Технологический процесс сборки является заключительным этапом изготовления изделия. От качества сборки зависит качество изделия в целом и его ресурс. Некачественная сборка даже деталей, изготовленных с соблюдением всех технических требований, неминуемо приведет к снижению ресурса узла. Примером некачественной сборки могут быть: перекос собираемых деталей, снижение величины натяга, повреждение сопрягаемых поверхностей, что в конечном итоге приводит к повышенному шуму и вибрациях при работе и снижению долговечности узла. В данной статье будет сравнен ресурс кривошипно-шатунного механизма (КШМ) двигателей Иж Планета 5, собранных методом холодной запрессовки и тепловым методом с нагревом охватывающей детали.
Описание конструкции узла, его служебного назначения
В статье объектом рассмотрения является КМШ двигателя Иж Планета 5. Общий вид силового агрегата представлен на рисунке 1:
Рис. 1. Общий вид силового агрегата
Двигатель Иж Планета 5 имеет следующие технические характеристики:
– Тип двигателя двухтактный одноцилиндровый
– Диаметр цилиндра, мм 72
– Ход поршня, мм 85
– Степень сжатия 8,2–8,7
– Рабочий объем: 346 см3
– Максимальная мощность двигателя, л.с. 22 при 4850 об/мин
Кривошипно-шатунный механизм двигателя Иж Планета 5 служит для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение ведущей звезды моторной передачи. Представлен на рисунке 2:
Рис. 2. Кривошипно-шатунный механизм двигателя Иж Планета 5
КШМ состоит из коленчатого вала (9), установленного на двух роликовых радиальных подшипниках качения 2505КМУ (8) и одном шариковом радиальном подшипнике качения 304 (3) по посадке с гарантированным натягом. Подшипники 2505КМУ предназначены для восприятия исключительно радиальных нагрузок, их конструкция такова, что позволяет устанавливать наружные и внутренние кольца отдельно, подшипник 304 предотвращает осевое перемещение коленчатого вала в картере двигателя, данные сборочные узлы установлены в картере двигателя с гарантированным натягом. Для обеспечения герметичности кривошипной камеры установлены сальники (6, 10, 11) на левую и правую цапфы коленчатого вала.
Коленчатый вал в данном двигателе сборный, представлен на рисунке 3:
Рис. 3. Коленчатый вал
Состоит из двух щек (3,4), кривошипного пальца (5), двух полуосей (1,2) и шатуна (8). Полуоси установлены в щеки по посадке с гарантированным натягом. Палец служит одновременно обоймой, по которой работают ролики подшипника нижней головки шатуна. Наружной обоймой является втулка из стали, запрессованная в нижнюю головку. Ролики подшипника нижней головки шатуна короткие, располагаются в два ряда в сепараторе, их смазка осуществляется через масляные каналы в шатуне. Картер двигателя представлен на рисунке 4:
Рис. 4. Картер двигателя
Картер двигателя состоит из двух половин (1,2), соединенных с помощью установочных втулок (3) и закрепленными винтами. Для обеспечения соосности посадочных мест под подшипники, отверстия обрабатываются при собранном картере. Герметичность стыка половин обеспечивается герметиком, применение прокладки недопустимо, так как это приведет к нарушению работы коробки переключения передач.
Технологический процесс сборки кривошипно-шатунного механизма
Сборка КШМ выполняется на одном рабочем месте, в таблице 1 указана последовательность технологических переходов:
Таблица 1
Последовательность технологических переходов сборки
|
№перехода |
Содержание перехода |
|
1 |
Установить левую половину картера в приспособление |
|
2 |
Установить стопорное кольцо |
|
3 |
Установить подшипник 304 |
|
4 |
Установить регулировочное кольцо |
|
5 |
Установить стопорное кольцо |
|
6 |
Установить распорную втулку |
|
7 |
Установить левый сальник коленчатого вала |
|
8 |
Установить маслонаправляющую шайбу |
|
9 |
Установить наружное кольцо подшипника 2505КМУ |
|
10 |
Установить правую половину картера в приспособление |
|
11 |
Установить правый сальник коленчатого вала |
|
12 |
Установить наружное кольцо подшипника 2505КМУ |
|
13 |
Установить коленчатый вал в приспособление |
|
14 |
Установить внутреннее кольцо подшипника 2505КМУ на левую полуось |
|
15 |
Установить внутреннее кольцо подшипника 2505КМУ на правую полуось |
|
16 |
Установить коленчатый вал в левую половину картера |
|
17 |
Установить правую половину картера, совместив установочные втулки |
|
18 |
Закрутить винты |
Процесс сборки данного узла имеет некоторые особенности:
– Необходимо максимально исключить силовое воздействие на коленчатый вал при сборке, в противном случае нарушится центровка, что выведет вал из строя
– Материал картера- алюминиевый сплав, достаточно хрупкий, велика вероятность повреждения посадочных мест под подшипники при установке подшипников качения
Эксперимент
Проводилась эксплуатация двух двигателей, собранных с помощью различных методов сборки неразъемных неподвижных соединений с натягом. Для эксперимента приобретены 2 комплекта новых запасных частей производства ОАО Ижмаш — картера, коленчатые валы, подшипники и сальники. Анализ показателей качества деталей показан в таблице 2:
Таблица 2
Анализ показателей качества деталей
|
№комплекта |
Показатель качества |
Величина, мм |
Допуск, мм |
|
1. |
Соосность посадочных мест под подшипники |
0,006 |
не более 0,008 |
|
Биение полуосей коленчатого вала |
0,04 |
не более 0,05 |
|
|
Биение цилиндрических поверхностей щек коленчатого вала |
0,8 |
не более 0,1 |
|
|
2. |
Соосность посадочных мест под подшипники |
0,007 |
не более 0,008 |
|
Биение полуосей коленчатого вала |
0,03 |
не более 0,05 |
|
|
Биение цилиндрических поверхностей щек коленчатого вала |
0,9 |
не более 0,1 |
Из таблицы 2 видно, что детали изготовлены с необходимым качеством, то есть имеют потенциально одинаковый ресурс работы.
Запасные части комплекта № 1 собраны методом холодной запрессовки, с помощью механизированного пресса. (двигатель № 1)
Запасные части комплекта № 2 собраны тепловым методом, при котором производится нагрев охватывающей детали, что позволяет соединять детали без усилия. (двигатель № 2)
Условия работы двигателей
Двигатели эксплуатируются в одинаковых условиях:
– Мотоциклы эксплуатируются преимущественно по дорогам с асфальтовым покрытием
– Крейсерская скорость мотоциклов на шоссе 80–90 км/ч, обороты двигателя при этом составляют 2800–3200 об/мин, городском цикле диапазон оборотов составляет 2000–2500 км/ч. Для двигателя Иж Планета 5 такой режим эксплуатации является наиболее оптимальным с точки зрения ресурса
– Расход топлива для обоих двигателей составил 4–4.5 литра на 100 км пробега, что показывает отличное общее техническое состояние двигателей
– Угол опережения выставлен 3,25 мм до ВМТ
– Смазка двигателей осуществляется смесью бензина АИ 92 с маслом Лукойл 2T в пропорции 1:25
– Техническое обслуживание каждые 5000 км пробега (замена масла в КПП, чистка и регулировка карбюратора, очистка наружных поверхностей двигателей от загрязнений)
Результаты эксперимента
Двигатель № 1. Собран методом холодной запрессовки.
– На 20000 км пробега обнаружен радиальный люфт правого подшипника 2505КМУ коленчатого вала в пределах 0,1 мм, а также стук поршневого пальца при работе холодного двигателя. Технические характеристики находились в пределах нормы, решено продолжить эксплуатацию.
– На 30000 км пробега обнаружен звон при сбросе газа (езда в накат) на скорости более 75 км/ч (на более низких оборотах посторонний звуков не выявлено), что косвенно позволяет судить о начальном износе подшипника нижней головки шатуна.
– После 40000 км пробега звон начал проявляться и на малых оборотах, стремительно прогрессировал.
– На 42000 пробега наблюдался значительный шум из двигателя.
Принято решение о разборке двигателя с последующей дефектовкой деталей:
1) Люфт правого подшипника 2505КМУ коленчатого вала — 0,1 мм
2) Люфт левого подшипника 2505КМУ коленчатого вала — не обнаружен
3) Осевой люфт левого подшипника 304 коленчатого вала — 0,05 мм
4) Радиальный люфт подшипника нижней головки шатуна 0,5 мм
5) Биение левой полуоси коленвала — 0,1 мм, правой полуоси — 0,08 мм (превышает допустимые пределы)
6) Выработка в цилиндре 0,15 мм
Итог: критический износ кривошипно-шатунного механизма, опасность дальнейшей эксплуатации. Состояние цилиндро-поршневой группы- удовлетворительное.
Двигатель № 2. Собран тепловым методом.
– На 45000 км пробега обнаружен глухой грохот из цилиндра при работе холодного двигателя, что позволяет судить о начале износа цилиндро-поршневой группы
– На 55000 км наблюдался потеря компрессии, недостаток мощности, повышенный расход топлива (7 литров на 100 км). Замечен небольшой звон при сбросе газа (начальный износ подшипника нижней головки шатуна). Принято решение о разборке двигателя и дефектовке деталей:
1) Люфт правого подшипника 2505КМУ коленчатого вала — 0,04 мм
2) Люфт левого подшипника 2505КМУ коленчатого вала — не обнаружен
3) Осевой люфт левого подшипника 304 коленчатого вала — не обнаружен
4) Радиальный люфт подшипника нижней головки шатуна 0,05 мм
5) Биение левой полуоси коленвала — 0,05 мм, правой полуоси — 0,04 мм (находится в допустимых пределах)
6) Выработка в цилиндре 0,25 мм (критический износ)
Итог: КШМ находится в удовлетворительном состоянии, остаточный ресурс примерно 10000км. Цилиндро-поршневая группа требует ремонта.
Заключение
При анализе результатов эксперимента пришли к выводам:
– Ресурс двигателя № 2 оказался выше ресурса двигателя № 1 более чем на 30 %
– При холодной запрессовке нарушилась центровка коленчатого вала, это выразилось повышенным биением полуосей, что явилось причиной ускоренного износа коренных подшипников, подшипника нижней головки шатуна и соединения поршневой палец-втулка. Также при работе этого двигателя наблюдались повышенные вибрации
Таким образом, ресурс узла, собранного тепловым методом, увеличится более чем на 30 % по сравнению со сборкой аналогичных деталей запрессовкой. Сборка тепловым методом исключает возможность повреждения собираемых деталей.
Литература:
- К. П. Быков, П. В. Грищенко; ред. Т. А. Шленчик. Мотоцикл «Иж». Эксплуатация, ремонт, каталог деталей: пособие по ремонту. — Чернигов: ПКФ «Ранок», 2000. — 208 с.
- Тамаркин М. А., Давыдова И. В., Тищенко Э. Э. Технология сборочного производства. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2007. — 270 с.
- Зенкин А. С., Арпентьев Б. М.. Сборка неподвижных соединений термическими методами. —: Машиностроение, 1987. — 125 с.
