Проверка зазоров "на месте" с помощью "Plastigage": подробное объяснение функций и использования

При разборке и сборке двигателя важно проверять и устанавливать зазор между шейками коленчатого вала (частями вала) и подшипниками картера. Зазор можно рассчитать как разницу между внешним диаметром шейки и внутренним диаметром подшипника, а также измерить с помощью нитевидного измерительного инструмента, называемого Plastigage. В этой статье объясняется значение и важность внутренних зазоров двигателя, а также использование и особенности Plastigage.

Индивидуальное измерение и расчет вычитанием: микрометр + нутромер

Пример верхней части картера четырехцилиндрового двигателя. Коленчатый вал поддерживается пятью точками опор, и в этих точках установлены вкладыши подшипников, контактирующие с коренными шейками коленчатого вала. Это для цельного коленчатого вала; для сборного коленчатого вала с подшипниками качения вкладыши подшипников отсутствуют.

Для вращающихся частей двигателя устанавливаются соответствующие зазоры, например, между коленчатым валом и картером, нижней головкой шатуна и коленчатым валом, распределительным валом и головкой блока цилиндров. Если этот зазор меньше указанного значения, это увеличивает потери на трение при вращении, что приводит к износу компонентов. И наоборот, если он слишком велик, это вызывает люфт при вращении, что приводит к аномальному шуму и повреждениям. Поэтому крайне важно, чтобы зазор находился в пределах диапазона, указанного производителем.

Если у вас есть возможность капитально отремонтировать двигатель путем крупных работ, таких как ремонт или реставрация, вы можете проверить зазоры этих вращающихся частей и, если требуется регулировка, устранить ее путем замены деталей. Важнейшим первым шагом в этом процессе является подтверждение текущего состояния. Вы не можете двигаться дальше, не зная текущего состояния, нужно ли вам уменьшить или увеличить зазор.

Измерительными инструментами для определения "внешнего диаметра вала" и "внутреннего диаметра подшипника" являются микрометр и нутромер. Микрометр, используемый для измерения внешнего диаметра вала, является инструментом для измерения длины. В то время как стандартный механический штангенциркуль имеет минимальное значение 0,05 мм, микрометр может измерять с точностью до 0,01 мм.

В отличие от этого, нутромер, используемый для определения внутреннего диаметра подшипника, не является инструментом, который сам по себе дает абсолютные размеры. Проще говоря, это инструмент для измерения разницы плюс или минус от эталонного размера.

Например, если установить эталонный размер нутромера на 32,00 мм и вставить его в подшипник, а индикатор, прикрепленный к нутромеру, показывает +0,05 мм, вы можете определить, что внутренний диаметр подшипника составляет 31,95 мм. И наоборот, если индикатор показывает -0,04 мм, внутренний диаметр подшипника составляет 32,04 мм.
Используя этот метод, зазор можно рассчитать как: Внутренний диаметр подшипника (измеренный нутромером) - Внешний диаметр вала (измеренный микрометром) = Зазор.

Хотя это может показаться простым, когда написано, на практике использование нутромера требует навыков и опыта, и получение точных измерений нелегко без значительного практического опыта. Кроме того, сам нутромер не является дешевым инструментом, поэтому любителям может быть трудно эффективно его использовать, и в итоге он останется неиспользованным.

Plastigage: зазор определяется шириной сплющивания

Plastigage поставляется в бумажной упаковке, и сама упаковка имеет напечатанные шкалы, указывающие ширину сплющивания и зазор. Изначально это был американский продукт с зазорами, указанными в дюймах, и поскольку они были переведены в мм, маркировка подробная.

При использовании отрежьте до измеряемой области ножницами или подобным инструментом.

Протрите шейку коленчатого вала и поверхности подшипника от грязи или масла, затем установите Plastigage.

Усилие затяжки влияет на ширину сплющивания измерительного инструмента, поэтому затягивайте с указанным моментом. Также будьте осторожны, чтобы не вращать коленчатый вал во время измерения.

Хотя для измерения зазоров обычно требуются специальные инструменты, такие как микрометры и нутромеры, существует более простой инструмент для измерения зазоров: Plastigage.

Plastigage изготавливается из специальной смолы, сформированной в нитевидную форму. Он помещается в измеряемую область, детали собираются, и зазор определяется по ширине сплющивания под действием момента затяжки. Вот различия между измерением с помощью Plastigage и измерением с помощью микрометра + нутромера:

● Микрометр + Нутромер
・Измеряет внешний диаметр вала (микрометр) и внутренний диаметр подшипника (нутромер) по отдельности.
・Рассчитывает зазор по разнице между ними.
・Высокая точность измерения, оцениваемая в мкм (микронах).
・Измеряя в нескольких точках, можно также оценить округлость и неравномерный износ.

● Plastigage
・Проверяет фактический зазор при собранных деталях.
・Считывает зазор с помощью аналогового индикатора: ширины сплющивания.
・Точность составляет примерно ±0,01–±0,02 мм.
・Измеряет только в одной точке, оценивая локальный зазор.

По сути, даже при измерении одного и того же "зазора" подходы двух методов принципиально различны.

Кроме того, при использовании Plastigage необходимо использовать разные измерительные инструменты в зависимости от размера измеряемого зазора. Это связано с тем, что если тонкий инструмент используется в большом зазоре, он не сплющится достаточно, а если толстый инструмент используется в узком зазоре, он сплющится слишком сильно, что снизит надежность.

Используемый в данном случае Plastigage поставляется в трех типах, различающихся по цвету в зависимости от диапазона измерения, со следующими диапазонами измерения для каждого:

Зеленый: 0,025–0,076 мм
Красный: 0,051–0,152 мм
Синий: 0,102–0,229 мм

Как видно из этих спецификаций, при измерении зазора с помощью Plastigage крайне важно сначала проверить стандартный зазор в сервисном руководстве. Сервисное руководство незаменимо при разборке и капитальном ремонте двигателя.

В случае двигателя, измеренного в этой статье, стандартный зазор между коренной шейкой коленчатого вала (частью вала) и вкладышем коренной шейки (внутренним диаметром подшипника) составляет 0,014–0,038 мм, а предельный допустимый зазор составляет 0,08 мм. Следовательно, его можно измерить с помощью зеленого Plastigage.

Кроме того, зазор между вкладышем нижней головки шатуна и цапфой коленчатого вала имеет стандартное значение 0,035–0,059 мм, а предельный допустимый зазор составляет 0,10 мм. Это также можно измерить с помощью зеленого измерительного инструмента.

Что делать, если зазор, измеренный с помощью Plastigage, слишком велик?

Равномерно ослабьте крепежные болты и выньте измерительный инструмент прямо вверх, чтобы избежать его смещения. Затем считайте зазор, обратившись к измерительному инструменту на упаковке.

Чем меньше зазор, тем шире сплющивается Plastigage. Стандартный зазор для этого двигателя составляет 0,014–0,038 мм, а предельный допустимый зазор — 0,08 мм. Ширина сплющивания меньше диапазона 0,038 мм (что означает больший зазор), но шире диапазона 0,076 мм (что означает меньший зазор), поэтому можно определить, что предельный допустимый зазор 0,08 мм не достигнут. Если вам нужно знать зазор как абсолютное значение, необходим микрометр + нутромер.

В этом двигателе при сборке нового автомобиля производитель выбирает оптимальный подшипник из трех типов подшипников разной толщины в зависимости от комбинации внутреннего диаметра основной опоры коленчатого вала и внешнего диаметра основной шейки коленчатого вала. Если измеренный зазор превышает предельно допустимый после наработки пробега, возможно уменьшение зазора путем использования подшипника толще текущего, если такой имеется.

Толщина вкладышей подшипников определяется по цветовым меткам по бокам. В этом двигателе синие вкладыши являются самыми толстыми из трех типов, а черные вкладыши указывают на промежуточную толщину. Если текущий черный вкладыш имеет чрезмерный зазор, замена на более толстый синий вкладыш уменьшит внутренний диаметр и, следовательно, зазор.

Когда Plastigage помещается на вал и подшипник затягивается с указанным моментом, измерительный инструмент сплющивается. Сравнивая ширину сплющивания измерительного инструмента с шириной линий, напечатанных на упаковке Plastigage, можно определить зазор.

Соответствует ли ширина сплющенного измерительного инструмента напечатанной ширине, в некоторой степени является вопросом случая, и на самом деле вы не можете знать точный зазор до уровня 0,001 мм. Если ширина сплющивания больше напечатанной 0,051 мм, но меньше 0,038 мм, можно оценить ее примерно в 0,04 мм.

В то время как микрометр + нутромер может измерять в нескольких точках по окружности, Plastigage может измерять зазор только в точке, где был помещен измерительный инструмент, то есть в одном месте. Если на шейке или подшипнике присутствуют посторонние частицы и они измеряются, это может привести к зазору меньше среднего. Кроме того, на измерение может повлиять толщина масляной пленки. Поэтому при использовании Plastigage протрите масло и работайте в сухом состоянии.

По мере прогрессирования износа с увеличением пробега зазоры в деталях двигателя увеличиваются. Так что же делать, если зазор превышает предельно допустимый?

В зависимости от модели и возраста автомобиля доступность запчастей варьируется. Однако "вкладыши подшипников", установленные на коренных шейках коленчатого вала и нижней головке шатуна, доступны в различных толщинах. Это детали, используемые для регулировки зазора до соответствующего уровня путем коррекции допусков внешнего диаметра коренных шеек серийно производимых коленчатых валов и внутреннего диаметра основных опорных участков картера при сборке нового автомобиля. Они также используются при капитальном ремонте и обслуживании.

Необходимо проверить типы и толщины вкладышей подшипников в сервисном руководстве. Используя вкладыши подшипников на одну или две ступени толще, чем используемые в настоящее время, можно уменьшить зазор. Однако, если зазор увеличился из-за проблем с самим коленчатым валом, таких как отслоение твердого хромового покрытия на поверхности коренной шейки или цапфы, необходимо заменить коленчатый вал, а не только вкладыши подшипников.

Кроме того, в случаях, подобных распределительным валам, где нет вкладышей подшипников в опорах распредвала, и головка блока цилиндров непосредственно поддерживает их, если причиной увеличения зазора является сторона опоры распредвала, может потребоваться замена головки блока цилиндров.

Когда Plastigage эффективен?

Зазор в подшипнике нижней головки шатуна также можно измерить с помощью Plastigage. Поскольку шатун более склонен к смещению во время измерения, чем коленчатый вал, удерживайте его на месте и затягивайте гайки крышки.

Зазор в подшипнике нижней головки шатуна составляет 0,035–0,059 мм. Проверяя упаковку Plastigage, это близко соответствует ширине диапазона 0,038 мм, что указывает на нижнюю границу стандартного диапазона, то есть износа в настоящее время нет.

Для механиков-любителей и любителей, измеряющих зазоры вращающихся частей двигателя, выбор между использованием микрометра + нутромера или Plastigage может основываться на стоимости приобретения инструментов и частоте их использования.

Микрометр + нутромер необходимы для точного измерения зазоров, но приобретение обоих может легко обойтись более чем в 10 000 иен. Если это задача "один раз в жизни" в вашей мотоциклетной жизни, Plastigage, который можно приобрести примерно за 1000 иен, вполне практичен.

Совпадают ли значения зазоров, полученные обоими методами измерения? В заключение, они не совпадают идеально, но должны быть близкими приближениями в пределах допустимого диапазона. Причины расхождений следующие:

1: Различия в условиях измерения
・Микрометр + нутромер измеряет отдельные компоненты без нагрузки.
・Plastigage измеряет в реальных условиях с приложенным моментом затяжки.
・Даже при правильном моменте искажения от затяжки могут повлиять на измерение.

2: Различия в положении измерения
・Нутромер может измерять в разных местах для определения среднего или минимального значения.
・Plastigage указывает только локальный зазор, где измерительный инструмент был сплющен.

3: Различия в разрешении
・Микрометр + нутромер могут рассчитывать значения с шагом 0,01 мм путем вычислений.
・Plastigage полагается на визуальное сравнение с напечатанными ширинами полос.

Если точность имеет первостепенное значение, то выбор за микрометром + нутромером. Однако стандартные значения, установленные самими производителями мотоциклов, имеют диапазон. Стандартное значение зазора между коренной шейкой и подшипником в этом двигателе составляет 0,014–0,038 мм, диапазон 0,024 мм. Предельно допустимый зазор составляет 0,08 мм, оставляя запас 0,042 мм от верхнего предела стандартного значения до предельно допустимого.

С другой стороны, зеленый Plastigage имеет числа от 0,025–0,076 мм, напечатанные для четырех различных ширин полос. Исходя из соотношения между ними, ширина сплющивания используемого здесь Plastigage попадает в стандартный диапазон, если она находится в пределах диапазона измерительного инструмента, что указывает на то, что замена подшипника не требуется.

Если цель состоит в стандартизации зазора всех вкладышей подшипников (или, по крайней мере, приближении их к единому значению), или в максимизации зазора для снижения потерь на трение, то микрометр + нутромер, измеряющий фактические размеры, является более надежным и полезным. Однако для регулярного обслуживания Plastigage вполне практичен.

Измерение зазоров с помощью Plastigage — это интересная задача, которая может повысить любопытство и дух исследования двигателей. Однако износ коленчатых валов, шатунов и распределительных валов чаще всего вызван плохим управлением моторным маслом. Поэтому важно добросовестно выполнять регулярную замену масла, чтобы избежать необходимости измерения зазоров при ремонте двигателя.

Перейти в галерею  (11)