Сравнение ресурса неподвижных неразъемных соединений с натягом, собранных различными методами



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:

1. 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.
2. Тамаркин М. А., Давыдова И. В., Тищенко Э. Э. Технология сборочного производства. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2007. — 270 с.
3. Зенкин А. С., Арпентьев Б. М.. Сборка неподвижных соединений термическими методами. —: Машиностроение, 1987. — 125 с.