Урок 15 Нагруженность и износ деталей

Структурная часть

Деятельность преподавателя

Деятельность учащихся

Цели

1. Организационный момент – 1 мин.

  Приветствует учащихся, отмечает в журнале отсутствующих.

Учащиеся приветствуют преподавателя, командир помогает преподавателю отметить отсутствующих.

Подготовка учащихся к работе на занятии, включение учащихся в деловой ритм.

2. Актуализация опорных знаний через опрос учащихся – 4 мин.

Ребята, скажите, пожалуйста: «Что такое рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя?»

Учащиеся отвечают на заданные преподавателем вопросы.

Выяснение степени ознакомления с устройством автомобиля.

3.

Мотивация учебной деятельности – 1 мин.

  Итак, ребята, мы с вами вспомнили, что такое рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя.

Учащиеся внимательно слушают преподавателя.

Организация внимания учащихся, обеспечение восприятия нового материала.

4. Изучение нового материала – 25 мин.

  Сегодня тема нашего занятия:  «Нагруженность и износ деталей».

  Цель, которая будет стоять перед нами —  разобраться, что такое нагруженность и износ деталей?

  Я надеюсь, что ответ на этот вопросы  вы найдете в течение нашего занятия.

   «Ребята, как вы думаете,  что такое нагруженность и износ деталей?»

 Умение специалиста диагностировать неисправность, не производя разборки двигателя, равно как и правильно определять её причину, базируется на всестороннем знании этим специалистом устройства двигателя, действующих на детали двигателя сил и глубокого понимания протекающих в двигателе процессов.
Силы, действующие на детали кривошипно-шатунного механизма и создаваемые ими моменты, вызывают износ деталей, который со временем приводит к нарушениям в работе двигателя, а затем, вследствие разрушения деталей, и к его поломке. От того, каким образом и насколько сильно изношены детали, будет зависеть  объём выполняемых ремонтных работ, вид проводимого ремонта (капитальный или частичный), и его стоимость.
На рис. 4.4. показаны силы, действующие на детали кривошипно-шатунного механизма при такте рабочего хода.  Рассмотрим некоторые из них.
Движение поршня в цилиндре двигателя при рабочем ходе осуществляется под давлением газов, действующих на днище поршня. Результирующая этого давления – сила P, приложена к центру поршневого пальца и направлена по оси цилиндра. Согласно правилу параллелограмма, сила P может быть разложена на силу F, действующую по оси шатуна и силу N, направленную перпендикулярно стенке цилиндра. На плече B сила N создаёт опрокидывающий момент, который стремится «перевернуть» двигатель в сторону, обратную вращению КВ. Опрокидывающий момент гасится опорами двигателя.
Силу F, перенесённую на ось шатунной шейки можно разложить на касательную силу Т, действующую перпендикулярно кривошипу КВ, и радиальную силу R, направленную по оси кривошипа. Произведение силы Т на плечо A, равное радиусу кривошипа, даёткрутящий момент Мк.
Крутящий момент Мк вызывает вращение коленчатого вала. Сила R создаёт давление на коренные подшипники КВ, вызывая их износ. Сила F нагружает шатунную шейку КВ и шатунные подшипники. Сила N, создаёт давление поршня на одну из стенок цилиндров, изнашивая её. После перехода поршнем н.м.т. поршень совершает перекладку на противоположную стенку цилиндра и сила N меняет своё направление.
Помимо сил, возникающих от давления газов, на детали кривошипно-шатунного механизма действуют силы инерции и центробежные силы. Эти силы также вызывают износ деталей, а их неуравновешенность приводит к сотрясению двигателя во время работы. Для уравновешивания сил, действующих в двигателе, применяются специальные конструкционные решения. Например, противовесы коленчатого вала уравновешивают центробежные силы, действующие на кривошипе, балансирные валы уравновешивают силы, поступательно движущихся деталей, а гасители крутильных колебаний предотвращают поломку коленчатого вала от воздействия на него одноимённых сил. Наибольших суммарных значений силы достигают при переходе поршня через мёртвые точки.
Давление газов при такте рабочего хода, так или иначе, действует на все детали кривошипно-шатунного механизма. Кольца (в большей степени верхние компрессионные) давлением газов прижимает к нижним поверхностям канавок поршня. В то же время, за счёт сил трения о стенки цилиндров, кольца стремятся прижаться к верхним поверхностям канавок. В результате сложения разноимённо действующих сил происходит «закручивание» верхнего компрессионного кольца, сопровождаемое его износом и износом поршневой канавки. Второе компрессионное кольцо подвержено закручиванию в меньшей степени. Маслосъёмные кольца прижимаются к верхним поверхностям канавок и при движении поршня вниз работают на съём масла со стенок цилиндров. Сказанное, поясняет рис. 4.5.
Как мы видим, детали работающего двигателя испытывают значительные нагрузки, они подвергаются воздействию высоких температур, давления, химическому воздействию горючей смеси и отработавших газов, содержащих в своём составе водяной пар, агрессивные составляющие кислот и щелочей. В процессе эксплуатации двигателя его детали изнашиваются естественным путём (естественный износ) или получают повреждения. Интенсивность естественного износа мала и предельный износ деталей наступает, как правило, к концу срока эксплуатации двигателя, установленного заводом изготовителем. Повреждение или разрушение деталей происходит из-за воздействия на детали нагрузок, превышающих допустимые пределы. Причиной появления таких нагрузок может быть детонация, калильное зажигание, перегрев или перегрузка двигателя, работа деталей двигателя с недостатком смазки, чрезмерный износ деталей и т.п.
Из-за воздействия на детали разнонаправленных сил детали изнашиваются неравномерно, и геометрические формы изношенных деталей могут существенно отличаться от первоначальных форм.
Цилиндр в плане изнашивается под овал, а по высоте под конус и «бочку» с образованием в верхней части цилиндра износного уступа(рис. 4.5.). 
Верхняя часть цилиндра по высоте равная,  примерно 5 -10 мм,  практически не изнашивается, что и обуславливает образование износного уступа. При ремонте двигателя износный уступ может препятствовать выниманию из цилиндра поршня в сборе с шатуном. В этом случае уступ лучше срезать шабером (специальный слесарный инструмент) или сточить на станке.
На рабочей поверхности изношенного цилиндра могут наблюдаться царапины, глубокие риски и задиры. Зеркало цилиндра из-за абразивного изнашивания становится матовым или, наоборот, приобретает «чрезмерный» глянец.
Поршни деформируются из-за тепловых перегрузок, подвергаются абразивному изнашиванию, высота поршневых канавок увеличивается из-за износа их поверхностей, края канавок «заваливаются» (округляются). На юбке изношенного поршня можно наблюдать царапины, риски и наволакивание металла. Результатом работы двигателя с перегревом, детонацией, калильным зажиганием или с совокупностью этих процессов, нередко является оплавление кромки огневого пояса поршней, прогар поршней, разрушение перемычек, появление трещин и других повреждений.
У поршневых колец изнашиваются рабочие и торцевые поверхности. Износ стенок цилиндров, рабочих и торцевых поверхностей колец, верхних и нижних поверхностей канавок поршней и самих поршней приводит к прорыву рабочих и отработавших газов в полость картера. Изношенные кольца не способны эффективно удалять излишки масла со стенок цилиндров и масло сгорает вместе с горючей смесью. Расход масла «на угар» увеличивается с износом деталей ЦПГ. Попаданию излишек масла в камеру сгорания также способствует насосный эффект, проявляющийся в изношенном двигателе, и обусловленный вертикальным «колебанием» колец в канавках поршня. Изменение опоры колец с верхней плоскости канавки на нижнюю плоскость и наоборот, равно как и изменение опоры поршней с одной стенки цилиндра на другую, происходит при переходе поршней через мёртвые точки. Изношенные кольца могут приобретать обратную заточку и работать на съём масла со стенок цилиндра при движении поршней к в.м.т.
Коренные и шатунные шейки КВ изнашиваются под овал. Шейки в значительной степени подвержены абразивному изнашиванию, что приводит к появлению на их изначально глянцевой поверхности рисок, борозд и глубоких царапин, образующихся в случае внедрения в мягкий материал вкладышей инородных частиц. При работе в условиях недостатка смазки на шейках коленчатого вала могут наблюдаться задиры и наволакивание материала вкладышей, а на поверхности вкладышей «вырывы» металла. Износ шеек коленчатого вала и его вкладышей приводит к снижению давления в системе смазки. Уменьшение давления, в свою очередь, ведёт к более интенсивному износу тех же самых деталей, и так далее, по принципу «снежного кома».
Работа деталей с циклическими нагрузками (нагрузка – разгрузка), в том числе и тепловыми (нагрев – охлаждение), может приводить к появлению усталостных трещин с последующей поломкой детали в зоне максимальной концентрации напряжений (например, коленчатые валы часто ломаются в месте соединения щеки и шейки). Подобное разрушение деталей называют усталостным разрушением.
Опоры коленчатого вала и шатуны относятся к «неизнашиваемым» деталям двигателя, т.к. шейки вала контактируют не с самой опорой, а с поверхностью вкладышей. Повреждения опор возможны лишь в результате их перегрева и/или проворачивания вкладышей коленчатого вала в постелях. И то, и другое случается, в основном, по причине недостатка смазки. Проворачивание вкладышей коленчатого вала в постелях шатунов и, в особенности, в опорах блока цилиндров крайне нежелательное событие, приводящее к серьёзным повреждениям деталей и дорогостоящему ремонту с заменой этих деталей (шатунов или блока цилиндров) или с их восстановлением.
Распределительный вал в значительной степени склонен к абразивному изнашиванию. Кулачки РВ подвержены «огранке», на их поверхности и поверхности опор, а так же поверхности ответных деталей (рычагов, коромысел и др.) могут наблюдаться царапины, риски, борозды и задиры. Причиной появления глубоких задиров может быть работа деталей в условиях масляного голодания. Работа изношенного распределительного вала сопровождается характерным стуком, по тональности схожим со «стуком клапанов», но не устраняющимся после регулировки тепловых зазоров в клапанном механизме.
На износ корпусных деталей существенное влияние оказывают тепловые нагрузки. Из-за цикличного воздействия температуры (разогрев – охлаждение) деформируются привалочные плоскости головки блока цилиндров, появляются трещины между сёдлами клапанов и т.п.
Как уже было сказано выше, изнашивание деталей двигателя приводит к ухудшению его работы, что выражается в снижении мощности и крутящего момента, повышенном расходе горюче-смазочных материалов, затруднённом запуске и т.п. При соблюдении условий эксплуатации, заявляемый заводами изготовителями ресурс до капитального ремонта большинства современных двигателей малого – среднего литража составляет 200 – 300  тысяч километров пробега.
При грамотной эксплуатации этот ресурс может быть увеличен, по меньшей мере, на четверть, а при грубых нарушениях условий эксплуатации - уменьшен на три четверти. Под понятие «грамотной эксплуатации» попадают все мероприятия, в конечном счёте, позволяющие замедлить естественный износ деталей двигателя и исключить их поломку. Это комплекс мер и «затёртых» годами правил, при выполнении которых (только-то и всего) Вы совершаете маленькое чудо, существенно продлевая автомобильную жизнь.
Комплекс мер, предотвращающих преждевременный износ деталей, включает:

• Своевременную (согласно заводской инструкции или раньше) замену масла и других эксплутационных жидкостей;

Эксплутационные свойства масел и топлива должны соответствовать конструктивным особенностям двигателя.

Учащиеся записывают название темы занятия.

Учащиеся отвечают на поставленный преподавателем вопрос.

Учащиеся  самостоятельно работают  с наглядным пособием, слушают объяснения преподавателя и записывают в тетради силы, действующие на детали кровошипно-шатунного механизма при такте рабочего хода.

Учащиеся записывают в тетради  силы, действующие на детали кровошипно-шатунного механизма при такте рабочего хода.

Учащиеся  самостоятельно работают  с наглядным пособием, слушают объяснения преподавателя и записывают в тетради положение колец в цилиндре.

Учащиеся записывают в тетради износ цилиндра.

Учащиеся записывают в тетради износ поршня.

Учащиеся записывают в тетради износ поршневых колец.

Учащиеся записывают в тетради износ коренных и шатунных шеек КВ.

Учащиеся записывают в тетради износ распределительного вала.

Учащиеся записывают в тетради износ корпусных деталей.

Преподаватель сообщает тему урока и нацеливает учащихся на изучение нового материала.

Изучение нового материала начинается с вопроса:  «Что такое нагруженность и износ деталей?»

Применяется объяснительно-иллюстрированный метод, используются наглядное  пособие «Силы, действующие на детали кровошипно-шатунного механизма при такте рабочего хода»

Преподаватель обращает внимание на силы, действующие на детали кровошипно-шатунного механизма при такте рабочего хода.

Применяется объяснительно-иллюстрированный метод, используются наглядное  пособие  «Положение колец в цилиндре»

Преподаватель обращает внимание на износ цилиндра.

Преподаватель обращает внимание на износ поршня.

Преподаватель обращает внимание на износ поршневых колец.

Преподаватель обращает внимание на износ коренных и шатунных шеек КВ.

Преподаватель обращает внимание на износ распределительного вала.

Преподаватель обращает внимание на износ корпусных деталей.

5. Закрепление изучаемого материала – 8 мин.

Итак, давайте закрепим материал нашей темы. Я предлагаю вам обратиться к записям в своих тетрадях с целью изучения материала.

Ну, а теперь ответьте на вопрос:

«Почему наступает износ деталей двигателя?»

Учащиеся работают со своими тетрадями.

Предполагаемый ответ:
В процессе эксплуатации двигателя его детали изнашиваются естественным путём.

Самостоятельная работа с тетрадями.

Используется метод контроля (письменная проверка знаний).

6.Обобщение и систематизация изучаемого материала – 2 мин.

 Предлагаю рассказать, что нового учащиеся узнали на уроке.

Слушают вопросы, отвечают, делают выводы по изученному материалу.

7.Подведение итогов занятия и оценка деятельности учащихся – 3 мин.

 Вначале занятия перед вами был поставлен вопрос: «Что такое напряженность и износ деталей?»

 Я надеюсь, что вы уже сможете ответить на эти вопросы. Итак,

1.     Какова цель нашего занятия?

2.     Достигли ли мы ее?

3.     Что нового вы сегодня узнали?

4.     Вам понравилось  занятие?

Преподаватель делает выводы по результатам занятия, анализирует работу учащихся.

  Знакомит с оценками за работу на уроке.

Каждый учащийся высказывает свое мнение по данному вопросу.

Учащиеся отвечают на поставленные преподавателем вопросы.

Учащиеся слушают, анализируют, делают выводы.

Рефлексия

8.Сообщение домашнего задания – 1 мин.

К следующему уроку, знать какие функции выполняют узлы и механизмы трансмиссии и коробки  передач автомобиля?

Учащиеся записывают домашнее задание.

Информация домашнего задания, инструкция по его выполнению.