Способ определения эксцентричности коренных шеек коленчатых валов рядных моторов типа м-100 а-м 103а

К Л 84 Класс 42 Ь, 23 е 4 СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зарегистрировано в Боро изобретений Гасллана ССР В. В. Кошечкин СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСЦЕНТРИЧНОСТИ КОРЕННЫХ ШЕЕК КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ РЯДНЫХ МОТОРОВ ТИПА МА, МА Заявлено 27 марта 1945 г, в Главное управление гражданского воздушного флота при СНК СССР за Ме 492 (338089)Опубликовано 31 декабря 1946 г. Предложенный способ определения эксцентричности коренных шеек коленчатых валов служит для точного контроля герметических осей коленчатых валов и основан на зависимости между износами и пространственными смещениями осей коренных шеек от общего"прогиба вала в одной плоскости и смещениями каждой из шеек вслед. ствие ошибок ремонта.Согласно изобретенному способу, измеряют, во-первых, величину и направление общего биения исследуемой коренной шейки, как разность максимального и минимально. го показаний неподвижно установленного индикатора, а во-вторых, направление биений четвертой и шестой шеек вала, вращающегося на второй и восьмой шейках. Практика показала, что в этом случае направление биений четвертой и шестой шеек вала совпадает с направлением той составляющей общего биения исследуемой коренной шейки, которая вызвана общим прогибом вала в одной плоскости. Далее определя ют вызванную износом другую составляющую общего биения исследуемой шейки, Опыт показал, что износ шейки односторонний, превращающий шейку в овал, и может быть принят как разность двух взаимно - перпендикулярных ее диаметров, из которых один направлен по биссектрисе между шейками, соседними с исследуемой с обеих сторон, Имея величину и направление общего биения шейки, направление биения, вызванного общим прогибом вала, и биения из-за износа шейки, производят геометрическое вычитание и получают эксцентричность шейки.На чертеже фиг, 1 и 2 схематически изображают в двух проекциях обычную проверку вала на биение, фиг. 3 и 4 поясняют смещение геометрической оси изношенной овальной шейки при вращении в опорных призмах, фиг. 5 и 6 поясняют зависимость биения шейки от прогиба общей геометрической оси вала, фиг. 7 и 8 - то же, от овальности шейки в результате износа, фиг, 9 и 10 - то же, от эксцентриситета шейки, фиг, 11 изображает эпюру биений шейки, фиг. 12 - поперечное сечение нормально изношенной шейки, фиг. 13 - схему центробежных сил, вызывающих из;А 67681- 10 -Фиг. 13МттроЕеЯсйор сила ийернии Ю-ф Нриош раВноуеос тлВуииерцаи 5"и ЕНаейтпройЯ" йоу силФнерции 5 ИридошиФиг. 14Ьиг. 161Уанасенкв. редакторхн, редактор Л. М, Уша.24870 Подписано к печати 15/1 1949 г. Тираж 500 экз, Цена 65 к. Зак, 2186 Тип. Московский печатник.нос шейки, фиг. 14 поясняет устранение овальности шейки округлени. ем ее боковых сторон, фиг, 15 - то же, при сохранении неизменным положения центра шейки, фиг, 16 - изображает эпюру составляющих биений третьей шейки, фиг. 17 - то же, седьмой шейки.Коленчатые валы некоторых типов авиамоторов имеют ту особенность, что надежная работа их в подшипниках зависит от конфигурации геометрической оси вала, соединяющей центры коренных шеек,Пространственные смещения осей отдельных коренных шеек искривляют геометрическую ось вала, обусловливая деформацию элементов вала при затяжке его в подшипниках при монтаже. Возникающие при этом значительные давления (реакции), дополняемые динамическими усилиями ври работе мотора, вызовут интенсивный износ рабочих по верхностей, Поэтому при ремонте, кроме промеров истинных износов шеек, необходимо определение истинных, пространственных смещений шеек.Это особенно необходимо для валов сильно изношенных или с прогибом порядка 0,30 - 0,50 лл, у которых диаметры шеек близки к предельным ремонтным размерам. Про стая перешлифовка таких валов на станке, безусловно, приведет к браку,При дефектации коленчатых валов отдельные отклонения осей коренных шеек оцениваются теми отклонениями стрелки индикатора, которые получаются при проворачивании вала, по схеме фиг, 1 и 2. Индикатор подведется к средней коренной шейке и покажет два отклонения: максимальное и минимальное; затем биение замеряется для каждой шейки отдельно путем переноса индикатора на плите вдоль вала. Такая оценка валов с изношенными шейками имеет существенные недостатки.Прежде всего наличие у базовых шеек овальности вводит неопределимые погрешности, вследствие колебаний базовой оси этих шеек. Стрел ка индикатора, соответственно колебаниям оси вала, получает откловения, искажающие истинные величины биений - фиг. 3,С другой стороны, отнесение бие ний шеек к случайной по существу базовой оси не вскрывает истинной картины пространственных смещений осей отдельных шеек. Часто ва лы, прошедшие перешлифовку шеек и имеющие при обычном, способе замеров биения в пределах допуска (менее 0,12 - 0,15 лл), все же непригодны для монтажа вследствие эксцентричности коренных шеек, оказавшейся скрытой при замерах,Тщательные промеры шеек коленчатых валов моторов, снятых с эксплоатации из-за падения давления масла в магистрали, показывают, что рабочие шейки валов и соответствующие вкладыши за весьма кратковременную работу значительно изношены. Вкладыши, кроме того, теряют натяг в гнездах картера и имеют резко выраженную деформацию изгиба.Однако, при наличии общего прогиба вала, смещения шеек, обратные этому прогибу, не могут быть определены замерами с помощью индикатора, так как он отметит биение шейки заниженное или равное нулю. В этом случае не оправдается мнение, что коленчатый вал с биением шеек, находящимся в пределах допуска, получает при затяжке в подшипниках картера такое выравнивание, при котором относительные смещения будут компенсироваться зазорами,Прямая геометрическая ось картера (ось вкладышей) в этом случае не соьпадает с деформированной геометрической осью валаЭффективной проверкой эксцентричности коренных шеек могла бы быть укладка вала во вкладыши картера, смазанные краской. Вал, затянутый тарированными ключами, должен легко вращаться от руки, Тугое вращение и односторонние отпечатки краски на шейках покажут, что соосность шеек вала нарушена и требуется доводка шлифовкой.Но такому контролю должна предшествовать перешлифовка шеек, т. е. устранение местных износов, - конусности и овальности каждой шейки, Такая последовательность диктуется специфичностью технологии подбора тонкостенных вкладышей, так как у данного вала шейки могут быть разномерны - в пределах от 89,98 до 89,50 мм, т. е, от серийного диаметра шейки до предельного ремонтного диаметра.Если после,перешлифовки шейки вала остаются несоосными, то потребуется дополнительная доводка их, сообразуясь с отпечатками краски на рабочих повврхностях шеек.Повторная доводка шеек может привести к такому увеличению зазоров, что ремонтные вкладыши придется подбирать все большей толщины для обеспечения натягов и зазоров.При такой доводке, несмотря на трудоемкость, значительное количе ство валов с сильно изношенными коренными шейками отбраковывается, именно из-за разносторонних пространственных смещений осей отдельных шеек, оценить величину которых обычными способами невозможно.Изобретенный способ позволяет определить относительное смещение осей шеек и назначить наиболее рациональный ремонт в зависимости от истинных смещений осей коренных шеек относительно геометрической оси вала, деформированной изгибом и определяемой свободным положением крайних шеек вала на призмах,Способ основан на учете величины и направления остаточной изгибающей деформации от вала и закономерных износов коренных шеек от сил инерции кривошипов,Рассматривая биение каждой шейки коленчатого вала как геометрическую сумму биения изгиба и биения эксцентричности, можно определить относительную величину биения шейки и истинную эксцентричность, устранив которую в принятом допуске, оказывается возможным допустить второй компонент - биение изгиба порядка 0,15 - 0,20 мм (что подтвердилось опытом). Новая методика имеет особоезначение для контроля валов рядных моторов, исправляемых правкой, и для валов, шейки которыхперешлифовываются для восстановления хромированием, В обоих случаях определяемая остаточная величина эксцентричности коренных шеек характеризует совершенство выполненных операций,Проверка биения шеек новых коленчатых валов, окончательно обработанных и прошлифованных, показывает, что, за малым исключениему данного вала максимумы биениялежат в одной плоскости, увеличиваясь от базовых шеек, где оно принимается равным нулю, к среднейшейке, достигая иногда 0,20 -0,25 мм. Деформация вала аналогична упругой линии балки надвух опорах, нагруженной по длинесосредоточенными силами в однойплоскости,В этом случае смещения осей шеек представляют собой эксцентриситет от изгиба относительно базовой оси, а соответствующее биениеможно назвать биением от изгиба.Деформация геометрической осиколенчатого вала с изношеннымишейками (3 - 4 ремонта) происходит в нескольких плоскостях прост.ранства,Пространственное коробление ва.ла может быть выражено для каждой шейки в виде двух смещений:первое - результат прогиба общейгеометрической оси вала, второеотносительное смещение оси шейкик направлению общего прогиба.В этом случае биение шейки, замеряемое обычным путем с помощью индикатора, определяетсяследующими факторами (фиг. 5 -10):1) прогибом общей геометрическойоси вала, т. е. остаточной деформацией от изгиба вала;2) смещением оси шейки относительно оси, соответствующей остаточной деформации от изгиба вала;3) овальностью шейки в результате износа.Влиянием прогиба вала под действием его силы веса можно пренебречь.Юд 67684 М шейки2 3 ( 4 Ьиение по инди- катору 0 0,07 0,13 0,07 0,18 0,11- 100 ДЗО Угол биения 330 300140 Индикатор отметит биение в трех случаях;а) абсолютно цилиндрический диск посажен на оси, имеющей прогибмм (фиг. 5, 6);б) на абсолютно прямой оси посажен диск, имеющий односторонний износ (овальность) С мм (фиг.7, 8);в) абсолютно цилиндрический диск посажен на абсолютно прямой оси, но с эксцентрисптетом е мм (фиг.9, 10).Однако в случаях а и 6 индикатор покажет удвоенную величину эксцентриситета, в случае б индикатор отметит овальность С.Таким образом, биение шейки относительно базовой оси, замеряемое по индикатору, является величиной суммарной, а этими замерами обычно и ограничиваются, сравнивая биения с допускаемыми. Однако существенное влияние на работу шейки во вкладыше имеет не величина истинного смещения данной шейки от принятой при проверке базовой оси, а смещение шейки относительно геометрической оси вала, затянутого на опорах в картере,Если определить направление общего прогиба вала и внести поправку в величину биения по индикатору на величину овальности взятой шейки, то можно определить эксцентричность шейки относительно оси вала с остаточной деформацией от изгиба, величина которой определится свободным положением вала на призмах. Отметив точкой О полюс и проведя луч 01, соответствующий следу базовой оси вала и направлению оси первого кривошипа, построим в масштабе по данным таблицы эпюру смещений осей коренных шеек относительно оси, соединяющей цен тры базовых шеек. Зная величину и направление относительного эксцентриситета, можно так перешлифовать шейки, чтобы смещения их осей были приведе ны к схеме новых валов, биение от изгиба шеек которых, как указано выше, допустимо в пределах 0,15 - 0,20 мм.Исходными данными для этого могут служить биения, определяемые по индикатору, связь между ко торыми устанавливается построением пространственных смещений осей шеек на эпюре.Биение шейки, замеряемое индикатором, рассматривается как век тор, модуль которого численно ра. вен биению шейки, т. е, разности между максимальным и минимальным показаниями индикатора. Направление . вектора ориентируется углом относительно оси, совпадающей с направлением первого криво- шипа коленчатого вала. Угол отклонения вектора биения каждой шейки от принятой оси, измеряемый по направлению часовой стрелки, назовем углом биения.Проворачивая вал на призмах и отмечая точки максимумов биений на шейках, мы всякий раз отметим углы биений, т. е, отклонения векто ров биений от принятой оси.Рассмотрим коленчатый вал типа М, коренные шейки которого не имеют дефектов износа, т. е. конус- ность и овальность этих шеек предварительно устранены перешлифовкой.При проверке вала на призмах би ение шеек оказалось; На эпюре (фиг. 11) векторы 03, 04, 05, Об, 07 представляют биение соответствующих шеек (по индикатору), Каждый из векторов - это истинное пространственное смещение оси шейки относительно базовой оси, но в масштабе, в два раза меньшем принятого для биений. Конец каждого вектора есть центр шейки, смещенной относительно базовой оси в направлении вектора.Анализ эпюр пространственных смещений осей коренных шеек большого количества коленчатых валов МА, МЦ показал, что направления максимумов биений средних шеек - четвертой и шестой - у данного вала совпадают по направлению друг с другом и лежат в плоскости, отклоненной от направ ления оси первого кривошипа на некоторый угол ,Так, на эпюре фиг. 11 векторы биений шеек 4 - б совпадают с прямой РР, отклоненной от направления первого кривошипа на угол . =30.С некоторым допущением можно принять прямую РР за след плоско сти изгиба упругой оси коленчатого вала. Ниже будет показано; что шейки 4 - б имеют наибольшие износы в плоскости первого кривошипа, и, следовательно, возможные би ения шеек от овальности должны быть в плоскости первого криво- шипа.Отклонения биений этих шеек от направления первого кривошипа объясняются, следовательно, общим изгибом вала, представляющим собой остаточную деформацию от изгиба, имеющую место у всех валов. Таким образом, эпюра пространственных смещений осей коренных шеек, при сильных износах последних (3 - 4 ремонта) представляет общий случай, тогда как новые валы дают эпюры частного случая.Биение шеек новых валов, за ма.лым исключением, одностороннее, и векторы этих биений лежат в плоскости общего изгиба вала, т. е. совпадают с прямой РР,Многочисленные исследования коленчатых валов рядных моторов доказывают закономерность геометрической связи зон износов отдельных шеек.Осмотр любой шейки покажет, что она имеет неодинаковую по бле. ску поверхность, т. е не всей своей поверхностью работает равномерно; измерения микрометром дадут наименьший размер в блестящей частии наибольший в направлении, перпендикулярном первому,Блестящая поверхность наиболеенагружена и имеет наибольший износ, диаметральная часть наименеенагружена и соответственно этомуимеет меньший износ, которым можно пренебречь,На фиг. 12 показано сечение изношенной шейки, Направление оситп соответствует наименьшему, анаправление оси аа - наибольшемупромеру. На дуге ата расположеназона износа с максимумом последнего в середине дуги (точка и)Если биение шейки обусловленоовальностью, то максимум биенияшейки по индикатору будет соответствовать точке и,На дуге ата износ незначителени максимум отклонения стрелки индикатора будет оставаться на этомучастке постоянным. На противоположной стороне шейки:(в точке и)отклонение стрелки индикатора будет минимальное.Установлено, что относительноерасположение зон износов коренныхшеек, а следовательно, и биенийколенчатых валов рядных моторов,определяется схемой расположениякривошипов При этом зона износакаждой шейки определяется действием равнодействующей центробежных сил от двух смежных по кра.ям данной шейки кривошипов (например, шейка 7 вала М- откривошипов пятого и шестого). Нафиг. 13 для шейки 7 условно векторами показаны центробежные силы кривошипов пятого и шестого иих равнодействующая, направлениемкоторой, соответствующим биссект-,рисе угла развала кривошипов, иопределится точка наибольшего износа.Точка наибольшего биения от износа находится на диаметральнопротивоположной стороне шейки,если продолжить биссектрису (точка а). Подобным же образом и длявсех остальных шеек биение, вызванное овальным односторонним износом, будет разностью двух взаимно-перпендикулярных диаметров испытуемой шейки, из которых одиннаправлен по биссектрисе междушейками, соседними с испытуемой содной и другой стороны,Устраняя овальности шейки, стре.мятся выполнить операцию с минимальной затратой времени, путемокругления боковых сторон шейки.На фиг, 14 заштрихована та частьметалла, которая снимается шлифовкой, при этом базовой осью служитось наименьшего промера (симметрии фигуры). При такой шлифовкецентр шейки 0 сместится в точкуО,. Назовем смещение шейки в результате скругления боковых ее сторон ошибкой ремонта.Когда коленчатый вал вновь поступит в ремонт, биение шейки будет превышать биение от износа,определяемое промерами шейки,Если допустить, что коленчатый валне имеет остаточной деформации отизгиба, то замеряемое при этом биение будет:В =В,+Сгде:С, - овальность шейки,В, - ошибка первого ремонта.Истинный эксцентриситет шейкибудет равен: 60,= Если при2втором ремонте овальность шейки будет устранена по схеме фиг. 14,то эксцентриситет шейки к началутретьего ремонта будет00, = 00, + 0 0где 00, - эксцентриситет шейки,обусловленный ошибкой первого ремонта, и 010 г - эксцентриситет шейки, обусловленный ошибкой второгоремонта. Если при поступлении вала в и-й ремонт замеряемое биениебудет В, то истинная величина эксцентриситета шейки будет равна:В,е2(при условии обработки шейки посхеме фиг. 14). Можно обработатьшейку иначе, - фиг. 15, где заштрихована часть металла, снятая приусловии сохранения положения центра шейки после предшествующегоремонта.Эксцентричность шейки в этомслучае будет уменьшаться, Так, например, если биение шейки по индикатору в а-й ремонт будет В, а овальность шейки Со, то после. устранения овальности истинная величина эксцентриситета шейки будет равна:В, - Со 2 Но этот путь более трудоемкий и менее экономичный. Таким образом, смещения осей.шеек при перешлифовках обусловливают биение, которое, в отличиеот биения изгиба, можно назватьбиением эксцентричности, максимальная величина которого можетбыть равной зазору, что соответствует моменту, когда шейка вступила в контакт с вкладышем, но безобеднения смазки, Чрезмерные давления шейки на вкладыши от начальной затяжки при монтаже приэтом будут исключаться.Как было указано выше, направления векторов биений средних шеек4 - б определяют направление остаточной деформации от изгиба вала,а схема износов шеек - направления биений эксцентричности,Имея данные биения шейки (поиндикатору), известные по величинеи направлению, можно определитьобе его составляющие, если последние известны по направлению, чтосводит определение эксцентричности коренной шейки к построениюгеометрической суммы или к построечию треугольникаПусть на эпюре фиг, 16 вектор03 - биение шейки 3, замеренное индикатором, при расположениивала второй и восьмой шейками напризмах.0 - след базовой оси; ОУ -направление первого кривошипа;03 - вектор биения шейки 3 вградусах, т, е. угол отклонения вектора биения 03 от направленияпервого кривошипа по часовойстрелке; ОЕз - ось эксцентричности шейки 8; РР - след плоскостипрогиба вала, определяемый биениями шеек 4 и б.Допустим, что шейка 3 не имеетовальности (круглая в сечении), тогда величина биения изгиба и величина биения эксцентричности опре.деляется из ЬОЗе у которого сторона Зе параллельна прямой РР.Из построения треугольника имеем; вектор Ое - биение эксцентричности, вектор ез в биен изгибаВеличины прогиба или эксцентричности оси шейки относительнобазовой оси, следовательчо, будутопределяться половинами величинсоответствующих биений.На эпюре эти величины представляют те же векторы биений, нов вдвое меньшем масштабе, чем принятый для биений.Пусть на эпюре фиг. 17 вектор07 отражает биение овальной шейки 7 относительно базовой оси,Точка 7 (конец вектора 07) соответствует точке 0 фиг, 14. Нанесемна эпюру прямую РР - след плоскости прогиба вала и ось эксцентричности Ое соответствующую шейке 7.Из построения треугольника биений 07 е, имеем:вектор Ое, - биение эксцентричности,вектор е - биение изгиба,Если овальность шейки устранитьпо схеме фиг. 14, то максимум биения шейки (вектор 07),не изменитвеличины и направления. Если потребуется уменьшение максимумабиения, то это можно осуществитьопиливанием шейки с последующимишлифовкой и полировкой или шлифованием шейки при установке вала на станке, на котором возможносмещение шейки в сторону максимума биения, При этом обработкашейки будет соответствовать схемефиг. 15.Устранение овальности по схемефиг, 15 соответствует на эпюре фиг.17 сложению вектора овальности свектором биения шейки. Так, еслиметалл снят на глубину, равную77, то биение шейки будет равногеометрической сумме:07, =07+77При этом остается эксцентричность оси шейки, равная вектору ОеПолному устранению эксцентричности соответствует приведение бие.ния шейки к биению от изгиба, т. е.при Ое,=О 07=07 ю,Дальнейшее снятие металла, например, на величину 77, привелобы к увеличению суммарного биенияшейки, так как 07,=07+77где 07,) 07.При значительных износах шеек, когда диаметры последних близки к предельным ремонтным размерам, целесообразной обработкой шейки будет та, в результате которой биефние эксцентричности и диаметр шейки будут в пределах допусков. В каждом конкретном случае величины и направления эксцентричности коренных шеек определяют рациональный ремонт коренных шеек. Предмет изобретенияСпособ определения эксцентричности коренных шеек коленчатых валов рядных моторов типа МА, МА, отличающийся тем, что измеряют величину и направление общего биения шейки по максимальному и минимальному показаниям неподвижного индикатора, а также направление биения, вызванного общим прогибом вала в одной плоскости, за каковое направление принимают замеренное по индикатору направление биений четвертой и шестой шеек вала, вращающегося на второй и восьмой шейках, и из общего биения геометрически вычитают биение, вызванное общим прогибом вала, используя в качестве третьей составляющей этого геометрического вычитания биение шейки, вызванное овальным ее износом, принимаемое как разность двух взаимно-перпендикулярных диаметров испытуемой шейки, из которых один направлен по биссектрисе между шейками, соседними с испытуемой с одной и с другой сто роны.