Газорозподільний механізм / Шестерня, колінчастий вал

Шестерня, колінчастий вал

Шестерня, колінчастий вал - це зубчаста деталь привода газорозподільного механізму, встановлена на передній частині колінчастого валу. Вона передає обертання від колінчастого валу до ременя ГРМ або ланцюга ГРМ, забезпечуючи синхронну роботу поршнів і клапанів.

У ремінному приводі деталь часто називають зубчастим шківом колінчастого валу. У ланцюговому приводі застосовують назви зірочка або шестерня колінчастого валу. Канонічна товарна назва TESMA - «Шестерня, колінчастий вал».

Зразок правильного англійського перекладу: шестерня, колінчастий вал - Gear, crankshaft; шестерня привода ГРМ - Crankshaft Timing Gear; зірочка колінчастого валу - Crankshaft Sprocket; зубчастий шків колінчастого валу - Crankshaft Timing Pulley; зубчастий вінець - Toothed Rim; шпонковий паз - Keyway; шпонка - Woodruff Key; посадочна поверхня - Mounting Surface; мітка фаз - Timing Mark.

Шестерню ГРМ потрібно відрізняти від шківа колінчастого валу. Шестерня приводить ремінь або ланцюг газорозподільного механізму, а зовнішній шків зазвичай передає обертання ременю генератора, компресора кондиціонера та іншого навісного обладнання.

На частині двигунів шестерня ГРМ і шків навісного обладнання встановлені на одному носку валу та стягуються спільним центральним болтом. Ослаблення кріплення може порушити посадку одразу кількох деталей.

Шестерня також може мати мітку механічних фаз, задавальний елемент датчика положення колінчастого валу, привод масляного насоса або додатковий зубчастий вінець. Тому зовні схожі деталі не завжди взаємозамінні.

Головний принцип: пошкодження шестерні колінчастого валу не можна розглядати окремо від носка валу, шпонки, центрального болта, ременя або ланцюга, натягувачів, напрямних і механічних фаз. Заміна лише шестерні не дасть результату, якщо зруйноване її посадочне місце.

Не запускайте двигун при підтвердженому люфті шестерні на колінчастому валу.
Не відкручуйте центральний болт, утримуючи вал ременем або ланцюгом ГРМ.
Не використовуйте випадковий болт замість передбаченого виробником кріплення.
Не встановлюйте нову шестерню на пошкоджений носок або розбитий шпонковий паз.
Не забивайте шестерню молотком без відповідної монтажної оправки.
Не підважуйте деталь із опорою на корпус масляного насоса або ущільнювальну поверхню.
Не наносіть мастило на фрикційні посадочні площини, якщо вони повинні бути сухими.
Не встановлюйте шпонку, що виступає вище допустимого рівня або має деформацію.
Не затягуйте центральний болт без фіксації валу передбаченим інструментом.
Не запускайте двигун до ручного прокручування та перевірки фаз газорозподілу.

Призначення шестерні

Колінчастий вал перетворює зворотно-поступальний рух поршнів на обертання. Шестерня на його передньому кінці передає це обертання до розподільного валу або валів.

Основні функції деталі:

передавання крутного моменту до привода ГРМ;
підтримання точного передатного відношення між валами;
синхронізація положення поршнів і клапанів;
напрямлення ременя або ланцюга по заданій траєкторії;
формування базової мітки механічних фаз;
передавання обертання додатковим механізмам у передбачених конструкціях;
утримання взаємного положення деталей на носку колінчастого валу;
сприйняття циклічних навантажень від привода ГРМ.

Де встановлюється шестерня

Деталь розташована на передньому кінці колінчастого валу, за зовнішнім шківом, демпфером або нижньою кришкою привода ГРМ. У ремінній системі її зубці входять у зачеплення із зубцями ременя. У ланцюговій системі зубці працюють із роликами або ланками ланцюга.

Шестерня може встановлюватися:

безпосередньо на циліндричний носок валу;
на конічну посадку;
через шпонку;
на шліцьове з'єднання;
на профільовану посадку;
із фіксацією силою затягування центрального болта;
разом із шківом, дистанційною втулкою або задавальним диском;
у складі інтегрованого вузла привода.

Шестерня для ременя ГРМ

Зубчастий шків ремінного привода має профіль, що точно відповідає зубцям конкретного ременя. Важливими є крок, форма зубця, ширина вінця, кількість зубців і положення напрямних буртів.

Невідповідний профіль може спричинити:

неправильне входження зубців ременя;
підвищений шум;
зношування тканинного покриття зубців;
зміщення ременя до краю;
перескок при запуску або різкій зміні навантаження;
пошкодження армувального корду;
порушення механічних фаз.

Шестерня для ланцюга ГРМ

Ланцюгова зірочка працює під постійним циклічним навантаженням. Під час зношування її зубці стають асиметричними, загостреними або утворюють характерний гачкоподібний профіль.

Сильно зношену зірочку не залишають із новим ланцюгом. Нова ланка не контактує з усією робочою поверхнею зубця, через що навантаження концентрується на невеликій ділянці.

Будова шестерні

Зубчастий вінець. Взаємодіє з ременем або ланцюгом.
Центральний отвір. Забезпечує посадку на колінчастий вал.
Шпонковий паз. Задає кутове положення у відповідних конструкціях.
Маточина. Передає навантаження між вінцем і валом.
Торцеві площини. Контактують із буртом валу, втулкою, шківом або дистанційною деталлю.
Напрямні бурти. Утримують ремінь від осьового зміщення.
Мітка фаз. Використовується під час установлення привода.
Задавальний елемент. У деяких моделях формує сигнал датчика положення валу.
Масляний приводний профіль. У частині двигунів приводить масляний насос.

Матеріали та виготовлення

Шестерні виготовляють зі сталі, чавуну або порошкового металу. Робочі зубці можуть проходити цементацію, загартування, індукційну обробку або інший спосіб зміцнення.

Важливими є:

твердість поверхні зубців;
в'язкість серцевини;
точність профілю;
співвісність центрального отвору;
площинність торців;
стійкість до втомного руйнування;
якість антикорозійного покриття;
точність положення міток і задавального елемента.

Умови роботи

Шестерня передає нерівномірний крутний момент. Кожен робочий цикл двигуна створює прискорення й уповільнення колінчастого валу, які передаються ременю або ланцюгу.

На ресурс деталі впливають:

пульсації крутного моменту;
зусилля натягу ременя або ланцюга;
стан демпфера колінчастого валу;
правильність затягування центрального болта;
співвісність шестерень і роликів;
стан шпонки та шпонкового паза;
зношування ланцюга;
забруднення моторної оливи металевими частинками;
потрапляння оливи на сухий ремінь;
корозія після потрапляння води;
ударне навантаження при заклинюванні привода;
помилки попереднього складання.

Типові несправності

зношування бокових поверхонь зубців;
загострення зубців ланцюгової зірочки;
сколи або тріщини зубців;
деформація напрямного бурта;
тріщина маточини;
розбитий шпонковий паз;
деформація або зрізання шпонки;
фретинг-корозія посадочної поверхні;
люфт на носку колінчастого валу;
биття зубчастого вінця;
зміщення задавального елемента;
неправильне положення мітки;
прикипання шестерні до валу;
пошкодження під час демонтажу;
стирання зміцненого шару.

Причини пошкодження

ослаблення центрального болта;
повторне використання одноразового кріплення;
неправильний момент або кут затягування;
бруд чи олива на сухих фрикційних площинах;
неправильно встановлена шпонка;
зношений шпонковий паз колінчастого валу;
надмірний натяг ременя;
перекіс роликів або натягувача;
розтягнутий ланцюг;
заклинювання напрямної чи натягувача;
потрапляння стороннього предмета в привод;
обрив або перескок ременя;
удар клапанів об поршні;
неправильне зняття знімачем;
удари молотком по маточині;
встановлення невідповідної деталі;
корозія посадки;
пошкодження після попереднього ремонту.

Ознаки несправності

стукіт або металевий клац біля нижньої частини привода ГРМ;
брязкіт ланцюга після запуску;
нерівна траєкторія ременя;
зміщення ременя до краю шестерні;
пошкодження або стирання бокової кромки ременя;
нестабільні механічні фази;
помилки кореляції колінчастого й розподільного валів;
ускладнений запуск або відмова запуску;
нерівна робота двигуна;
зниження потужності;
металева стружка всередині кришки ГРМ;
видимий люфт шестерні;
биття зовнішнього шківа при ослабленому пакеті деталей;
повторне зміщення фаз після ремонту.

Ці ознаки не доводять несправність саме шестерні. Подібні симптоми можуть створювати ремінь, ланцюг, натягувач, напрямні, шестерня розподільного валу, фазорегулятор або пошкоджене кріплення зовнішнього шківа.

Небезпека зміщення механічних фаз

Якщо шестерня провертається відносно колінчастого валу, мітки на ремені або ланцюгу можуть залишатися візуально правильними відносно самої шестерні, але фактичне положення поршнів уже не відповідає положенню клапанів.

Наслідки залежать від конструкції двигуна:

ускладнений запуск;
нестабільний холостий хід;
втрата потужності;
помилки синхронізації;
детонаційні шуми;
перескок ременя або ланцюга;
контакт клапанів із поршнями;
деформація клапанів;
пошкодження поршнів і головки блока.

Пошкодження шпонкового паза

Шпонка часто використовується для позиціонування шестерні, але не завжди повинна самостійно передавати весь крутний момент. У багатьох конструкціях основне зусилля передається через притискання торцевих поверхонь центральним болтом.

При ослабленні болта шестерня починає здійснювати мікропереміщення. Шпонка ударяє по краях паза, поступово розширює його та деформує носок колінчастого валу.

У такій ситуації встановлення нової шпонки без ремонту посадки не відновлює точне положення шестерні.

Початкова діагностика

Зчитати коди несправностей двигуна.
Перевірити помилки кореляції валів.
Зафіксувати умови появи шуму.
Виконати діагностику шумів двигуна.
Оглянути зовнішній шків колінчастого валу.
Перевірити центральний болт на видиме ослаблення.
Зняти доступні кришки привода ГРМ.
Оглянути траєкторію ременя або ланцюга.
Перевірити механічні фази.
Оцінити наявність металевої стружки.
Перевірити стан шпонки та посадки після демонтажу.

Перевірка ремінного привода

У ремінній системі оглядають:

профіль зубців шестерні;
відсутність сколів;
чистоту западин між зубцями;
стан напрямних буртів;
ширину та стан ременя;
сліди бокового зміщення;
пошкодження тканини зубців;
наявність моторної оливи;
співвісність роликів;
правильність натягу;
відповідність міток механічних фаз.

Перевірка ланцюгового привода

У ланцюговій системі разом із шестернею виконують перевірку стану ланцюга ГРМ.

оцінюють профіль зубців зірочки;
перевіряють асиметричне зношування;
оглядають ланцюг на подовження;
перевіряють натягувач;
оцінюють напрямні та заспокоювачі;
перевіряють шестерню розподільного валу;
шукають металеву стружку;
оцінюють сліди ударів ланцюга по корпусу;
перевіряють фактичні фази газорозподілу.

Перевірка демонтованої шестерні

форма всіх зубців;
відсутність тріщин біля основи зубця;
стан напрямних буртів;
центральний отвір;
шпонковий паз;
торцеві площини;
сліди фретинг-корозії;
ознаки провертання;
радіальне биття;
осьове биття;
положення мітки;
цілісність задавального елемента.

Перевірка носка колінчастого валу

Перед установленням нової деталі перевіряють:

діаметр посадочної поверхні;
овальність;
задири та подряпини;
корозію;
стан шпонкового паза;
різьбу центрального болта;
площину опорного бурта;
радіальне биття носка;
сліди мікропереміщень;
залишки старого герметика або фіксатора;
стан сальника колінчастого валу.

Глибоке пошкодження шпонкового паза або посадки може вимагати ремонту чи заміни колінчастого валу. Застосування випадкових вставок, зварювання або надмірної кількості фіксатора не гарантує точного положення шестерні.

Коли шестерню потрібно замінити

є сколи або тріщини зубців;
профіль зубців суттєво зношений;
пошкоджені напрямні бурти;
розбитий шпонковий паз;
центральний отвір має люфт;
є тріщина маточини;
шестерня має недопустиме биття;
пошкоджена мітка або задавальний елемент;
деталь деформована під час демонтажу;
встановлюється новий комплект ланцюга, а зірочка зношена;
виробник вимагає заміни комплектом.

Підбір шестерні

Під час підбору перевіряють:

VIN автомобіля;
код і номер двигуна;
дату виробництва;
ремінний або ланцюговий привод;
кількість зубців;
крок і профіль зубців;
ширину зубчастого вінця;
діаметр центрального отвору;
конструкцію шпонкового паза;
наявність напрямних буртів;
положення мітки фаз;
наявність задавального диска;
привод додаткових механізмів;
товщину та відстань між торцевими площинами;
OE-номер і технічну ревізію.

Однакова кількість зубців не гарантує взаємозамінність. Можуть відрізнятися профіль ременя, ширина, зміщення вінця, положення мітки, форма посадки та задавальний елемент датчика.

Що перевірити одночасно

ремінь ГРМ або ланцюг ГРМ;
шестерню розподільного валу;
натягувачі та напрямні привода;
шків колінчастого валу;
центральний болт і шайбу;
шпонку та паз колінчастого валу;
сальник колінчастого валу;
прокладку корпуса ГРМ;
масляний насос у конструкціях зі спільним приводом;
датчик положення колінчастого валу та його задавальний елемент;
механічні фази газорозподілу;
чистоту внутрішньої частини кришок ГРМ.

Підготовка до заміни

Вивчити сервісну процедуру конкретного двигуна.
Установити поршень першого циліндра в контрольне положення.
Зафіксувати колінчастий і розподільні вали.
Зняти необхідні елементи навісного привода.
Підготувати інструмент для утримання колінчастого валу.
Уточнити, чи є центральний болт одноразовим.
Підготувати відповідний знімач.
Зафіксувати положення шайб, втулок і задавального диска.
Підготувати нову шпонку, якщо вона змінна.
Уточнити момент і кут затягування.
Підготувати монтажне мастило або суху посадку відповідно до документації.

Зняття шестерні

Зняти зовнішній шків або демпфер колінчастого валу.
Зняти нижню кришку привода ГРМ.
Зафіксувати механічні фази.
Послабити натяг ременя або ланцюга.
Зняти привод із шестерні.
Зафіксувати вал спеціальним інструментом.
Відкрутити центральне кріплення за процедурою.
Зняти дистанційні шайби й задавальні елементи в правильному порядку.
Застосувати знімач, якщо шестерня сидить щільно.
Не пошкодити носок валу та корпус масляного насоса.
Зняти шпонку й оглянути паз.

Підготовка до встановлення

очистити посадочну поверхню;
перевірити різьбу центрального болта;
порівняти нову й стару шестерні;
перевірити кількість і профіль зубців;
перевірити положення мітки;
перевірити форму шпонкового паза;
оглянути нову деталь на тріщини;
перевірити шпонку;
підготувати новий болт і шайбу;
очистити фрикційні площини;
не наносити мастило там, де потрібне сухе тертя;
замінити пошкоджений сальник колінчастого валу.

Установлення шестерні

Установити шпонку в правильне положення.
Сумістити паз шестерні зі шпонкою.
Установити деталь без перекосу.
Довести її до опорного бурта передбаченим способом.
Не передавати ударне зусилля через зубці.
Установити задавальний диск, втулки й шайби в правильній послідовності.
Установити ремінь або ланцюг за мітками.
Активувати натягувач.
Установити зовнішній шків.
Застосувати новий центральний болт, якщо це передбачено.
Затягнути кріплення визначеним моментом і кутом.
Виконати перевірку фаз газорозподілу.

Перевірка після складання

Прокрутити двигун вручну в дозволеному напрямку.
Виконати потрібну кількість повних обертів.
Повернути вали в контрольне положення.
Повторно перевірити мітки або фіксатори.
Перевірити натяг ременя або ланцюга.
Переконатися у правильній траєкторії привода.
Перевірити відсутність механічного контакту.
Перевірити биття зовнішнього шківа.
Установити всі захисні кришки.
Перевірити герметичність сальника колінчастого валу.

Перший запуск

перевірити рівень моторної оливи;
прибрати фіксатори та інструмент;
запустити двигун без різкого підвищення обертів;
контролювати сторонній шум;
перевірити стабільність холостого ходу;
зупинити двигун при брязкоті або ударі;
перевірити траєкторію ременя;
перевірити помилки синхронізації;
оглянути зону сальника на витік оливи;
повторно перевірити після прогрівання та дорожнього тесту.

Практичні випадки

Мітки ГРМ збігалися, але двигун не запускався

Шпонковий паз шестерні був розбитий. Шестерня провернулася відносно колінчастого валу, тому мітки на самому приводі виглядали правильними, але фактичне положення поршнів було зміщене.

Новий ремінь зміщувався до краю

Один напрямний бурт шестерні був зігнутий під час попереднього демонтажу викрутками. Ремінь постійно отримував бокове зусилля.

Після заміни ланцюга залишився шум

Стару зірочку колінчастого валу не замінили. Її зубці мали гачкоподібне зношування й неправильно контактували з новим ланцюгом.

Центральний болт повторно послабився

Одноразовий болт установили повторно, а фрикційні площини залишилися замасленими. Пакет деталей не отримав необхідного притискання.

Після ремонту з'явилася помилка датчика колінчастого валу

Задавальний диск установили неправильною стороною. Механічні фази були правильними, але електронний блок отримував зміщений сигнал.

Нова шестерня мала люфт

Причиною був зношений носок колінчастого валу. Заміна лише шестерні не могла відновити точну посадку.

Після запуску пошкодило сальник колінчастого валу

Під час демонтажу шестерні інструментом подряпали поверхню валу, по якій працювала кромка сальника.

Ланцюг перескочив після складання

Гідравлічний натягувач не активували. Під час першого запуску вільна гілка ланцюга залишалася без достатнього натягу.

Типові помилки

міняти шестерню без перевірки носка колінчастого валу;
ігнорувати пошкодження шпонкового паза;
залишати стару зношену зірочку з новим ланцюгом;
не перевіряти профіль зубців ремінної шестерні;
підбирати деталь лише за кількістю зубців;
плутати шестерню ГРМ зі шківом навісного привода;
встановлювати задавальний диск неправильною стороною;
повторно використовувати одноразовий центральний болт;
затягувати кріплення без кутового довороту;
утримувати вал ременем або ланцюгом;
залишати оливу на сухих фрикційних площинах;
забивати шестерню молотком;
пошкоджувати зубці знімачем;
підважувати деталь об корпус масляного насоса;
не перевіряти радіальне биття;
не перевіряти напрямні бурти;
не замінювати пошкоджену шпонку;
не активувати натягувач;
не прокручувати двигун вручну;
не перевіряти механічні фази після складання;
продовжувати запуск при сильному металевому шумі.

Товарні групи TESMA

Шестерні колінчастого валу
Шестерні розподільного валу
Ланцюги ГРМ
Комплекти ланцюга ГРМ
Ремені ГРМ
Комплекти ременя ГРМ
Натягувачі та напрямні ГРМ
Шківи колінчастого валу
Сальники колінчастого валу
Датчики положення колінчастого валу
Болти та шайби колінчастого валу
Комплекти прокладок двигуна

Шестерню колінчастого валу підбирають за VIN, кодом двигуна, OE-номером, типом привода ГРМ, кількістю й профілем зубців, шириною вінця, посадкою, положенням мітки, конструкцією шпонкового паза та задавального елемента.

Часті питання

Для чого потрібна шестерня колінчастого валу?

Вона передає обертання колінчастого валу ременю або ланцюгу ГРМ і забезпечує синхронізацію поршнів із клапанами.

Шестерня і шків колінчастого валу - це одна деталь?

Не завжди. Шестерня приводить ГРМ, а зовнішній шків зазвичай приводить навісне обладнання. На частині двигунів вони встановлені спільним пакетом.

Чому розбивається шпонковий паз?

Найчастіше через ослаблення центрального болта, неправильне затягування або повторне використання одноразового кріплення.

Чи можна замінити тільки шпонку?

Лише якщо пази шестерні та колінчастого валу не пошкоджені. Нова шпонка не усуне люфт у розбитій посадці.

Чому ремінь зміщується по шестерні?

Можливі деформований бурт, биття шестерні, перекіс роликів, неправильний натяг або пошкодження посадки.

Чи потрібно міняти зірочку разом із ланцюгом?

Якщо зубці мають помітне зношування, новий ланцюг не повинен працювати зі старою пошкодженою зірочкою.

Чи можна встановити шестерню без шпонки?

Тільки якщо така конструкція прямо передбачена виробником. У фрикційних з'єднаннях кутове положення задається фіксаторами та силою затягування.

Чому після заміни з'явилася помилка синхронізації?

Можливі неправильні механічні фази, зміщений задавальний диск, невідповідна шестерня або провертання посадки.

Чи можна повторно використати центральний болт?

Лише коли це дозволяє виробник. Болти з контрольованим розтягуванням після демонтажу замінюють.

Чи потрібно змащувати посадку?

Це залежить від конструкції. Фрикційні торцеві площини часто повинні бути чистими й сухими, тоді як інші ділянки можуть потребувати оливи.

Що перевірити після заміни?

Механічні фази, натяг і траєкторію привода, центральне кріплення, биття шківа, сигнал датчика колінчастого валу та герметичність сальника.

Пов'язані сторінки бази знань TESMA

Що ще прочитати по цій темі

Висновок

Шестерня, колінчастий вал є базовою точкою привода газорозподільного механізму. Вона передає обертання ременю або ланцюгу та визначає взаємне положення колінчастого й розподільних валів.

При зношуванні зубців, пошкодженні шпонкового паза, ослабленні центрального болта або люфті посадки механічні фази можуть зміщуватися навіть тоді, коли мітки на приводі виглядають правильними. Тому під час ремонту перевіряють не тільки шестерню, а й носок колінчастого валу, шпонку, кріплення, шків, ремінь або ланцюг, натягувачі та задавальні елементи. Після складання двигун прокручують вручну, повторно контролюють фази й лише потім виконують запуск.