Контроль упорных полуколец коленчатого вала двигателя

Контроль упорных полуколец коленчатого вала двигателя

Введение
Упорные полукольца коленчатого вала являются критически важными компонентами двигателя внутреннего сгорания. Их основная функция – воспринимать осевые нагрузки, действующие на коленчатый вал во время работы двигателя, и поддерживать его строго заданное осевое положение. Нарушение геометрии, размеров, твердости или состояния рабочих поверхностей этих полуколец приводит к ускоренному износу, повышению шумности, снижению эффективности масляной пленки и, в конечном итоге, к выходу из строя коленчатого вала и всего двигателя. Поэтому строгий и всесторонний контроль качества упорных полуколец является обязательным этапом производства и ремонта двигателей.

1. Объекты испытаний
Объектами испытаний являются упорные полукольца коленчатого вала различных типоразмеров, предназначенные для применения в двигателях внутреннего сгорания (бензиновых и дизельных) различных классов. Это включает:

• Полукольца штатной комплектации для новых двигателей.
• Полукольца, предназначенные для замены в процессе ремонта двигателя.
• Полукольца, изготовленные из различных материалов:
  • Стальные (часто легированные, цементуемые или нитроцементуемые).
  • Чугунные (чаще всего высокопрочные легированные чугуны).
  • Биметаллические (например, стальная основа с антифрикционным слоем из бронзы или алюминиевого сплава).
• Полукольца с различными типами рабочих поверхностей (накатанные, шлифованные, с покрытиями).

2. Область испытаний
Контроль упорных полуколец охватывает проверку следующих ключевых параметров и характеристик:

• Геометрические размеры:
  • Толщина полукольца (номинальная и поясков).
  • Радиус кривизны рабочей поверхности (радиус дорожки качения).
  • Ширина полукольца.
  • Высота полукольца (если применимо).
  • Радиальные размеры (внутренний и наружный диаметр или радиус).
• Геометрическая форма и отклонения:
  • Плоскостность рабочих (торцевых) поверхностей.
  • Цилиндричность (для полуколец цилиндрической формы).
  • Радиальное биение рабочих поверхностей.
• Состояние поверхности:
  • Шероховатость рабочих (упорных) поверхностей.
  • Наличие и характер поверхностных дефектов: задиры, царапины, риски, раковины, следы коррозии, сколы, трещины (видимые).
• Механические свойства:
  • Твердость поверхностного слоя рабочих поверхностей.
  • Твердость сердцевины (для цементованных сталей).
  • Глубина упрочненного слоя (для поверхностно-упрочненных сталей).
• Качество материала (косвенно):
  • Отсутствие неметаллических включений, грубой ликвации и других дефектов микроструктуры (визуализируемых при определенных видах контроля).

3. Методы испытаний
Для контроля параметров, указанных в области испытаний, применяются следующие методы:

• Измерение геометрических размеров:
  • Микрометры (гладкие, листовые, трубные) – для измерения толщины и ширины.
  • Скобы (радиусные шаблоны) – для проверки радиуса кривизны рабочей поверхности.
  • Штангенциркули – для предварительного контроля общих размеров.
  • Оптические проекторы (профилографы-профилометры) – для точного измерения контуров, радиусов и размеров по профилю.
  • Калибры (предельные скобы, кольца) – для быстрой проверки размеров в условиях серийного производства.
• Контроль геометрической формы и отклонений:
  • Поверочные плиты с щупами – для оценки плоскостности.
  • Индикаторные стойки (индикаторы часового типа) с поворотными столами или центрами – для измерения радиального биения и цилиндричности.
  • Координатно-измерительные машины (КИМ) – для комплексного контроля геометрии и размеров с высокой точностью.
• Контроль состояния поверхности:
  • Визуальный осмотр (невооруженным глазом, с помощью лупы) – для выявления грубых дефектов.
  • Контроль шероховатости – с помощью профилографов-профилометров (контактных или бесконтактных) по параметрам Ra, Rz и др.
  • Контроль поверхности с помощью оптических микроскопов (включая стереоскопические) – для детального изучения микрорельефа и мелких дефектов.
  • Контроль на наличие трещин:
    • Капиллярный контроль (цветная или люминесцентная дефектоскопия) – для выявления поверхностных разрывов.
• Измерение механических свойств:
  • Твердомеры (статического вдавливания) – метод Роквелла (HRC, HRA) или Виккерса (HV) – для измерения твердости рабочих поверхностей и сердцевины.
  • Микротвердомеры – для измерения твердости тонких слоев или покрытий и определения глубины упрочненного слоя по микротвердости в сечении образца.
• Контроль микроструктуры:
  • Металлографические исследования на шлифах под оптическим или электронным микроскопом – для оценки структуры материала, качества упрочненного слоя, глубины цементации/азотирования, отсутствия дефектов типа перегрева, обезуглероживания и т.д. (требует изготовления микрошлифов).

4. Испытательное оборудование
Для реализации описанных методов испытаний используется следующее основное оборудование:

• Средства измерения размеров:
  • Микрометры различных типов (0-25 мм, 25-50 мм и т.д., листовые).
  • Штангенциркули (нониусные, цифровые).
  • Радиусные шаблоны (наборы).
  • Оптико-механические приборы: оптиметры, длинномеры.
  • Универсальные измерительные микроскопы и проекторы.
  • Координатно-измерительные машины (ручные или автоматизированные).
• Оборудование для контроля формы и биения:
  • Поверочные плиты (класса точности не ниже 1 или 2).
  • Наборы щупов.
  • Индикаторы часового типа (с ценой деления 0.01 мм, 0.001 мм).
  • Индикаторные стойки (рычажные, струбцинные).
  • Поворотные столы или центры для установки полуколец.
• Оборудование для контроля поверхности:
  • Лупы бинокулярные.
  • Стереоскопические микроскопы.
  • Профилографы-профилометры (контактные игольчатые или бесконтактные оптические/лазерные).
  • Приборы для капиллярной дефектоскопии (ванны для нанесения пенетранта, проявителя, осветители УФ-спектра для люминесцентных методов).
• Оборудование для измерения твердости:
  • Твердомеры статические (Роквелла, Виккерса).
  • Микротвердомеры.
  • Подготовительное оборудование для микрошлифов (шлифовально-полировальные станки).
• Оборудование для металлографии:
  • Режущие и шлифовально-полировальные станки для приготовления микрошлифов.
  • Металлографические микроскопы (световые поля, темного поля, дифференциально-интерференционного контраста).
  • Установки для травления шлифов.

Заключение
Система контроля упорных полуколец коленчатого вала, основанная на строгой проверке геометрических параметров, состояния рабочих поверхностей, механических свойств и структуры материала, является гарантией их надежной и долговечной работы в двигателе. Использование современных методов и точного измерительного оборудования позволяет выявить малейшие отклонения от заданных технических требований, предотвратить установку некондиционных деталей и минимизировать риски преждевременного выхода двигателя из строя. Комплексный подход к контролю этих, казалось бы, небольших, но критически важных деталей – неотъемлемая часть обеспечения качества двигателестроения.