Ремонт шатунов является одной из ключевых операций в процессе ремонта двигателя. Своевременно и качественно произведенный ремонт шатуна двигателя способен предотвратить серьезную поломку двигателя или даже его полное разрушение.
Ремонт шатунов необходим при таких повреждениях.
износ отверстия втулки верхней головки и отверстия под втулку.
скручивание стержня.
износ отверстия и торцевых поверхностей нижней головки.
Основные причины возникновения дефектов шатунов.
использование двигателя при низком уровне масла в картере.
длительная эксплуатация двигателя без замены масла.
потеря эксплуатационных свойств масла в результате перегрева двигателя или наличие в масле топлива.
неудовлетворительное состояние масляного фильтра.
проникновение в цилиндры двигателя посторонних предметов или гидроудар.
Шатуны в двигателях, которые работали длительное время, либо после задира, перегрева, переворачивания или расплавления вкладыша требуют замены втулки верхней головки и восстановления геометрии нижней головки. После замены втулки, производится расточка ее внутренней поверхности, где базой для установки шатуна в станке служит отверстие нижней головки. При износе поверхности или нарушения геометрии нижней головки отверстия нижней головки вначале растачивается, а затем хонингуется.
Ремонт шатунов может быть осуществлен в следующей последовательности.
обработка поверхности разъема нижней головки шатуна для получения припуска и следующей за этим расточки.
расточка отверстий нижней головки шатуна с возобновлением параллельности осей и соблюдением межосевого расстояния.
ремонт шатунов сопровождает такая операция как хонингование отверстий до нужного размера.
выпрессовка втулки — выполняется на прессе. Для этого используется кольцо с внутренним диаметром больше наружного диаметра втулки и ступенчатая оправка.
запрессовка новой бронзовой втулки, имеющей припуск по внутреннему диаметру не менее 0,15+0,20 мм.
Такие втулки поставляются в запасные части, однако при отсутствии могут быть изготовлены из свинцовистой, фосфористой или оло- вянистой бронзы. При этом натяг по наружному диаметру (в отверстии шатуна) должен составлять 0,06+0,08 мм.При использовании втулки без стальной основы следует обеспечить надежность посадки втулки в отверстии. Так, при запрессовке в холодном состоянии на поверхности втулки могутт возникнуть надиры и наволакивание, вследствие чего натяг после запрессовки станет мал, и втулка провернется при работе двигателя. Альтернативным способом является запрессовка с такой разностью температур, чтобы втулка вошла в отверстие свободно. Тем не менее, наиболее надежно бронзовая втулка будет стоять только в том случае, если после запрессовки ее раскатать специальным инструментом.
При этом необходимо найти такую сторону шатуна, где есть полный контакт нижней головки шатуна со столом станка в свободном состоянии, в то время как верхняя головка может не быть прижата. Ремонт шатунов завершается очисткой, продуванием и промывкой масляных каналов коленчатого вала и блока цилиндров. подгонка массы с таким расчетом, чтобы разница комплекта для одного двигателя не превышала норм завода изготовителя (для грузовых двигателей — 15 г; для легковых — 4 г). Подгонка массы производится с помощью процесса снятия металла с приливов, как на нижней крышке, так и на самом шатуне.
Для определения причины износа рабочих поверхностей шатуна необходимо провести анализ результатов диагностики.
диагностика смазочной системы и масляного насоса.
применение качественного моторного масла, а также замена масла и фильтра в оговоренные производителем сроки.
диагностика системы охлаждения.
диагностика и системы питания.
Рассмотрим последовательность операций правки шатуна, имеющего деформацию в двух плоскостях и скручивание стержня.
предварительная правка в плоскости, параллельной отверстиям. Опоры на плоскость — через подкладки у верхней и нижней головок, усилие от домкрата — между подкладками.
правка в плоскости, перпендикулярной отверстиям, с опорой на нижнюю головку и подкладку около верхней головки.
кручение шатуна. Для шатунов подавляющего большинства бензиновых двигателей эта операция может быть выполнена в тисках с помощью рычага длиной 0,5+1,0 м.
окончательная правка в плоскости, параллельной отверстиям. Это наиболее сложная и кропотливая операция требующая больших затрат времени. Перед этой операцией шатун часто имеет смещение верхней и нижней головок. После правки смещения обычно оказывается, что верхняя или нижняя головка получает искривление в плоскости, параллельной отверстиям. Это искривление устраняется изгибом стержня у соответствующей головки. Окончательная правка осуществляется методом последовательных приближений с проверкой шатуна на плите с помощью щупов или на измерительном приспособлении. Все операции желательно выполнять по следующей схеме: сначала деформация в нужную сторону несколько больше, чем требуется, затем небольшая деформация в обратную сторону. Если этим правилом пренебречь, то в процессе работы двигателя шатун может деформироваться на 0,1+0,3 мм за счет остаточных напряжений. Простое приспособление для измерения деформации шатунов, позволяет также исправить небольшие деформации шатуна. Однако точность правки с контролем по боковым плоскостям невелика и составляет порядка ±0,05+0,06 мм на длине 100 мм. При этом следует учитывать, какая из боковых плоскостей является базовой для отверстий, поскольку совершенно не обязательно, что базовые обе плоскости. Это можно установить, проконтролировав деформацию всех шатунов двигателя. После правки шатун желательно термообработать, чтобы уменьшить остаточные напряжения. Это может быть сделано в печи или духовом шкафу — выдержка 3+4 часа при температуре 180+200°С (охлаждение с печью). Точность правки указанным способом не превышает обычно 0,02 мм на диаметре отверстия нижней головки шатуна (40+60 мм). Кроме того, даже если представить, что шатун удалось поправить очень точно, все равно без специального измерительного оборудования это не измерить. Таким образом, точность правки шатуна зависит, в основном, от имеющегося измерительного оборудования.
При ремонте шатуна должны быть обеспечены правильная ориентация осей верхней и нижней головок детали, а также взаимное расположение торцов нижней головки по отношению к оси отверстия. В процессе эксплуатации шатуны деформируются и правильная ориентация этих поверхностей нарушается. В разработанном технологическом процессе ремонта шатуна правильное взаимное расположение поверхности достигается созданием новых баз, которые используются при обработке детали. Сначала обрабатывают один из торцов нижней головки шатуна. В качестве базы при этом используется отверстие в нижней головке шатуна (рис. 1) (база /). Затем, базируясь на исправленный торец, обрабатывают второй торец нижней головки шатуна (база 2). После этого обрабатывают отверстие нижней головки шатуна. Базой при этом служит поверхность одного из торцов нижней головки (база 2 или J). Поверхности отверстия и торцов нижней головки восстанавливают железнением, а затем их обрабатывают до номинальных размеров, после чего, базируясь на отверстие в нижней головке (база /), обрабатывают отверстие во втулке верхней головки шатуна. Рис. 1. Базирование шатуна при создании новых баз:/ _ отверстие нижней головки; 2 и 3 — торцы нижней головки.
Зажимать шатун за стержень запрещается во избежание деформации (скручивания) шатуна. Отверстие нижней головки измеряется нутромером с точностью до 0,01 мм. Эллипсность (овальность) отверстия не должна превышать 0,02 мм. Иногда встречаются шатуны, у которых в результате заклинивания и проворачивания вкладыша на поверхности отверстия нижней головки имеются круговые риски, но диаметр отверстия остается в допуске. Такие шатуны должны быть отремонтированы в обязательном порядке, поскольку на поврежденной поверхности ухудшается тепловой контакт с вкладышем и его охлаждение, уменьшается натяг вкладышей в отверстии. Это обычно приводит к быстрому выходу подшипника из строя. Если отверстие нижней головки шатуна явно изношено, то необходимо определить износ, сравнив размер изношенного отверстия с неизношенным или справочными данными. Проводя измерения, следует помнить, что обычно износ больше у краев отверстия. Величина износа является исходной величиной при ремонте. Деформация шатуна наиболее просто определяется на поверочной плите или с помощью лекальной линейки. У подавляющего большинства шатунов ширина верхней и нижней головок одинакова. Поэтому у деформированного шатуна появятся просветы между боковой поверхностью и плитой (или линейкой). Для шатунов, имеющих различную ширину головок, задача усложняется, особенно, если у головок нет одной общей плоскости. Здесь можно выйти из положения только с помощью плиток, подкладываемых под одну из головок либо с помощью специальных приборов. Приборы, определяющие деформацию шатунов, измеряют непараллельность осей отверстий верхней и нижней головок. Точность измерения — не хуже 0,005+0,010 мм на 100 мм длины. У шатунов максимальная деформация (непараллельность осей) не должна превышать половины рабочего зазора в цилиндре на диаметре цилиндра. Это значит, что при зазоре в цилиндре порядка 0,04+0,05 мм максимальная деформация должна быть меньше 0,020+0,025 мм на длине (плече), равной диаметру цилиндра.
Тогда все дополнительные движения поршня за счет перекоса осей отверстий головок шатуна, а именно, качания и вращения вокруг оси, будут малым не окажут существенного влияния на ресурс ЦПГ. Ремонт нижней головки шатуна может выполняться различными способами и на различном оборудовании, однако имеет следующие характерные особенности: отверстие после ремонта должно иметь номинальный размер (диаметр), такой же, как и у неповрежденных шатунов, должно быть обеспечено качество поверхности — шероховатость не ниже Ra 1.25 мкм, «эллипс» и «конус» не больше допуска на диаметр (т.е. не более 0,010+0,015 мм); должна сохраниться перпендикулярность отверстия к боковой (базовой) поверхности или параллельность отверстий головок. Чтобы получить номинальный диаметр в отверстии нижней головки у изношенного шатуна, необходимо обработать его и крышку по плоскости разъема в сумме на величину, большую, чем максимальный износ. При этом следует иметь в виду, что изношенные шатуны нередко сильно закалены в отверстии (перегрев из-за неисправного вкладыша с одновременным поступлением масла — своеобразный режим «закалки в масло»). Следует отметить, что при перегреве нижней головки в ней возникают внутренние напряжения, приводящие обычно к сжатию отверстия в плоскости разъема при ослаблении затяжки болтов. В таком случае для определения припуска на обработку поверхностей разъема необходимо немного притереть их на плите. Если указанное сжатие имеет место, то размер отверстия вблизи поверхностей разъема может быть меньше номинального. Тогда можно обрабатывать поверхность разъема только крышки, не трогая шатун. Практика показывает, что если размер отверстия в плоскости, параллельной оси стержня шатуна больше номинального диаметра отверстия на величину 6. то припуск на обработку поверхностей разъема должен быть в сумме не менее (1,2+1,5) 6. Обработка поверхности разъема может быть выполнена различными способами в зависимости от величины износа и/или деформации отверстия.
Так, если необходимо «занизить» плоскость не более чем на 0.05+0,06 мм, то её можно притереть на притирочной плите с пастой. При этом важно не перекосить плоскость относительно боковой поверхности, для чего шатун с крышкой следует притереть вместе, периодически меняя их местами и поворачивая. При большем износе отверстия поверхности разъема шлифуют на плоско-шлифовальном станке, обеспечивая перпендикулярность обрабатываемой поверхности к боковой поверхности шатуна. Возможно также использование фрезерного станка, однако точность обработки и качество поверхности будут хуже. После того, как шатун и крышка стянуты болтами, необходимо проверить совпадение боковых плоскостей шатуна и крышки. При этом на боковой плоскости, выбранной за базовую не должно быть выступания плоскости крышки над плоскостью шатуна, иначе не будет обеспечена параллельность осей отверстий шатуна после обработки отверстий. Это можно проверить на притирочной плите, если немного (на 0.01 мм) притереть боковые плоскости. Применяется несколько способов обработки отверстий шатуна — растачивание, шлифование и хонингование. Простым и доступным способом является растачивание отверстия на токарном станке. Для этого изготавливается планшайба, торец которой окончательно протачивается после установки. В планшайбе должны быть сделаны резьбовые отверстия для прижатия шатуна башмаками. С помощью индикатора находится такое положение шатуна, при котором радиальное биение отверстия будет минимальным. Далее твердосплавным резцом выполняется растачивание. Данный способ позволяет добиться удовлетворительной точности в 0,02 мм, однако качество поверхности не будет высоким, из-за чего не получится хорошего теплового контакта вкладыша и шатуна.
Вследствие этого растачивание без окончательной финишной обработки может быть применено только на низко- и среднефорсированных двигателях прошлых лет выпуска. Более точно растачивание шатуна выполняется алмазными резцами на координатно-расточных станках, причем в отличие от других способов здесь можно обеспечить параллельность осей отверстий головок с точностью до 0,02 мм. Повышенное качество поверхности обеспечивается обработкой шатуна на внутришлифовальном станке. Здесь может быть достигнута точность в 0,01 мм. Данный способ является предпочтительным для сильно изношенных поверхностей, поскольку так же, как и при растачивании обеспечивается перпендикулярность отверстий к базовой боковой поверхности шатуна. Для малоизношенных отверстий, а также в качестве финишной операции после растачивания может быть применено хонингование. Следует отметить, что хонингование сейчас является финишной операцией и для массового производства. Однако на практике не всегда можно найти необходимое оборудование и инструмент. Как уже указывалось выше, при выполнении работ с использованием хонинговального оборудования следует помнить, что этот способ не обеспечивает перпендикулярности отверстия к базе — боковой поверхности. Базой в данном случае является само отверстие. На практике это означает, что хонингованием нельзя снимать припуск в отверстии шатуна более 0,1+0,2 мм. При хонинговании даже небольших припусков желательно обрабатывать сразу два шатуна совместно, периодически разворачивая их друг относительно друга. Отверстия шатунов, имеющие так называемую «корсетную» форму (когда износ на краях больше, чем в середине), вряд ли стоит хонинговать, не сделав предварительно растачивание.
В противном случае скорее всего отремонтированный шатун не будет удовлетворять требованиям параллельности отверстий головок. Особую сложность представляет ремонт деформированных шатунов. Это связано с тем, что требуется обеспечить параллельность отверстий верхней и нижней головок, которая при деформации нарушается.
