Politechnika Śląska

Laboratorium Metrologii

Temat ćwiczenia: Pomiary wałków na przykładzie wału korbowego

Instrukcja do ćwiczenia

I. Cel ćwiczenia

Zapoznanie się z metodami pomiaru wałków na przykładzie wału korbowego silnika spalinowego.

II. Wprowadzenie

W przypadku czopów głównych wału korbowego, czopy są dociskane do dolnej półpanewki wskutek działania sił gazowych. Wypadkowa Q₂ działania sił bezwładności Q₁ pochodzących od sąsiadujących czopów korbowych dociska czop zawsze jedną stroną do panewki. Stąd powstaje zużycie czopa głównego, jak pokazano na rysunku 1a. Na czopy główne z jednym sąsiadującym czopem korbowym działają siły gazowe i siły bezwładności leżące w jednej płaszczyźnie, stąd największe zużycie czopów występuje od strony czopów korbowych i od strony im przeciwległej [rys. 1b]

Rys.1. Zużycie czopów wału korbowego.

Na panewki czopów korbowych działają siły ciśnienia gazów spalinowych oraz siły bezwładności, przy czym składowa ciśnienia gazów podczas suwu pracy dociska panewkę korbową do zewnętrznej strony czopa korbowego (patrząc od strony czopów głównych) [rys. 2b]. Gdy wał obróci się o ok. 20-30°, siły bezwładności zaczynają przewyższać działanie sił ciśnienia gazów i panewka jest dociskana do wewnętrznej strony czopa. Przez następne suwy wylotu, dolotu i sprężania panewka pozostaje dociśnięta do wewnętrznej strony czopa korbowego [rys. 2a]. Jest to przyczyną tego, że czopy korbowe zużywają się na owal, którego krótsza oś leży w płaszczyźnie przeprowadzonej przez osie czopów głównych i mierzonego czopa korbowego.

Rys.2. Rozkład sił działających na czopy korbowe.

Rys. 3. Wał korbowy.

Weryfikacja wałów korbowych

Weryfikację wałów korbowych (rys. 3.) należy wykonać wg instrukcji naprawy samochodu i podanych niżej wskazówek.

Pęknięcia wału korbowego mogą występować wewnątrz jego materiału lub na jego powierzchni. W pierwszym przypadku ich wykrycie jest możliwe jedy­nie przy użyciu defektoskopów ultradźwiękowych lub metodą magnetyczną. Ponieważ są to urządzenia drogie i skomplikowane, w warsztatach napraw­czych tego rodzaju badania wałów są stosowane bardzo rzadko. Wykrycie pęknięć zewnętrznych jest łatwiejsze, gdyż niejednokrotnie daje się je zauwa­żyć podczas oględzin przez lupę lub przy zastosowaniu metody kapilarnej lub fluorescencyjnej.

Zużycie czopów głównych i korbowodowych określa się przez pomiar ich średnic za pomocą mikrometru. Pomiary należy wykonać przynajmniej w dwóch przekrojach i dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach. Umożliwia to zarówno określenie zmniejszenia średnicy czopa, jak i odchyłek kształtu (stożkowość, baryłkowość, owalność). Wymiar naprawczy czopa określa się w zależności od najmniejszego stwierdzonego wymiaru.

Luz między czopami a łożyskami określa się mierząc średnicę czopa za pomocą mikrometru i wewnętrzną średnicę panewki włożonej w korbowód za pomocą średnicówki. Należy przy tym pamiętać, że śruby korbowodowe powinny być dokręcone momentem zalecanym przez fabryczną instrukcję naprawy. Różnica tych wymiarów stanowi wartość luzu.

Niewspółosiowość czopów głównych i skręcenie wału wykrywa się za pomocą czujnika po ułożeniu wału na pryzmach ustawionych na płycie traserskiej (rys. 5.). Nóżkę czujnika opiera się na powierzchni czopa i obra­cając wałem obserwuje się wychylenia wskazówki. Po odjęciu od różnicy wychyleń wskazówki owalności czopa (stwierdzonej przy pomiarach średnic mikrometrem) otrzymuje się tzw. „bicie" czopa, czyli jego niewspółosiowość względem czopów, którymi wal jest wsparty na pryzmach.

Skręcenie wału określa się mierząc czujnikiem położenie sąsiednich czopów korbowodowych leżących po jednej stronie wału. Osie badanych czopów powinny leżeć w jednej płaszczyźnie. Dopuszczalne skręcenie wału (przesuniecie osi czopa korbowodowego względem płaszczyzny) wynosi +0,5 mm (rys. 6.).

Wyrównoważenie statyczne wału należy sprawdzać łącznie z kołem zama­chowym i zamocowanym do niego sprzęgłem. Właściwie wyrównoważony wał ułożony na pryzmach nie wykazuje tendencji do powrotu do jednej i tej samej pozycji po wytraceniu go z położenia równowagi. Wartość niewyrównoważenia określa się przylepiając kawałki plasteliny po stronie przeciwnej do tej, która podczas spoczynku zajmuje najniższe położenie. Masę kawałka plasteliny należy zmieniać aż do uzyskania pełnego wyrównoważenia. Masa plasteliny od­powiadająca wyrównoważeniu określa wartość niewyrównoważenia, tzn. nad­miar materiału, który należy usunąć z przeciwciężaru wału po stronie przeciwnej do miejsca przyłożenia plasteliny.

Wał kwalifikuje się na złom w przypadku:

• przekroczenia najmniejszego wymiaru naprawczego czopów;

• takiego uszkodzenia czopów, którego nie da się usunąć przez szlifowanie na najmniejszy podwyrniar (np. zatarcie panewek);

• jakiegokolwiek pęknięcia;

• skręcenia powyżej wartości dopuszczalnej;

• zgięcia powodującego bicie czopów głównych, nie dającego się usunąć przez szlifowanie ich na najmniejszy podwymiar.

III. Przebieg ćwiczenia.

1. Pomiar odchyłek kształtu czopów głównych i korbowych w przekroju poprzecznym.

W przekroju poprzecznym występują odchyłki okrągłości: owalność, graniastość oraz spłaszczenie. W przypadku, gdy wykorbienia czopów korbowych leżą w jednej płaszczyźnie, pomiary średnicy czopu, w celu sprawdzenia jego owalizacji, należy wykonać za pomocą mikrometru w I - I i II - II zgodnie z rys. 1b oraz w płaszczyznach pośrednich pod kątem 45°.

Aby sprawdzić czopy pod względem baryłkowatości, stożkowatości lub zwężkowości należy ww. pomiary wykonać w co najmniej trzech przekrojach na długości czopa (rys. 1c).

4a 4b

Rys. 4. Pomiar odchyłek kształtu czopów głównych i korbowych w przekroju poprzecznym:

4a - pomiar średnicy czopa za pomocą mikrometru,

4b - sposób pomiarów czopa.

2. Pomiar współosiowości czopów głównych. Prostopadle do osi czopa głównego przystawia się czujnik zegarowy i obserwuje jego wskazania podczas powolnego obracania wału. Pomiarów dokonujemy w tych samych punktach, w których mierzone były owalizacja czopów. Odczytujemy także maksymalne i minimalne wskazanie czujnika zegarowego (zaznaczając miejsca ich wystąpienia).
		Rys.5. Zasada pomiaru współosiowości czopów głównych

3. Pomiar skręcenia wału.

Skręcenie wału określa się mierząc czujnikiem zegarowym położenie skrajnych czopów korbowych leżących po tej samej stronie wału korbowego. Należy pamiętać aby podczas wykonywania pomiarów był wał usytuowany tak aby wykorbienia znajdowały poziomo oraz nie nastąpiła zmiana położenia wału.

VI. Sprawozdanie.

1. Wstęp teoretyczny.

2. Otrzymane wyniki badań należy wpisać do protokołu weryfikacji wału (Tablica 1).

3. Narysować szkic wału korbowego oraz oznaczyć zużycia poszczególnych czopów.

4. Wnioski:

• różnice pomiędzy zużyciami poszczególnych czopów,

• jaki jest stan techniczny wału biorąc pod uwagę jego skręcenie oraz niewspółosiowość czopów głównych,

• czy rzeczywisty kształt zużycia czopów odpowiada kształtowi teoretycznemu.

Tablica 1

Karta pomiarów wału korbowego

Typ silnika czopy: liczba, średnica nominalna

główne

korbo wodo we

Rodzaj czopów	Numer kolejny czopa.	Pomiar	1	2	3
główne	1*	owalności
				współosiowości
				skręcenia
				baryłkowatości, stożkowatości lub zwężkowości
		korbowodowe	1*	owalności
				współosiowości
				skręcenia
				baryłkowatości, stożkowatości lub zwężkowości

Wymiar minimalny czopów głównych .........................................................................

Wymiar minimalny czopów korbowodowych .................................................................

Przeszlifować na wymiar naprawczy:

czopy główne.................................................

czopy korbowodowe.....................................

* Powtórzyć te rubryki tyle razy, ile jest czopów.

Załącznik 1

Charakterystyka i dane techniczne Fiat 126p

WAŁ KORBOWY - ŁOŻYSKA

Nazwa	Wymiar [mm]
Średnica nominalna czopów głównych	54g6
Średnica wewnętrzna łożysk głównych (w komplecie z obódową)	54	+35
				+50
Podwymiary łożysk głównych	0,2-0,4-0,6-0,8-1,0
Luz montażowy czop główny-łożysko	0,045...0,080
Średnica nominalna czopa korbowego	44h7
Średnica gniazda łożyska korbowego	47	+130
				+142
Nominalna grubość łożysk korbowych	1,534...1,543
Podwymiary łożysk korbowych	0,254...0,508-0,762...1,016
Luz montażowy: czop korbowy-łożysko	0,024...0,074
Maksymalna nierównoległość czopów głównych i korbowych	0,25
Maksymalna owalizacja czopów głównych i korbowych (po obróbce)	0,005

Rys. 6. Dopuszczalne skręcenie wału.

---