Способы балансировки коленчатого вала

Как делается ремонт и балансировка коленвала грузовых автомобилей КамАЗ: освещаем в общих чертах

Для экономии затрат, идущих на техническое обслуживание в автосервисе, можно выполнять балансирование коленчатого вала в условиях гаража. В статье описываются варианты, как можно проводить балансировку коленвала своими руками.

Особенности

Подвод масла осуществляется через специальные отверстия, предусмотренные в коренных шейках. Чтобы уравновесить инерционные воздействия и снизить вибрацию, установили шесть противовесов, изготовленных методом штамповки, как и щеки. Также предусмотрено два добавочных противовеса, которые напрессованы на валу. В расточенном гнезде хвостовика находится запрессованный шариковый подшипник коленвала КамАЗ 740. Угловое размещение деталей относительно коленчатого вала регулируется шпонками.

Равномерное чередование рабочих моментов коленвала КамАЗ 740 обеспечивается за счет расположения шатунных шеек под прямым углом. К каждому элементу подсоединена пара шатунов: для правого и левого цилиндрового ряда.

1. Противовес передний.
2. Задний аналог.
3. Приводная шестеренка.
4. Зубчатый элемент привода ГРМ.
5. Шпонка.
6. Шпонка.
7. Штифт.
8. Жиклер.
9. Разгрузочные гнезда.
10. Гнезда для подвода масла.
11. Отверстия для маслопровода к шатунным шейкам.

Применимость коленвала Камаз

В легковом или грузовом автомобиле не существует понятия, как важная и неважная запчасть. Каждый элемент выполняет свою определенную функцию и имеет свою важность. При неисправной работе любой мелкой деталюшки может накрыться весь механизм. Но есть базовые детали, выполняющие 80% работы в узле. В V-образном двигателе Евро 1, 2, 3, 4 Камаз 740 – это коленвал. Он может идти под несколькими каталожными номерами: 740.13-1005008-20, 3974539, 4934862,… и разными брендами (KAMAZ, Cummins, MOVELEX) в зависимости от модификации и типа двигателя.

Устройство

В полости фронтального носовика узла вкручен жиклер. Через его калибровочное гнездо поступает смазка для шлицевого вала понижения мощности на приводную часть гидравлической муфты. От перемещений по осям коленвал КамАЗ 740 защищен парой верхних полуколец и двумя нижними аналогами. Они монтируются таким образом, чтобы канавки прилегали к торцам вала.

Спереди и сзади на носках блока имеется шестерня привода маслонасоса и ведущий зубчатый элемент распредвала. На заднем торце детали предусмотрено восемь соединений с резьбой для фиксации гасителя вращательных моментов. Уплотнением коленчатого вала служит резиновая манжета, которая оснащается пыльником, располагается в картере маховика. Она изготовлена из фторкаучукового состава непосредственно в пресс-форме.

Назначение

Именно коленвал является родоначальником и создателем крутящего момента, передаваемого через ряд узлов и механизмов на полуоси, а в конечном итоге и на колеса автомобиля. Также он посредством шкивов, шестерен и ремней приводит во вращение другие вспомогательные агрегаты: ТНВД, помпа, масляный насос, генератор и др. Но самостоятельно создать вращение коленчатый вал не может. В этом ему на помощь приходят поршень и шатун, образующие все вместе кривошипно-шатунный механизм (КШМ).

Маховик и шейки

По диаметру коренные и шатунные шейки коленвала КамАЗ 740 составляют 95 и 80 миллиметров соответственно. Предусмотрено 8 типов восстановительных вкладышей, которые применяются для ремонта без проведения шлифовки. Коренные и шатунные подшипники сделаны из стальной ленты со свинцово-бронзовым напылением и оловянным покрытием. Вкладыши вверху и внизу элемента не являются взаимозаменяемыми. От поперечного и продольного смещения они зафиксированы уступами, которые размещаются в пазах крышек подшипников и постелях шатуна. Указанные части имеют соответствующую маркировку (74-05.100-40-58 и 74-05.100-57-51). Заслонки и крышки изготовлены из чугуна повышенной прочности. Крепятся они при помощи болтов, которые фиксируются по регламентированной схеме. Маховик фиксируется на восемь болтовых шпилек, сделанных из легированной стали, а также штифтами с втулкой. Чтобы избежать повреждения узла, под болтовые головки помещаются шайбы, а на цилиндрической поверхности маховика находится зубчатый венчик.

Принцип работы коленвала

Происходит этот процесс следующим образом. Давление газов, возникающее в результате горения горючей смеси в камере сгорания, воздействует на поверхность поршня. Тот в свою очередь начинает перемещаться в цилиндре из верхнего положения (ВМТ) в нижнее (НМТ), совершая поступательное движение. Шатун во всей этой истории является связующим звеном. С одной стороны он связан с поршнем при помощи пальца, а другой подвижно крепится к шатунной шейке КВ. Производя сложное движение, он передает усилие от поршневого пальца на коленвал, заставляя последний вращаться.

Гаситель вращательных моментов

Коленвал двигателя КамАЗ 740″ оборудуется гасителем вращательных колебаний, который фиксируется восемью болтами на фронтальном носке блока. Деталь включает в себя корпус, который закрыт крышкой. Он с запасом хода монтируется в маховике. Герметичность соединений достигается при помощи сварочных швов по стыкам основы и крышки.

Между остовом и маховиком работает силиконовый состав повышенной вязкости. Жидкость заправляется дозировано перед фиксацией крышки. По центрам гаситель регулируется посредством шайбы, приваренной к основе. Нивелирование вращательных моментов происходит при помощи торможения остова гасителя. Данная энергия выделяется как тепловой поток. Стоит отметить, что при ремонте узла воспрещается нарушать целостность корпуса и крышки. Блок с деформациями для дальнейшего использования становится непригодным.

Устройство

С первого взгляда может показаться, что у коленвала Камаз сложная и замысловатая конструкция. Но если разобраться и изучить его устройство детальнее, то окажется, что всё очень просто. Внешне он не похож на прямые и симметричные валы трансмиссии, а имеет многочисленные изгибы, которые называются коленами. Отсюда и произошло его название. У каждого колена имеются 4 шатунных и 5 коренных (опорных) шеек, соединенные между собой щеками с противовесами. Противовесы предназначены для снижения вибрации, вызывающей со временем разрушение мотора.

Шатунно-поршневая группа

Шатун коленвала КамАЗ 740 10 сделан из стали методом ковки. Он оснащен стержнем с двутавром, головка вверху — неразъемного типа, снизу — сделана с прямым разъемом. Окончательная обработка шатуна производится в сборе с крышкой, которая не является взаимозаменяемой для аналогов. В верхней головке детали имеется втулка из сплава бронзы и стали, которая установлена путем прессовки. В нижней части смонтированы сменные вкладки.

Нижняя крышка фиксируется болтами с гайками, которые запрессованы в стержень. На элементы наносятся метки сопряженности в виде порядковых номеров из трех знаков. Также на крышке выбивается номерное клеймо цилиндра. Поршень отливается из алюминиевого состава, имеет вставку из чугуна для верхнего кольца компрессии. Также головка поршня оснащается камерой сгорания с центральным вытеснителем. Элемент смещен по оси в направлении от клапанных выточек на пять миллиметров. Боковая часть имеет бочкообразную конфигурацию с уменьшением размера в районе отверстий под палец поршня.

Виды коленвалов

По соотношению количества шей коленчатые валы делятся на два вида:

• Полноопорные
• Неполноопорные

На двигателях КамАЗ 740 устанавливают полноопорные коленвалы. Несмотря на более сложное их исполнение во время производства, они наиболее распространены в виду своей легкости и высокой степени надежности.

Способы изготовления коленвала Камаз

Поначалу коленвалы были составными и изготавливались из нескольких частей. Но со временем мощность и оборотистость движков увеличивались, и сборные КВ не выдерживали больших нагрузок. В результате чего от них отказались и стали изготавливать цельные.

Материалом для изготовления может служить сталь или чугун. Чугунные детали производят литьем, а для стальных используют метод ковки или штамповки. Далее следует механическая обработка, чтобы достичь нужных параметров: чистота поверхности шеек, балансировка и др.

Максимальная нагрузка сконцентрирована в местах стыка шейки и щеки. Для её снижения и равномерного распределения, место соединения выполнено скругленным, если выражаться научно, то образуют галтель.

Подшипники и смазывание

Вращается коленвал и опирается на подшипники скольжения (вкладыши), расположенные в картере движка. Также как и шейки бывают коренные и шатунные. Изготавливают их из специальной стальной ленты, поверхность которой покрыта антифрикционным составом, для снижения трения.

Обязательным условием для нормального функционирования и вращения коленчатого вала является наличие необходимого количества смазки между трущимися поверхностями, а именно шейками и подшипниками скольжения (вкладышами). С этой целью в коленвалу имеются специальные подводящие каналы, куда под давлением подается моторное масло из системы смазки. Во избежание вытекания масла из картера двигателя ставятся два сальника коленвала: передний и задний.

Компрессионные и маслосъемные элементы

Поршень комплектуется сальником коленвала КамАЗ 740, а также парой компрессионных колец и одним маслосъемным аналогом. Дистанция от днища до нижней торцевой части верхней канавки 17 мм. Поршневая часть моторов 740/11, 740/13 и 740/14 между собой отличается формой гнезд под кольца, поэтому не является взаимозаменяемой.

Компрессионные элементы сделаны из усиленного, а маслосъемное кольцо — из серого чугуна. На «движке» 740/11 конфигурация поперечного сечения фиксаторов — односторонняя трапеция. При установке верхний наклонный торец размещается со стороны поршневого дна. Рабочая бочкообразная часть кольца покрыта молибденом. На поверхность второго компрессионного и маслосъемного кольца нанесено хромовое напыление.

При установке середина расширителя располагается в специальном замке. Маслосъемное кольцо изготовлено коробчатой конфигурации, на моторе 740/11 имеет высоту 5 миллиметров, а на 740/13 и 740/14 — 4 мм.

Ремонтные размеры коленвала КамАЗ 740

Ниже в таблицах приведены габариты, при которых допускается восстановление частей узла:

Источник

Мифы и реальность о балансировке коленчатого вала

Мифы и реальность о балансировке коленчатого вала

К сожалению, вопросы балансировки коленчатого вала (маховика, корзины сцепления, демпфера) в доступной литературе практически не раскрыты, а если что и можно найти, то это ГОСТы и научная литература. Однако осмысление и понимание того, что там написано, требует определенной подготовки и наличия самого балансировочного станка. Это, естественно, отбивает у автомехаников все желание разобраться с этими вопросами с точки зрения ремонта ДВС. В этой короткой статье мы попытаемся раскрыть вопросы балансировки с позиции автомеханика, не вдаваясь в сложные математические расчеты и больше акцентируя внимание на практическом опыте.

Итак, наиболее частый вопрос возникающий при ремонте двигателя: нужно ли проводить балансировку после шлифовки коленчатого вала?

Для этого мы покажем все этапы балансировки коленчатого вала, которые выполняются в нашей фирме при ремонте коленчатого вала. В качестве примера возьмем коленчатый вал двигателя МВ 603.973. Это рядный 6 цилиндровый дизельный двигатель. Допустимый дисбаланс завода изготовителя на данный вал 100 гмм. Много это или мало? Что будет если дисбаланс будет меньше или больше данной цифры? Эти вопросы мы не будем рассматривать в этой статье, а опишем их позже. Но можно с уверенностью говорить, что завод изготовитель берет эти цифры не с потолка, а проводит достаточное количество экспериментов для того, чтобы найти компромисс между допустимым значением дисбаланса для нормальной эксплуатации двигателя и себестоимостью производства для обеспечения данного допуска. Просто для сравнения, допустимый дисбаланс завода изготовителя на коленчатый вал двигателя ЗМЗ 406 360 гмм. Чтобы легче представить и понять эти цифры, вспомним простую формулу из курса физики. Для вращательного движения сила инерции равна:

m – неуравновешенная масса, кг;
r – радиус ее вращения, м;
w – угловая скорость вращения, рад/с;
n – частота вращения, об/мин.

Итак, подставляем цифры в формулу и принимаем частоту вращения от 1000 до 10 000 об/мин, получаем следующее:

F1000 = 0.1х 0,001х( 3,14х1000/30)2= 1,1 Н

F2000 = 0.1х 0,001х( 3,14х2000/30)2= 4,4 Н

F3000 = 0.1х 0,001х( 3,14х3000/30)2= 9,9 Н

F4000 = 0.1х 0,001х( 3,14х4000/30)2= 17,55 Н

F5000 = 0.1х 0,001х( 3,14х5000/30)2= 27,4 Н

F6000 = 0.1х 0,001х( 3,14х6000/30)2= 39,5 Н

F7000 = 0.1х 0,001х( 3,14х7000/30)2= 53,8 Н

F8000 = 0.1х 0,001х( 3,14х8000/30)2= 70,2 Н

F9000 = 0.1х 0,001х( 3,14х9000/30)2= 88,9 Н

F10000 = 0.1х 0,001х( 3,14х10000/30)2= 109,7 Н

Все конечно понимают, что этот мотор никогда не выйдет на частоту вращения 10 000 об/мин, но этот простенький расчет сделан для того, что бы «почувствовать» цифры и понять как важна балансировка при увеличении частоты вращения. Какие можно сделать предварительные выводы? Во первых, вы «почувствовали», что такое дисбаланс 100 гмм, ну и, во вторых, убедились, что это действительно достаточно жесткий допуск для данного двигателя, и нет никакой необходимости делать этот допуск жестче.

Теперь давайте покончим с цифрами и наконец-то вернемся к этому валу. Данный вал был предварительно отшлифован и после попал к нам на балансировку. И вот какие результаты мы получили при измерении дисбаланса.

Что обозначают эти цифры? На данном рисунке мы видим, что дисбаланс на левой плоскости равен 378 гмм, и дисбаланс на правой плоскости равен 301 гмм. То есть условно можно принять, что общий дисбаланс на вал получается 679 гмм, что почти в 7 раз превышает допуск, заложенный заводом изготовителем.

Вот фото этого вала на станке:

Сейчас конечно Вы начнете во всем обвинять «криворукого» шлифовщика или плохой станок. Но давайте вернемся опять к простеньким расчетам и попробуем понять, почему так получается. Для простоты расчета примем вес вала 20 кг (этот вес очень близок к истине для 6 цилиндрового коленчатого вала). Вал имеет остаточный дисбаланс допустим 0 гмм ( что является полной утопией).

И так теперь шлифовщик этот вал прошлифовал в ремонтный размер. Но при установке вала он сместил ось вращения от оси инерции всего на 0,01 мм (чтобы проще понять — у шлифовщика не совпала старая и новая ось вращения всего на 0,01 мм), и мы получили сразу же дисбаланс в 200 гмм. А если учесть, что у заводского вала всегда присутствует дисбаланс, то картина будет еще хуже. Поэтому те цифры, что мы получили, не являются из ряда вон выходящими, а являются нормой после шлифовки вала.

А если учесть, что не всегда завод изготовитель выдерживает свои же допуска, то обвинения в адрес шлифовщика или станка просто отпадают. Только не надо теперь стоять над шлифовщиком и требовать, что бы он выставлял вал с микронной точностью, все равно это не принесет желаемого результата. Единственным правильным выходом из данной ситуации является обязательная балансировка коленчатого вала после его шлифовки. Традиционно балансировку коленчатого вала выполняют высверливанием противовеса (иногда правда приходится утяжелять противовесы, но это достаточно редкий случай).

Вот, что мы получили после балансировки вала

Остаточный дисбаланс по левой плоскости 7 гмм и 4 гмм по правой плоскости. То есть общий дисбаланс на вал 11 гмм. Такая точность делалась специально, чтобы показать возможности данного станка и, как вы поняли теперь, необходимости выполнять такие требования при балансировке после шлифовки вала нет. Требований завода изготовителя вполне достаточно. Итак, с валом мы закончили, и, естественно, возникает вопрос, а нужно ли балансировать передний демпфер (шкив), маховик, корзину сцепления. Обратимся опять к ремонтной литературе. Что рекомендует тот же ЗМЗ, например, на допустимый дисбаланс этих деталей? На шкив передний с демпфером 100 гмм, на маховик 150 гмм, на корзину сцепления 100 гмм. Но есть очень важное примечание.

Все эти детали балансируются отдельно от вала ( то есть на оправках), и коленчатый вал в сборе на современных моторостроительных заводах в серию не балансируется. То есть Вы понимаете, что при установке вышеперечисленных деталей на коленчатый вал остаточный дисбаланс естественно изменится, так как совпадение осей вращения практически невозможно. Ниже представлены фото балансировки данных деталей.

Опять же, как показала практика, эти детали вносят ощутимый вклад в дисбаланс коленчатого вала, и, как показал наш опыт, дисбаланс каждой из этой детали существенно перекрывает допуски на остаточный дисбаланс. Так, цифра 150-300 гмм является «нормой» для переднего шкива (демпфера), для маховика 200-500 гмм, и 200-700 гмм для корзины сцепления. И это относится не только к российскому автопрому. Как показал наш опыт, примерно эти же цифры получаются и у зарубежного автопрома.

И есть обязательно еще один очень важный момент: после балансировки деталей по отдельности надо провести балансировку в сборе, но она должна делаться на последнем этапе. Предварительная балансировка по отдельности является также обязательной. Это надо для того, чтобы в случае, если выйдет из строя маховик или сцепление, Вам не пришлось снимать колено для повторной перебалансировки.

Итак, вот, что мы получаем окончательно при балансировке в сборе.

Итоговый дисбаланс коленчатого вала в сборе 37 гмм.

При этом следует учесть, что вес вала в сборе был около 43 кг.

Но, выполнив балансировку коленчатого вала в сборе, не стоит забывать о развесовке поршней и шатунов. Причем развесовку шатунов надо делать не просто по весу, а развесовку по центру масс, так как разница в весе этих деталей также вносит свой вклад в дисбаланс двигателя и строго регламентируется заводом изготовителем.

И вот, что хотелось бы отметить в заключении: очень многие автомеханики, прочитав эту статью, скажут, что это все ерунда. Что они собрали не один десяток моторов, и что все они без балансировки прекрасно работают, и они будут правы- действительно работают. Но давайте вспомним, сколько приходилось видеть моторов, которые работали …. при поломанных направляющих, со стертыми кулачками распредвала, с фрезерованными по плоскости ГБЦ выше нормы в 2-3 раза, с изношенными цилиндрами в 0,3 мм, с неправильно установленными поршнями- этот список можно продолжать до бесконечности.

У каждого, наверно, найдется парочка своих примеров, когда двигатель работал вопреки всем законам. Зачем хонинговать цилиндры, ведь раньше только точили и все работало? или: Зачем пользоваться хон-брусками, когда можно обычной шкуркой нанести сетку? Зачем «ловить» эти сотки, ведь это и так работает? Так почему, следуя одним требованиям завода изготовителя, пренебрегают другими? Только не надо думать, что, выполнив балансировку коленчатого вала в сборе и развесовку поршней и шатунов, Вы получите «чудо», что у Вас штатный мотор от Ваза по характеристикам станет, как мотор от болида Формулы 1. Этого у Вас не произойдет то же. Ведь балансировка — это один из кирпичиков, который вместе с выполнением остальных требований по ремонту дает Вам уверенность в том, что отремонтированный Вами двигатель отработает как минимум ресурс нового двигателя. И чем больше мотористов будут следовать требованиям автопроизводителей при ремонте двигателя, тем меньше будет автолюбителей, которые считают, что двигатель после капитального ремонта больше 50-70 тыс. км не работает.

Источник