки валов малого диаметра (20+30 мм и даже менее);
возможность наварки валов, имеющих большие биения, эксцентриситеты и другие отклонения формы восстанавливаемых поверхностей;
возможность местной подварки сильно деформированных участков шейки, например, вмятин от удара шатуна.
Таким образом, любой, даже самый лучший из указанных способов, следует применять с осторожностью и только там. где в этом действительно есть необходимость.
Следует отметить, что при восстановлении шеек валов, имеющих радиусные переходы, от поверхности шейки к щеке (галтели), не стоит варить шейку на всю ширину, закрывая галтели. Вполне достаточно наносить слой металла, не доходя до торцов 1+2 мм (рис. 9.21), если это позволяет выбранный способ наварки (наплавки). Галтели являются концентраторами напряжений, а после заварки шейки на всю её ширину в сечениях у галтелей могут появиться остаточные напряжения. В дальнейшем это может привести к поломке вала по восстановленной поверхности. Следовательно, наварка металла у галтелей не увеличивает, а уменьшает прочность вала.
Наиболее важно при выборе способов ремонта и восстановления валов обеспечить их надежность в эксплуатации после ремонта. Практика показывает, что при сильных повреждениях валов, связанных с расплавлением вкладышей или втулок подшипников, возможно появление микротрещин на поверхности, которые затем после ремонта развиваются в макротрещины, в результате чего вал разрушается (рис. 9.22).
Как показывает опыт работы с различными валами большого количества двигателей, трещины могут возникать как в результате повреждения шеек в эксплуатации, предшествующей ремонту, так и в процессе самого ремонта. При расплавлении и разрушении подшипника происходит сильный нагрев шейки, сопровождающийся подачей к подшипнику масла. Вследствие этого поверхность закаливается, и в ней возникают напряжения растяжения. Поверхностный слой металла становится хрупким и к тому же испытывает ударные нагрузки из-за значительного увеличения зазоров. Это может быть причиной не только деформации вала, но и возникновения трещин (рис. 9.23).
Процесс образования трещин в значительной степени зависит от материала вала.
Ремонт валов двигателей

Рис. 9.23. Сетка поверхностных трещин на шейке коленчатого вала из-за перегрева в режиме масляного голодания.
Ремонт валов двигателей

Рис. 9.24. Глубокая трещина в шейке коленчатого вала, обычно легко обнаруживаемая при осмотре перед ремонтом
Ремонт валов двигателей

Рис. 9.25. Трещина на шейке, появившаяся после наварки, шлифования и непродолжительной эксплуатации
1000
Так, валы некоторых двигателей (например, ISUZU) имеют повышенную склонность к образованию трещин — после шлифования вала иногда их удается найти даже без применения специальных приборов (рис. 9.24).
При восстановлении поверхности шейки различными рассмотренными выше способами (напыление, наплавка, наварка) поверхность испытывает термомеханическое воздействие, близкое к описанному при разрушении подшипника — разогрев с последующим охлаждением и появлением больших остаточных напряжений. Это также может стать причиной появления и развития трещин (рис. 9.25) с последующим разрушением вала.
Разрушение вала происходит обычно при пробеге 3^10 тыс. км после ремонта (однако известны случаи поломок и после пробега 18 тыс. км) и нередко имеет описанный в разде-пе 1.2.6. усталостный характер. Металлографические исследования излома показывают, что усталостная трещина чаще всего начинает развиваться у края шейки вблизи границы действия на вал ударных и тепловых нагрузок со стороны подшипника. Поскольку поломке подвержены валы как после тосстановления шеек наваркой (наплавкой), так и без нее, то 1алеко не всегда, даже после специальных исследований удается сделать однозначное заключение о причинах конкретной поломки — из-за применения того или иного способа восстановления или из-за повреждения вала в эксплуатации перед ремонтом. Тем не менее имеющиеся данные, особенно по коленчатым валам многих дизелей, свидетельствуют о том, что вероятность поломки вала после наварки (наплавки) возрастает Поэтому ремонт шеек валов с применением описанных выше способов восстановления является крайней мерой, например, когда другого пути нет (отсутствует возможность приобрести новый вал, вкладыши последних ремонтных размеров и т.п.). Несколько снизить опасность поломки позволяет предварительная обработка шеек перед восстановлением, так как снимается дефектный подкаленный слой металла.
Наиболее вероятна поломка валов после наварки (наплавки) следующих поверхностей:
шатунные шейки коленчатых валов;
опорные шейки распределительных валов, если их диаметр меньше диаметра «тела» вала (рис. 9.26).
В то же время не известны случаи поломки после восстановления:
коренных шеек коленчатых валов;
хвостовиков коленчатых валов;
опорных шеек распределительных валов, если их диаметр больше диаметра кулачков (рис. 9.28).
Указанные особенности поведения валов после ремонта следует обязательно учитывать перед выбором способа ремонта, чтобы не допустить существенного снижения надежности отремонтированного двигателя.
Рассмотрим теперь, как может быть отремонтирован вал, имеющий довольно значительные биения, если нет возможности его правки.
Установленный в центрах вал проверяется индикатором на биение у краев хвостовика — посадочного места шкива или
Ремонт валов двигателей

Рис. 9.26. Склонность распределительных валов к поломкам после повреждения опорных шеек в эксплуатации и дальнейшего ремонта (включая наварку шеек):
а — вал с опорными шейками, имеющими диаметр, существенно больший диаметра «тела» d, не помается; б — вал с диаметром опорных шеек, близким или меньшим диаметра «тела» d склонен к поломкам по поврежденным и восстановленным шейкам
Ремонт валов двигателей

Рис. 9.27. Схема правки центровой фаски при биении не более 0,05.мм (без последующей правки вала):
а — до правки фаски; б — после правки фаски биения на краях хвостовика уменьшены, но направлены в различные
1000
стороны
Ремонт валов двигателей

Рис. 9.28. Уменьшение биения опорных шеек правкой центровой фаски хвостовика на минимум биения первой опорной шейки: а — до правки фаски; б — после правки фаски биения опорных шеек малы, но требуется наварка и шлифовка хвостовика
Ремонт валов двигателей

Рис. 9.29. Уменьшение биения опорных шеек вала правкой центровой фаски хвостовика по равенству биений коренных шеек: а — до правки фаски: б — после правки фаски биения малы, 5^ равно 63, но противоположны по направлению, требуется наварка и шлифовка хвостовика, имеющего большое биение
звездочки привода. Здесь возможны два принципиально раз-пичных варианта:
1) разность биений (если края хвостовика «бьют» в одну сторону) ипи их сумма (еспи в разные) не превышает 0,05 мм. В этом случае осуществпяется исправление передней центровой фаски вала так, чтобы на краях хвостовика биения не превышали 0,02*0,03 мм, но были направлены в разные стороны. Для этого по индикатору находится положение максимального биения в середине хвостовика. Далее с помощью абразивной пасты центровая фаска притирается до биения середины хвостовика, близкого к нулю. Тогда максимальное биение поверхности хвостовика уменьшается до уровня 0,02-0,03 мм (рис. 9.27);
2) разность биений краев хвостовика бопыие 0,05 мм. В этом спучае производится притирка центровой фаски переднего конца вала по минимальному биению не хвостовика, а обычно первой опорной шейки (рис. 9.28). Данный способ позвопяет несколько уменьшить дисбаланс деформированного вала за счет уменьшения биений.
Разновидностью способа является притирка переднего центра на равенство, но противоположность направления биений первой и средней шеек (рис. 9.29). Такой способ целесообразно использовать только на сильно деформированных коленчатых валах, имеющих биение средней шейки в центрах бопее 0,4=-0,5 мм. Суть способа заключается в образовании новой оси вращения, заданной центрами, и проходящей через оси последней и второй (а не первой) опорной шейки. Все варианты с
биением хвостовика более 0,05 мм предпопагают в обязательном порядке наплавку (наварку) стоя металла на поверхности хвостовика, поскольку хвостовик получает после притирки переднего центра дополнительное биение 0,08*0,60 мм.
В результате удается не только значительно снизить дисбаланс вала, но и уменьшить съем металла с шеек (ремонтное уменьшение размера). Так, при начальном биении в центрах средних шеек порядка 1,2 мм данным способом можно обеспечить уменьшение диаметра шеек только на 0,75 мм. Очевидно, что без исправления центровой фаски уменьшение диаметра шеек должно быть по величине не меньше биения.
Однако данная технология не может быть применена для валов, имеющих специальные поверхности (устройства) для привода агрегатов. Так, если на хвостовике есть, например, шлицы для привода маслонасоса, то исправление передней центровой фаски необходимо обеспечить из условия минимального биения у шлицев. Для валов с шестерней привода агрегатов любой ремонт вала должен обеспечивать отсутствие перекосов и биения на шестерне. Фактически это означает, что без применения правки такой вал, если он деформирован, отремонтировать нельзя. Биение шестерни, если оно останется, приведет к быстрому износу и, возможно, разрушению ответных деталей.
Помимо этого, при ремонте деформированных валов без применения правки необходимо выполнить цепый ряд дополнительных операций.
1) обработать «как чисто» все торце
1000
вые поверхности вала, сопряженные с ответными деталями;
2) прошлифовать наваренный минимальным слоем металла хвостовик от новой базы в прежний размер;
3) обработать все опорные поверхности в ремонтный размер (не исключено, что при сильной деформации придется предваритепьно наварить шейки с максимальным биением);
4) обработать от новой базы все другие поверхности вращения вала (шатунные шейки у коленчатых валов, кулачки у распределительных валов и т.д.),
5) отбалансировать вал (только для коленчатых валов).
Таким образом, ремонт деформированных валов без применения правки оказывается существенно сложнее, поскольку требует большого числа дополнительных операций. Более подробно конкретные особенности ремонта валов изложены ниже в соответствующих разделах.
Шпифование всех поверхностей любого вала, расположенных по оси его вращения, должно выполняться только в центрах. Если при шлифовании опорных или коренных шеек вала двигателя пегкового автомобиля для его установки в шлифовальном станке используются кулачковые патроны -это гарантирует 100%-ный брак. Во-первых, при сжатии вала патронами возникает предварительная деформация, из-за чего после шлифования опорных шеек и снятия со станка вал будет иметь недопустимое биение шеек (чем тоньше вал, тем оно больше). Во-вторых, применение патронов требует специального выставления вала в станке, т.е. обеспечения минимального биения поверхностей вала, расположенных около патронов. Практика показывает, что в патронах сдепать это не так просто, в то время как в центрах легко обеспечить биение у краев вала менее 0,015*0,020 мм. Как исключение, в некоторых случаях допускается установка вала с одной стороны в патроне, а с другой — в центре.
После шлифования шеек вала их необходимо попировать. Поверхности шеек после шлифования не имеют, как правило, необходимого качества поверхности, а это дает повышенный износ вкладышей или втулок подшипников в процессе первона-чальной приработки. Кроме того, смазочные отверстия, выходящие на поверхность шейки, после шлифования обычно имеют острые края и могут повредить мягкий материал вкладыша.
Ремонт валов двигателейПолирование (доводка) шеек вала поспе ремонта может быть выполнено различными способами (рис. 9.30). Общим для них является испопьзование мелкого абразивного полотна с зернистостью 2-5 мкм. закрепляемого на специальном приспособлении, или абразивной пасты. Один из простейших вариантов такого приспособления представляет собой специальные щипцы с длинными ручками и узкими (шириной 20 мм) деревянными башмаками, на внутреннюю радиусную поверхность которых наклеен толстый (5-10 мм) слой войлока. Абразивное полотно смазывается маслом и зажимается щипцами между войлоком и шейкой вала, после чего вращением вала в течение нескольких минут осуществляется доводка шейки. Для доводки валов с диаметрами шеек от 40 до 70 мм достаточно 4+5 комплектов башмаков различного радиуса, т.к. толстый слой войлока на башмаке обеспечивает хорошее прилегание к шейке в некотором диапазоне её диаметров. При доводке шеек необходимо обеспечить минимальный съем металла (несколько микрон).
Качество доводки поверхности легко проверяется с помощью кусочка меди — если провести им по хорошо отполированной шейке, то на ее поверхности не должно остаться следа.
Ремонт любого вала должен заканчиваться контролем всех размеров и биений, причем этот контроль необходимо проводить с особой тщательностью. Неполный (ипи недобросовестный) контроль отремонтированного вала может значительно снизить качество ремонта всего двигателя в целом и надежность его работы в эксплуатации. Измерения вала при окончательном контроле выполняются аналогично описанным выше операциям по его дефектации.