Контроль зубчатой передачи двигателя внутреннего сгорания

Контроль зубчатой передачи двигателя внутреннего сгорания

Зубчатые передачи являются критически важными компонентами двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Они обеспечивают синхронизацию газораспределительного механизма, приводят в действие масляные, топливные и водяные насосы, а также различные вспомогательные агрегаты. Надежность, долговечность и бесшумность работы этих передач напрямую влияют на ресурс и эксплуатационные характеристики всего двигателя. Поэтому строгий контроль качества зубчатых передач на всех этапах производства и при диагностике является обязательным условием.

1. Объекты испытаний

Объектами контроля являются все типы зубчатых колес и шестерен, используемых в ДВС, а также собранные зубчатые передачи:

1. Зубчатые колеса газораспределительного механизма (ГРМ):
   • Шестерни распределительных валов (при цепном или шестеренчатом приводе).
   • Ведомые шестерни (например, на коленчатом валу).
   • Промежуточные шестерни (если предусмотрены конструкцией).
2. Шестерни привода вспомогательных агрегатов:
   • Шестерни масляного насоса.
   • Шестерни топливного насоса высокого давления (ТНВД) в дизельных двигателях.
   • Шестерни привода балансирных валов.
   • Шестерни привода генератора, компрессора кондиционера, насоса гидроусилителя руля (если привод осуществляется через зубчатую передачу).
3. Комплектные зубчатые передачи:
   • Собранные пары шестерен (например, ведущая-ведомая насоса).
   • Многошестеренчатые передачи (например, привод ГРМ с промежуточными шестернями).
   • Шестерни в сборе с валами (вал-шестерни).

2. Область испытаний

Контроль зубчатых передач ДВС охватывает различные этапы жизненного цикла изделия и направлен на проверку широкого спектра параметров:

1. Входной контроль материалов:
   • Проверка химического состава заготовок (сталь, чугун, порошковые металлы).
   • Контроль структуры и макро-/микродефектов материала (ликвация, пористость, неметаллические включения).
2. Контроль технологических процессов:
   • Качество заготовок (отливок, поковок, штамповок).
   • Контроль операций механической обработки (токарная, фрезерная, зубонарезание, зубошлифовка, хонингование зубьев).
   • Контроль термической и химико-термической обработки (цементация, азотирование, закалка, отпуск) – твердость, глубина упрочненного слоя, структура.
   • Контроль финишных операций (дробеструйный наклеп, шлифовка, полировка, нанесение покрытий).
3. Контроль геометрии и точности:
   • Точность профиля зуба (эвольвенты).
   • Шаг зубьев (окружной, основной).
   • Биение венца и торцов.
   • Направление зубьев (для косозубых и шевронных).
   • Радиальный зазор в зацеплении.
   • Качество поверхности (шероховатость, отсутствие забоин, прижогов).
4. Контроль механических свойств:
   • Твердость поверхности и сердцевины.
   • Глубина упрочненного слоя.
   • Микротвердость по сечению зуба.
   • Остаточные напряжения (косвенные методы).
5. Функциональные и акустические испытания:
   • Контроль шумности и вибрации на стендах при различных нагрузках и скоростях вращения.
   • Проверка кинематической точности передачи.
   • Испытания на износостойкость и контактную выносливость (питтинг).
   • Испытания на изгибную прочность зуба.
6. Дефектоскопия:
   • Выявление поверхностных дефектов (трещины, закалочные дефекты, риски, выкрашивание).
   • Выявление внутренних дефектов (раковины, неметаллические включения, трещины).

3. Методы испытаний

Для контроля используются как разрушающие, так и неразрушающие методы:

1. Метрологический контроль:
   • Измерение геометрии: Координатно-измерительные машины (КИМ), зубоизмерительные машины (профилометры, шагомеры), специализированные стенды для контроля зацепления.
   • Измерение твердости: Твердомеры по Роквеллу, Виккерсу, Шору (поверхностная и микротвердость).
2. Металлографический анализ:
   • Контроль микроструктуры материала и упрочненного слоя с помощью оптических и электронных микроскопов.
   • Определение глубины цементованного или азотированного слоя.
3. Химический анализ: Спектральный анализ (искровой, лазерный), химические методы для определения состава сплава.
4. Недорушющий контроль (НК):
   • Магнитопорошковый контроль (МПД): Для выявления поверхностных и подповерхностных дефектов ферромагнитных материалов.
   • Капиллярный контроль (ПВК): Для выявления поверхностных дефектов (трещин, пор).
   • Ультразвуковой контроль (УЗК): Для выявления внутренних дефектов (раковин, трещин, включений).
   • Визуальный и измерительный контроль (ВИК): С использованием луп, микроскопов, шаблонов.
5. Функциональные и акустические испытания:
   • Стендовые испытания на шум и вибрацию: Использование акустических камер или вибродиагностических стендов с датчиками виброускорения, скорости, микрофонами и анализаторами спектра.
   • Кинематические испытания: Высокоточные датчики угла поворота для оценки погрешности передачи движения.
   • Испытания на долговечность и прочность: Специализированные стенды, моделирующие рабочие нагрузки ДВС (крутящий момент, скорость) для оценки ресурса передачи.

4. Испытательное оборудование

Контроль зубчатых передач ДВС требует применения разнообразного высокоточного оборудования:

1. Зубоизмерительные машины и КИМ: Для комплексного контроля всех геометрических параметров зубьев и венца с высокой точностью.
2. Профилографы-профилометры: Для измерения шероховатости поверхности зубьев и оценки микрорельефа.
3. Микроскопы (оптические, металлографические, электронные): Для визуального контроля поверхности, структуры металла, глубины дефектов и упрочненного слоя.
4. Твердомеры (стационарные и портативные): Для контроля твердости по различным шкалам в разных точках зуба.
5. Установки магнитопорошкового контроля: Для выявления поверхностных дефектов.
6. Установки для капиллярного контроля: Для обнаружения поверхностных трещин.
7. Ультразвуковые дефектоскопы: Для поиска внутренних дефектов.
8. Спектрометры: Для оперативного химического анализа материалов.
9. Акустические камеры и виброаналитические комплексы: Включающие в себя вибродатчики, микрофоны, усилители, анализаторы спектра и специализированное ПО для оценки шумовиброакустических характеристик передач в условиях, близких к эксплуатационным.
10. Стенды ресурсных испытаний: Механические стенды, способные создавать заданные циклические нагрузки (крутящий момент) при различных скоростях вращения для имитации реальных условий работы передачи в ДВС с возможностью автоматизированного сбора данных о состоянии образца.

Заключение

Система контроля зубчатых передач ДВС представляет собой комплекс взаимосвязанных процедур, охватывающих все этапы производства и функциональной проверки. Применение современных методов и высокоточного испытательного оборудования позволяет гарантировать соблюдение жестких требований к точности, прочности, износостойкости и акустическому комфорту этих ответственных компонентов. Тщательный контроль на всех этапах является залогом надежной и долговечной работы двигателя внутреннего сгорания в целом. Постоянное совершенствование методов контроля, в том числе внедрение автоматизированных систем и методов неразрушающего контроля в реальном времени, способствует повышению качества и конкурентоспособности современных силовых агрегатов.