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

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

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

3 " 6784

Класс 42Ь, 23„4

СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СЕ ИДЕГЕЛЬСт у

Зарегистрирована в Biopo iиабретений Гасллана CCP

В. В. Кошечкин

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСЦЕНТРИЧНОСТИ КОРЕННЫХ ШЕЕК

КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ РЯДНЫХ МОТОРОВ ТИПА М-100А, М-103А

Заявлено 27 марта 1945 r. в Главное управление гражданского воздушного флота при СНК СССР за г1 492 (338089) Опубликовано 31 декабря 1946 r.

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 вследствие ошибок ремонта.

Согласно изобретенному способу, измеряют, во-первых, величину и направление общего биения исследуемой коренной шейки, как разность максимального и минимально

r0 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 изКо 67684 нос шейки, фиг. 14 поясняет устранение овальности шейки округлением 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 отклонения, 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 BbIpBBнивание, при котором относительные смещения будут компенсироваться зазорами.

Прямая геометрическая ось картера (ось вкладышей) в этом случае не соьпадает с деформированной геометрической осью вала

Эффективной проверкой эксцентричности коренных шеек могла бы быть укладка вала во вкладыши картера, смазанные краской. Вал, затянутый та рированными 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 эксцент.ричность, устранив которую в принятом допуске, оказывается возможным допустить второй компонент — биение изгиба порядка

0,15 — 0,20 мм (что подтвердилось опытом).

Новая методика имеет особое значение для контроля валов рядных моторов, исправляемых правкой, и для валов, шейки которых перешлифовываются для восстанов ления хромированием. В обоих случаях определяемая остаточная вели чина эксцентричности коренных шеек характеризует совершенство выполненных операций.

Проверка биения шеек новых коленчатых валов, окончательно обработанных и прошлифованных, показывает, что, за малым исключением„ у данього вала максимумы биения лежат в одной плоскости, увеличиваясь от базовых шеек, где оно при нимается равным нулю, к средней шейке, достигая иногда 0,20—

0,25 мм. Деформация вала аналогична упругой линии балки на двух опорах, нагруженной по длине сосредоточенными силами в одной плоскости, В этом случае смещения осей шеек представляют собой эксцентриситет от изгиба относительно базовой оси, а соответствующее биение можно назвать биением от изгиба.

Деформация геометрической оси коленчатого вала с изношенными шейками (3 — 4 ремонта) происходит в нескольких плоскостях пространства.

Пространственное коробление ва ла может быть выражено для каждой шейки в виде двух сме"цений= первое — результат прогиба общей геометрической оси вала, второе относительное смещение оси шейки к направлению общего прогиба.

В этом случае биение шейки, замеряемое обычным путем с помощью индикатора, определяется следующими факторами (фиг. 5—

10):

1) прогибом общей геометрической оси 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 дей ствием его силы веса можно пренебречь.

ЛЪ 67684

М шейки 2 3 (4

Биение по индикатору

0 0,02 0,13

0,07

0,18

0,11 — 100 ЭЗО

Угол биения

300=

Индикатор отметит биение в трех случаях: а) абсолютно цилиндрический диск посажен на оси, имеющей прогиб f лм (фиг. 5, 6); б) на абсолютно прямой оси посажен диск, имеющий односторонний износ (овальность) С лл (фиг.

7, 8); в) абсолютно цилиндрический диск посажен на абсолютно прямой оси, но с эксцентрисптетом е л1я (фиг.

9, 10).

Однако в случаях а и b индикатор покажет удвоенную величину эксцентриситета, в случае b 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 0 полюс и проведя луч 0У, 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 лм.

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 равен биению шейки, т. е. разности между максимальным и минимальным показаниями индикатора. Направление . вектора ориентируется углом относительно оси, совпадающей с направлением первого кривошипа 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-100, коренные шейки которого не имеют дефектов износа, т. е. конусность и овальность этих шеек предварительно устранены перешлифовкой.

При проверке вала на призмах би ение шеек оказалось;

На эпюре (фиг. 11) векторы 08, 04, 05, 06, 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. Ко нец каждого вектора есть центр шейки, смещенной относительно базовой оси в направлении вектора.

Анализ эпюр пространственных

-смещений осей коренных шеек большого количества коленчатых валов

М-100А, М-103А 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 FF 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 кривошипа.

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 FF.

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 части и наибольший в направлении, перпендикулярном первому.

Блестящая поверхность наиболее нагружена и имеет наибольший износ, диаметральная часть наименее нагружена и соответственно этому имеет меньший износ, которым мо жно пренебречь.

На фиг. 12 показано сечение изношенной шейки. Направление оси

mn соответствует наименьшему, а направление оси аа — наибольшему промеру. На дуге gama расположена зона износа с максимумом последнего в середине дуги (точка n).

Если биение шейки обусловлено овальностью, то максимум биения шейки по индикатору будет соответ ствовать точке и.

На дуге ama износ незначителен и максимум отклонения стрелки индикатора будет оставаться на этом участке постоянным. На противоположной стороне шейки:(в точке и) отклонение стрелки индикатора будет минимальное.

Установлено, что относительное расположение зон износов коренных шеек, а следовательно, и биений коленчатых валов рядных моторов, определяется схемой расположения кривошипов При этом зона износа каждой шейки определяется действием равнодействующей центробежных сил от двух смежных по краям данной шейки кривошипов (например, шейка 7 вала М-100 — от кривошипов пятого и шестого). На фиг. 13 для шейки 7 условно векторами показаны центробежные силы кривошипов пятого и шестого и их равнодействующая, направлением которой, соответствующим биссект-, рисе угла развала кривошипов, и определится точка наибольшего износа.

Точка наибольшего биения от износа находится на диаметрально противоположной стороне шейки, если продолжить биссектрису (точка а). Подобным же образом и для всех остальных шеек биение, вызван ное овальным односторонним из носом, будет разностью двух взаим но-перпендикулярных диаметров ис пытуемой шейки, из которых один № 67684 направлен по биссектрисе между шейками, соседними с испытуемой с одной и другой стороны, Устраняя овальности шейки, стре мятся выполнить операцию с минимальной затратой времени, путем округления боковых сторон шейки.

На фиг, 14 заштрихована та часть металла, которая снимается шлифовкой, при этом базовой осью служит ось наименьшего промера (симметрии фигуры). При такой шлифовке центр шейки 0 сместится в точку

01. 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 вал не имеет остаточной деформации от изгиба, то замеряемое при этом биение будет:

В =В,+С„ где:

Со — овальность шейки, В, — ошибка первого ремонта.

Истинный эксцентриситет шейки будет равен: 60,= Если при

В1

2 втором ремонте овальность шейки будет устранена по схеме фиг. 14, то эксцентриситет шейки к началу третьего ремонта будет

00,=00, +0,0„ где 00 — эксцентриситет шейки, обусловленный ошибкой первого ремонта, и 010 — эксцентриситет шейки, обусловленный ошибкой второго ремонта. Если при поступлении вала в и-й ремонт замеряемое биение будет В, то истинная величина эксцентриситета шейки будет равна:

В„ е

2 (при условии обработки шейки по схеме фиг. 14). Можно обработать шейку иначе,— фиг. 15, где заштрихована часть металла, снятая при условии сохранения положения центра шейки после предшествующего ремонта.

Эксцентричность шейки в этом случае будет уменьшаться. Так, например, если биение шейки по индикатору в и-й ремонт будет В, а овальность шейки С, то послеустранения овальности истинная величина эксцентриситета шейки будет равна:

„— С

П=

Но этот путь более трудоемкий и менее экономичный.

Таким образом, смещения осей-. шеек при перешлифовках обусловливают биение, которое, в отличие от биения изгиба, можно назвать биением эксцентричности, максимальная величина которого может быть равной зазору, что соответствует моменту, когда шейка вступила в контакт с вкладышем, но без обеднения смазки. Чрезмерные давления шейки на вкладыши от начальной:затяжки при монтаже при этом будут исключаться.

Как было указано выше, направления векторов биений средних шеек

4 †определяют направление остаточной деформации от изгиба вала, а схема износов шеек — направления биений эксцентричности.

Имея данные биения шейки (по индикатору), известные по величине и направлению, можно определить обе его составляющие, если последние известны по направлению, что сводит определение эксцентричности коренной шейки к построению геометрической суммы или к пост роечию треугольника

Пусть на эпюре фиг. 16 вектор

08 — биение шейки 8, замеренное индикатором, при расположении вала второй и восьмой шейками на призмах.

0 — след базовой оси; OY— направление первого кривошипа;

08 — вектор биения шейки 8 в градусах, т. е. угол отклонения век тора биения 08 от направления первого кривошип а по часовой стрелке; OE3 — ось эксцентричности шейки 8; FF — след плоскости прогиба вала, определяемый биениями шеек 4 и б.

Допустим, что шейка 8 не имеет овальности (круглая в сечении), то-№ 67684 гда величина биения изгиба и величина биения эксцентричности опре.деляется из 403е>, у которого сторона Зе параллельна прямой FF.

Из построения треугольника имеем: вектор Ое — биение эксцентричности, вектор e> †биен изгиба

Величины прогиба или эксцентричности оси шейки относительно базовой оси, следовательчо, будут определяться половинами величин соответствующих биений.

На эпюре эти величины представляют те же векторы биений, но в вдвое меньшем масштабе, чем принятый для биений.

Пусть на эпюре фиг. 17 вектор

07 отражает биение овальной шейки 7 относительно базовой оси, Точка 7 (конец вектора 07) соответствует точке 0 фиг. 14. Нанесем на эпюру прямую FF — след плоскости прогиба вала и ось эксцентричности Ое>, соответствующую шейке 7.

Из построения треугольника биений 07е> имеем: вектор Oe> — биение эксцентричности, вектор e> — биение изгиба.

Если овальность шейки устранить по схеме фиг. 14, то максимум биения шейки (вектор 07),не изменит величины и направления. Если потребуется уменьшение максимума биения, то это можно осуществить опиливанием шейки с последующими шлифовкой и полировкой или шлифованием шейки при установке ва ла на станке, на котором возможно смещение шейки в сторону максимума биения, При этом обработка шейки будет соответствовать схеме фиг. 15.

Устранение овальности по схеме фиг. 15 соответствует на эпюре фиг.

17 сложению вектора овальности с вектором биения шейки. Так, если металл снят на глубину, ра вную

77„ то биение шейки будет равно геометрической сумме:

07, =07+77,, При этом остается эксцентричность оси шейки, равная вектору Ое,, Полному устранению эксцентричности соответствует приведение бие ния шейки к биению от изгиба, т. е. при Oe,=0, 07=07,.

Дальнейшее снятие металла, например, на величину 77>, привело бы к увеличению суммарного биения шейки, так как 07,„=07+77,, где 07,) 07.

При значительных износах шеек, когда диаметры последних близки к предельным ремонтным размерам, целесообразной обработкой шейки будет та, в результате которой бие ние эксцентричности и диаметр шейки будут в пределах допусков. В каждом конкретном случае величины и направления эксцентричности коренных шеек определяют рациональный ремонт коренных шеек.

Предмет изобретения

Способ определения эксцентричности коренных шеек коленчатых валов рядных моторов типа М-100А, М-103А, 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. — 10—

;А 67681

Фиг. 13

30/ а и

Фиг. 14

Фиг. 15

Фиг. 17

Фиг. 16

Техн. редактор Л. М. Уша

Отв. редактор А. Н. Панасенко

Л24870 Подписано к печати 15/I 1949 г. Тираж 500 экз. Цена 65 к. Зак, 2186

Тип. «Московский печатник». раВнооейс таВу инерции 5 цо

ИтпроЕеМйар сила инерции b Нри5ошипи цейтпроЕеэЫ4цо сила инерции 5ое Иридошипа