Привод генератора

Так как строящийся мотор изначально был ориентирован на получение максимальной мощности, основным путем достижения которой является увеличение рабочих оборотов, то все движущиеся детали двигателя я старался подводить под общую концепцию снижения массы, относительно серийных, для уменьшения возрастающих динамических нагрузок, как известно, способствующих снижению ресурса двигателя. Всё это, прослеживается в моих предыдущих записях БЖ. И теперь, дело дошло до генератора и его привода. Для начала немного общей информации.

Серийный шкив привода генератора под поликлиновой ремень, расположенный на коленчатом валу, как известно бывает двух видов, с демпфером и без демпфера. Помимо этого, имеются различия между шкивами от 8-ми и 16-ти клапанных моторов, о последнем из которых и пойдет речь.

Сразу хотел бы обозначить недостатки серийной конструкции, при использовании на "тюнинговых", а тем более на спортивных моторах, что как правило исключено.
Как известно, передаточное отношение серийного привода генератора рассчитано на обороты двигателя, не превышающие 6200 об/мин. Так как при тюнинге мотора его максимальные обороты, по большей части, ограничиваются работой ГРМ, то обороты генератора лимитируют опорные подшипники ротора. А, как известно, при превышении предельной частоты вращения подшипника, не может быть обеспечен его расчетный ресурс.

Помимо этого, многим знакома проблема, когда в месте крепления ведущего шкива генератора к малой шестерни ГРМ, со временем шпоночным пазом шкива срезает бобышку шестерни. Связано это по большей части от инерционных нагрузок, имеющих достаточное значение, исходя из массы самого шкива, и конечно же возрастающих с повышением оборотов двигателя. А также, недостаточно прочным соединением шкива с шестерней, относительно 8-ми клапанного мотора, где используется штифт. Ну а если, в добавок, на мотор установлен облегченный маховик, то нагрузка на этот узел возрастает ещё больше.

Поэтому, исходя из всего вышесказанного, при значительном смещении предельных оборотов двигателя выше "стандартных", стоит уделить должное внимание приводу генератора. Выделю здесь три основных направления модернизации. Первое – это снижение массы вращающихся деталей привода. Второе – изменение передаточного отношения для сохранения расчетного ресурса генератора. Третье – обеспечение более надежного соединения в местах сопряжений деталей.

И так, начнем по порядку. На рынке тюнинг-запчастей предлагается различное количество вариантов "спортивных" шкивов, изготавливаемых различными производителями. Говоря о массе деталей, по большей части речь идет о ведущем шкиве, так как именно его конструкция претерпевает изменения с целью реализации описанных выше трех направлений. Исходя из сравнительного обзора массовых характеристик одного из тюнинг-шкивов относительно серийных, довольно наглядно представленного в записи БЖ пользователя Bimo, видно, что серийный шкив с демпфером обладает наибольшей массой, на втором месте бездемпферный, ну и лидирует, конечно же, шкив от фирмы "BIMOtors POWER". Из записи так же видно, что при изготовлении данного тюнинг-шкива преследовалась лишь одна цель – снижение массы. Так же замечу, что при выборе между двумя серийными, демпферным и бездемпферным, шкивами, незначительная разница в 264 гр. не должна указывать на явный выбор последнего. В добавок стоит учесть его относительный недостаток в виде сквозных окон, между ступицей и венцом, способствующих проникновению пыли, влаги и посторонних предметов в рабочую зону ремня ГРМ. Этот момент тоже стоит учитывать и при выборе как "спортивных", так и серийных шкивов.

Учитывая всю эту информацию, я остановился на варианте шкивов, производимых под именем знаменитого гонщика Дмитрия Брагина, покупку которых я подробно описал ранее в записи своего блога.

Приведу некоторые параметры приобретенного мной комплекта:
Масса ведущего шкива – 830 гр.
Масса ведомого шкива – 75 гр.
Наружный диаметр ведущего шкива – 85 мм.
Наружный диаметр ведомого шкива – 67 мм.
Посадочный диаметр ведомого шкива – 17мм.
Передаточное число – 1,27.

Здесь мы имеем следующие преимущества – это относительно меньшая масса, измененное передаточное отношение, защита ремня ГРМ, наличие отверстия для установки дополнительного штифта.

Для более полного понимания результата установки данного комплекта, относительно серийного, приведу некоторые расчеты. Перед этим хочу сказать, что, как и планировал, приобрел новый генератор КЗАТЭ с максимальной силой тока 115А. Купил в том же месте, что и стартер, у официального дилера, в магазине "Замена".

И так, диаметр серийного ведущего шкива ВАЗ 2112 равен 136,5 мм., диаметр шкива генератора КЗАТЭ равен 54,9 мм. Передаточное число привода в этом случае будет равно 136,5/54,9=2,48. Найдем обороты генератора на холостом ходу двигателя: 850*2,48=2108 об/мин. Аналогично найдем обороты генератора при максимальных оборотах двигателя, не учитывая возможное проскальзывание ремня: 6200*2,48=15376 об/мин. Из справочника конструктора-машиностроителя Анурьева В.И. находим предельные частоты вращения подшипников, используемых в данном генераторе, с учетом применения в них пластичной смазки. Для подшипника 202 Nmax=19000 об/мин, для подшипника 303 Nmax=16000 об/мин. Видно, что у подшипника 303 запас по частоте вращения практически отсутствует.

Теперь рассчитаем обороты генератора с использованием комплекта шкивов от Дмитрия Брагина. Обороты генератора на холостом ходу серийного двигателя: 850*1,27=1080 об/мин. Обороты генератора при максимальных оборотах двигателя: 6200*1,27=7874 об/мин.

Как видно из расчетов, данный комплект шкивов предназначен для спортивных моторов с максимальными оборотами от 10 000 об/мин и более. Поэтому, использование такого комплекта на повседневном автомобиле, скорее всего вызовет некоторые неудобства со стороны работы генератора. Исходя из этого, я решил установить на свой мотор лишь шкив коленвала, а на генераторе, оставить серийный. В этом случае передаточное число будет равно 1,55. При планируемых максимальных оборотах моего мотора, равных 7500 об/мин, обороты генератора будут равны 7500*1,55=11625 об/мин. Обороты холостого хода, по понятным причинам, будут известны позже.

Определившись со шкивами, дело дошло до ремня. Для начала измерил при помощи нити длины в крайних положениях натяжителя. Необходим был ремень, имеющий длину, которая бы входила в диапазон от 585 до 628 мм. Серийный ремень оказался слишком длинным, пришлось искать более короткий. Выяснилось, что это непросто, так как доступен больший выбор в сторону увеличения длины, а вот короче найти проблематичней. Моя методика поиска сводилась к банальному перебору чисел длины, стоящих после символов 6РК, в строке поисковика. В конце концов с горем пополам нашел в продаже на сайте интернет-магазина autodoc.ru ремень Gates 6РК620.

В дальнейшем как я понял исходя из этикетки, наклеенной на упаковку, первоначальным продавцом ремня выступал сайт japancars.ru.

Вопрос о подлинности производителя ремня, даже не затрагивал, так как никаких серьёзных проблем для мотора его выход из строя не представляет. Единственное неудобство – это сложность приобретения.

Следующим по очереди затрону проблему прочности соединения шкив-шестерня-коленвал.

Здесь, первым делом, отшлифовал на шкиве плоскость прилегания к шестерне ГРМ, относительно торца шкива, для более плотного контакта и исключения возможного торцевого биения, потому как изначально эта поверхность была обработана резанием и имела высокую шероховатость.

Затем расточил имеющееся отверстие под штифт, так как, по моим предположениям, изначально оно было обработано сверлом. Далее, по тем же координатам, просверлил, а затем расточил отверстие и в шестерни ГРМ. После чего, под заданный диаметр был выточен сам штифт, обеспечивающий плотную посадку в отверстиях.

Отмечу ещё один момент. При доработке шестерни ГРМ, заметил, что метка, предназначенная для ориентации, при выставлении фаз газораспределения, выступает над плоскостью прилегания шкива коленвала. Для исключения его перекоса при установке, эту метку следует сточить, что я и сделал. Так же убрал заусенцы и притупил острые кромки на торцах зубьев шестерни.

Ну и последним здесь будет изготовление кольца из закаленной стали, предотвращающее смятие шестерни в месте контакта с торцом шейки коленвала. Замечу, что с конца прошлого года, компания ProCar осуществляет данную процедуру над шестернями коленвала идущими в комплекте с их фирменными сдвижными шкивами распредвалов.

Так как, на момент доработки, образца на руках я не имел, то пришлось назначать размеры самостоятельно. Толщину кольца заложил равную 4 мм. Наружный диаметр 34 мм., внутренний 22 мм. Материал – термообработанная сталь 40Х. В итоге получилось следующее:

Для наилучшего эффекта, необходимо снять фаску так, чтобы обеспечивалось полное прилегание плоскости кольца к торцу шейки коленвала при максимальной площади контакта. Быстро хотел найти в интернете заложенный заводом радиус скругления галтели коленвала в этом месте, но не получилось. Пришлось несколькими проходами добиваться оптимальной посадки кольца по торцу.

Теперь, я бы хотел осветить некоторый недостаток конкретно моего комплекта шкивов от Дмитрия Брагина, хотя я предполагаю, что не только моего.

Единственное, что меня насторожило, это отсутствие следов динамической балансировки шкива коленвала. Здесь у меня возникло две мысли: первое – это то, что изготовленный шкив не имел дисбаланса и не требовал каких-либо манипуляций над ним; второе – это попросту её отсутствие. Ну естественно вторая мысль перевешивала чашу весов в моей голове. И тут я вспомнил, что мой товарищ Densa17 отвозил свои коленвал, маховик и корзину сцепления на балансировку в соседний город Минусинск. И я, решил проверить свой шкив на дисбаланс. К этому же времени, уже был готов его комплект облегченных шкивов привода генератора, который был изготовлен совместными силами с DiDUDzA, и тоже требовал проверки на дисбаланс.

Как пояснил Densa17, коленвал, на балансировочном станке, приводится во вращение при помощи муфты, которая устанавливается на место малой шестерни ГРМ. Но, так как нам необходимо было балансировать шкив привода генератора, нужно было что-то придумать, для передачи вращения коленвалу с другой стороны. Для этого я использовал свой старый коленвал.
Токарь срезал фланец, к которому крепился маховик, а затем на шлифовальном станке вывели необходимый диаметр. Упущу некоторые технические проблемы и недопонимания, но с первого раза отбалансировать шкивы у нас не получилось. Пришлось изменить конструкцию коленвала, в результате чего получилось следующее:

В добавок, немного доработал шайбу крепежного болта. Дело в том, что на одном видеоролике по динамической балансировке показано как мастер устраняет небольшой дисбаланс эксцентричным смещением этой шайбы, так как отверстие под болт в ней сделано с достаточным зазором. И, добившись минимального значения, наносит метки положения данной шайбы. Для того, чтобы этого избежать и исключить лишние нюансы, я сделал внутреннее отверстие с минимальным зазором, и проточил шайбу по наружному диаметру для равномерной геометрии детали.

По приезду на балансировку шкивов во второй раз, первым делом проверили на дисбаланс коленвал, затем установили на него все необходимые детали для балансировки шкива генератора.

На фото, установлен шкив Densa17, более подробно про который можно прочесть в записи его БЖ.

Итогом балансировки моего шкива, стала следующая картина, которую я в принципе и ожидал:

Вот вам и спортивный комплект шкивов генератора, при установке которого даже не понятно, лучше это для мотора или нет.

Не думаю, что точность выполненной балансировки велика, всё-таки это не новый современный станок, но уверен, что это лучше, чем было до неё.

На этом работы над приводом генератора не закончились. Предстояло разобраться с нижней опорой крепления генератора. Как и писал ранее, приобрел полностью новые нижнюю и верхнюю опоры. Нижняя с маркировкой 21082, она имеет старый конструктив, отличный от ВАЗ 2110, в которой с одной стороны ориентации крепежного болта применен резиновый сайлентблок. В 21082-ой ориентация крепежного болта, в место сайлентблока, задается двумя втулками. Первая разрезная, установлена непосредственно в корпус самой опоры. Вторая, Т-образной формы, устанавливается в разрезную втулку и уже через неё проходит сам болт. Эта самая Т-образная втулка, имеющая каталожный номер 21214-3701638, имела несколько продольных усталостных трещин. Я подумал, было бы неплохо заменить её новой. Но эта деталь из тех, которые уже, по-моему, не выпускают. Нигде не смог её найти. Пришлось заказать у токаря, по своим размерам. Уменьшил все заводские зазоры, для более четкой фиксации крепежного болта.

Теперь болт сидит плотнее, без лишних люфтов. После того, как все было готово, для проверки, установил генератор на двигатель и накинул ремень. Получилось всё как надо.

В следующей записи выложу фотографии собранного мотора, и затрону некоторые мелочи по остальному навесному оборудованию. Проделано много работы по автомобилю, но писать оперативно не получается, так как хочется рассказать о выполненной работе очень подробно, а это порой занимает несколько свободных вечеров, которые появляются очень редко.

P.S. Мотор установлен на авто 30.06.2017г. Сейчас ведутся работы над проводкой и выхлопной системой.