Шатунные вкладыши коленвала: Почему проворачивает шатунные вкладыши или вкладыши коленвала

Почему проворачивает шатунные вкладыши или вкладыши коленвала

 23522 |  24.04.2018

Вкладыши шатунов или коленвала являются подшипниками скольжения, на которые дополнительно подается моторное масло из системы смазки двигателя. Данное решение позволяет нагруженным деталям свободно и легко перемещаться, при этом достигается такое сопряжение нагруженных элементов, в котором отсутствуют зазоры и люфты. Под такими подшипниками скольжения следует понимать высокопрочный стальной лист особой формы, на который нанесено специальное антифрикционное покрытие.

 

Проворачивание шатунных вкладышей или вкладышей коленвала является серьезной неисправностью, которую необходимо устранять незамедлительно.

Чаще всего водитель узнает о возникшей проблеме благодаря появлению отчетливого характерного шатунного стука или стука коленчатого вала двигателя.  Дальнейшая эксплуатация ДВС, в котором провернут вкладыш, крайне не рекомендуется, так как поломки данного рода причиняют значительный ущерб не только сопряженным деталям, но и другим узлам силового агрегата. Далее мы поговорим о том, что делать, если провернуло шатунный вкладыш, какой может быть причина и последствия в результате такой поломки.

 

Почему проворачивает вкладыши?

 

Вкладыши в двигателе установлены в специальные установочные места (постель вкладыша). Установка предполагает особую фиксацию, так как вкладыши имеют в своем теле отверстия, что позволяет подавать на них моторное масло. Указанные отверстия должны четко совпадать с отверстиями, которые высверлены в самих деталях для прохода смазки. Также фиксация вкладыша необходима с учетом того, что во время работы двигателя возникает трение по поверхностям сопряженных элементов.

 

С учетом вышеприведенной информации становится понятно, что если провернуло шатунный вкладыш, причина может заключаться в следующем:

 

• недостаточная фиксация вкладыша;
• сильное трение по поверхности вкладыша;

 

Как известно, трение возникает в результате скольжения двух тел по отношению друг к другу при наличии определенной нагрузки. Общая величина силы трения будет зависеть от величины нагрузки на трущуюся пару, а также от коэффициента трения. Для того чтобы снизить силу трения при изготовлении деталей применяются специальные антифрикционные материалы, которые имеют низкий коэффициент трения.

 

 

 

 

Что касается вкладыша, антифрикционный материал наносится на его поверхность. Коленвал по отношению к вкладышам совершает вращательное движение, в месте сопряжения вкладыша и коленчатого вала  возникает сила трения, которая стремится провернуть вкладыши по отношению к их установочным местам.

Для защиты от проворачивания и смещения вкладыш удерживает специальный усик. Также при установке сами вкладыши вставляются с определенным натягом, величина которого рассчитана конструкторами того или иного ДВС.

 

Становится понятно, что избыточное трение или недостаточно надежная фиксация (слабый натяг), являются основными причинами, по которым не удается удержать вкладыш на его посадочном месте. Отметим, что во время изготовления двигателя на заводе недостаточный натяг вкладышей при сборке ДВС встречается крайне редко. Чаще проблемы с коренными или шатунными вкладышами появляются после того, как двигатель ремонтировался. Другими словами, неправильный подбор ремонтных вкладышей и другие дефекты, которые не позволяют добиться необходимого натяга, приводят к проворачиванию. Так как на КШМ воздействуют неравномерные нагрузки, вкладыши с ослабленной посадкой начинают вибрировать, масляная пленка на их поверхности разрушается, вкладыш может «прихватить». В такой ситуации проворачивание неизбежно, так как фиксирующий усик попросту не способен противостоять моменту проворачивания на самом вкладыше.

 

Как уже было сказано, еще одной причиной проворачивания вкладышей двигателя является превышенный момент трения, то есть нарушаются расчетные условия работы самих подшипников скольжения. Нормальная работа вкладышей предполагает так называемое жидкостное трение, то есть поверхность вкладыша и шейку коленчатого вала разделяет масляная пленка. Это позволяет избежать прямого контакта нагруженных деталей, обеспечивает необходимую смазку и охлаждение, минимизирует трение.

 

 

 

 

Вполне очевидно, что если масляная пленка будет иметь недостаточную толщину или прорвется, коэффициент трения начнет увеличиваться. Работа сопряженных деталей, которые испытывают постоянную нагрузку, в подобных условиях будет означать, что проворачивающий момент увеличился. Если проще, чем больше сила трения, тем сильнее возрастают риски проворачивания вкладышей коленвала при таких увеличенных нагрузках.

 

Рост нагрузок в паре вкладыш-коленвал приводит к уменьшению толщины масляной пленки или к полному разрыву (сухое трение). Параллельно увеличению силы трения происходит усиленное выделение тепла, в области трения возникают локальные перегревы. При повышении нагрева нарушается температурная стабильность масла, толщина масляной пленки еще больше снижается, вкладыш может прихватывать к поверхности шейки коленчатого вала.

 

Также следует добавить, что толщина масляной пленки между сопряженными деталями напрямую зависит от того, с какой скоростью указанные детали перемещаются относительно друг друга (гидродинамическое трение). Чем быстрее детали двигаются, тем интенсивнее масло попадает в зазор, который присутствует между трущимися элементами. Получается, создается более толстый масляный клин-пленка по сравнению с такой же пленкой на меньшей скорости движения сопряженных деталей. При этом необходимо учитывать тот факт, что увеличение скорости движения деталей увеличивает и силу трения, а также растет нагрев от такого трения. Это значит, что температура моторного масла начинает повышаться, смазка разжижается, толщина пленки становится меньше.

 

Еще на силу трения оказывает влияние то, с какой точностью изготовлены поверхности сопряженных деталей, от степени шероховатости указанных поверхностей и т.д. Если, например, поверхность вкладыша или шейки окажется неровной, тогда возникнут зоны, в которых возникнет практически сухое трение или детали будут контактировать в условиях недостаточной толщины масляной пленки.  Параллельно такие зоны сухого трения могут возникать и в тех случаях, когда в моторном масле присутствуют механические частицы, то есть масло загрязнено.

 

 

 

 

По указанным причинам после сборки нового ДВС или капитального ремонта двигателя силовой агрегат должен пройти процесс обкатки, который предполагает умеренные нагрузки и частую смену моторного масла. Дело в том, что нагруженные пары должны приработаться друг к другу, так как притирка постепенно нивелирует возможные имеющиеся микродефекты, которые оказывают влияние на эффективность образования и последующую стабильность образованной масляной пленки.

 

Добавим, что определенное влияние оказывает и вязкость масла в двигателе. Более вязкие масла вызывают увеличенный момент трения в нагруженных парах. Параллельно с этим толщина пленки вязкого масла также больше в месте сопряжения деталей. Однако это не значит, что нагруженные детали будут защищены от повышенного или сухого трения. Дело в том, что вязкая смазка может просто не доходить до места трения в необходимом количестве, что приводит, в свою очередь, к уменьшению толщины пленки или даже ее разрыву.

 

По указанной причине не так просто дать ответ, какое масло лучше применительно к вкладышам и их проворачиванию с учетом только одного показателя вязкости. Не следует забывать о том, что важнейшей характеристикой является также смазывающая способность масла, то есть свойство смазки сцепляться с металлическими поверхностями. Следует учитывать и стабильность пленки того или иного масла в условиях различных нагрузок и температур.

 

Последствия проворота вкладышей

 

Начнем с того, что проворачивание шатунных вкладышей двигателя при своевременном определении поломки является менее серьезной проблемой по сравнению с проворачиванием коренных вкладышей коленвала.

Если же проблему выявили поздно, тогда последствия для ДВС могут быть разными. Бывает так, что после проворачивания шатунного вкладыша двигателю может понадобиться дорогостоящий капитальный ремонт.

 

Распространена и такая ситуация, когда провернутый  шатунный вкладыш попросту меняют на новый и двигатель работает дальше. Отметим, что делать так не рекомендуется по причине того, что ресурс отремонтированной таким образом сопряженной пары шатун-шейка коленвала может быть сильно сокращен (на 60-70%). Более приемлемым вариантом принято считать подход, когда меняется шатун, в котором провернуло вкладыш. Также шатун часто подлежит замене и по причине того, что в результате проворачивания вкладыша ломается замок шатуна. Оптимальным же способом ремонта принято считать расточку коленвала и замену вкладышей/шатунов.

 

 

 

 

Шлифовка коленвала после проворачивания вкладыша обычно является необходимой операцией, так как на шейке появляются задиры. После разборки двигателя коленчатый вал необходимо промерять, после чего осуществляется его расточка с учетом последующей установки новых вкладышей ремонтного размера. Только так удается добиться необходимого состояния поверхностей и правильного натяга вкладыша после установки.

 

Что в итоге

 

С учетом приведенной выше информации можно сделать вывод о том, что появление стука в двигателе является поводом для немедленного прекращения эксплуатации ТС. Также следует учитывать, что на состояние вкладышей сильно влияет и температурный режим работы силового агрегата. Другими словами, перегрев двигателя может привести к проворачиванию шатунных или коренных вкладышей, заклиниванию мотора и т.д. В таком случае двигатель может полностью прийти в негодность, так как разбивается постель коленвала, выходит из строя сам коленчатый вал, блок цилиндров и т.д.

 

Что касается моторного масла, необходимо использовать только те ГСМ, которые соответствуют всем требованиям и необходимым допускам завода-изготовителя силового агрегата. Также масло и масляный фильтр необходимо своевременно менять, не допускать попадания грязи и механических частиц в смазку. Повышенного внимания заслуживает и сама система смазки, так как снижение производительности или неисправности могут привести к масляному голоданию, в результате чего существенно повышается риск проворачивания вкладышей.

 

Напоследок добавим, что бензиновый двигатель нуждается в прогреве после холодного запуска, затем ездить необходимо без нагрузок до момента выхода силовой установки на рабочие температуры. В случае с дизелем мотор прогревается в движении, до полного прогрева не рекомендуется резко нагружать агрегат. Также следует помнить, что как новый двигатель, так и мотор после ремонта нуждается в обкатке, так как нагруженные пары и сопряженные элементы нуждаются в притирке.

Вкладыши коленвала — что это такое?

Двигатель внутреннего сгорания – сложный механизм, состоящий из не одной сотни деталей. И все они до одной важны для сбалансированной и корректной работы сложной системы, в той или иной степень. Но в тот же момент ни в коем случае нельзя равнозначно расценивать степень важности каждой из них. Одним из самых важных элементов, безусловно, является коленчатый вал и все его детали, что сопрягаются с ним, который передаёт энергию сгорающего топлива на колёса, тем самым вращая их. Речь далее пойдёт о составляющих данного механизма, а именно о вкладышах коленвала, что представляют собой небольшие полукольца из мягкого металла с антифрикционным покрытием. Во время длительной работы мотора машины именно они должны самыми первыми покидать свой пост, а не шейки коленчатого вала.

Что такое ремонтные вкладыши коленвала, их виды

По сути, вкладыши коленвала – это подшипники скольжения для шатунов, что вращают коленчатый вал. Данное вращение является результатом микровзрыва в камерах сгорания цилиндров двигателя. В этой системе довлеют высокая скорость и большие нагрузки, в результате этого приходится минимизировать трение деталей, ибо в противном случае двигатель попросту выйдет из строя, причём мгновенно. Для того, чтобы трение было максимально снижено, все значимые детали двигателя внутреннего сгорания облачены в так называемую «масляную пелену» — тонкую микронную плёнку, что обеспечивается специальной системой смазки автомобильного двигателя. Появление плёнки, что обволакивает металлические детали, возможно только в том случае, если давление масла достаточно сильное. И между шейкой коленвала и его вкладышами так же присутствует подобная масляная прослойка. И только благодаря ей сила трения минимизируется, насколько это возможно. Из этого можно сделать вывод, что вкладыши коленвала представляют собой определённую защиту, действие которой увеличивает срок эксплуатации такой важной для мотора детали.

Для начала, вкладыши коленвала необходимо условно разделить на две категории: шатунные и коренные. Шатунные вкладыши, как мы говорили выше, расположены между шатунами коленвала и его шейками. Коренные же в свою очередь играют сходную роль, но располагаются они между коленчатым валом и местами его прохода через корпус ДВС.

Для разных двигателей на заводах изготавливают вкладыши коленвала, которые различаются между собой своим внутренним диаметром. Ремонтные вкладыши имеют отличия друг от друга и, безусловно, от новых, установленных на только что выпущенный автомобиль. Их минимальное различие исчисляется с отметки в четверть миллиметра и нарастает с аналогичным шагом. Таким образом, мы имеем размерный ряд ремонтных вкладышей коленвала с шагом в 0,25 мм по внутреннему диаметру: 0,25; 0,5; 0,75; 1 мм и т.д.

Причины замены вкладышей коленчатого вала?

В условиях экстремальных температурных и физических нагрузок, что постоянно переносит коленчатый вал, помогают ему удержаться на оси, обеспечивая деятельность кривошипно-шатунного механизма, только лишь вкладыши коленвала. Коренные и шатунные шейки работают по принципу внутренних обойм, а вкладыши коленвала выполняют функцию наружных, соответственно. В системе моторного блока продумана целая сеть маслопроводов, через которые на вкладыши подаётся моторное масло под большим давлением. Оно то и создаёт ту самую микроскопическую плёнку, о которой говорилось выше, что и позволяет вращаться коленвалу.

Первопричиной замены вкладышей коленвала является их физическое изнашивание. Каково бы ни было желание уберечь вкладыши от износа, но физика есть физика. Поверхности шеек вкладышей коленвала со временем стираются, увеличивая между ними зазор, что приводит свободному ходу коленвала и меньшей подаче масла из-за резкого снижения давления. А это уже приводит к поломкам автомобильных двигателей.

Второй причиной вынужденного ремонта является проворачивание вкладышей коленчатого вала. О таких ситуациях доводилось слышать, наверное, каждому автовладельцу, но вот о причинах данного положения вещей знают, увы, но далеко не все. Так как же и почему это случается? Тончайшая пластина вкладыша ложиться в импровизированную постель. Наружные стенки полуколец обрамлены специальными выступами, которые в новом двигателе упираются во фронтальные части блока. При определённых условиях усики попросту не выдерживают вкладыш, и он начинает проворачиваться, слипаясь с шейкой коленчатого вала. Если такое случилось и вкладыш повернуло, двигатель попросту перестаёт функционировать. Типичными причинами таковой поломки являются:

— предельная вязкость смазки, попадание в неё абразивных соединений или вообще её пропадание;

— недостаточный натяг установленных крышек подшипников;

— слишком жидкая смазка и эксплуатация двигателя в режимах постоянных перегрузок.

Как определить износ вкладышей коленвала и помочь механизму?

После того как случилось так, что ремонт двигателя уже неизбежен, возникает вопрос о том, как же определять далее износ коленвальных вкладышей и какого размера необходимо их будет приобретать для следующей замены? В основном для замеров используется микрометр, но всё же достаточно точно это вычисляется и визуально, как говорится «на глаз». Сразу же оцените возможность следующей расточки коленчатого вала.

Незамедлительная замена необходима в случае поворота вкладышей коленвала. Показателем данной проблемы послужит громкий стук коленвала и постоянные попытки мотора заглохнуть. Если заклинит шейки, то ехать Вам дальше уже не получится никак. В любом из случаев следует проводить детальный осмотр механизмов. Если Вы обнаружите на шейках волнообразные рытвины, которые вполне осязаются руками, то не избежать расточки коленвала и последующей установки ремонтных вкладышей соответствующего размера. Настоятельно рекомендуем приобретать вкладыши только по факту его расточки. Ведь большой износ может повлечь провести данную процедуру на один, а то и на два размера.

Как поставить вкладыши на коленвал – порядок действий?

По большей части случаев заменять вкладыши коленвала автолюбители отправляются на СТО. Но при сильном желании каждый из Вас, кто имеет навыки ремонта и неплохого обращения с инструментом, вполне справиться в данной ситуации с возложенной на него задачей. Для этого необходимо просто соблюдать последовательность следующих действий:

1. Самое первое и важное – это проверка зазора между коленвалом и его вкладышем. Для этого необходимо воспользоваться калиброванной проволокой из пластмассы, что расположена на соответствующей шейке. После крышку с вкладышем установите и затяните с нужным усилием, которое равно 51 Н·м (измерение данной величины можно произвести при помощи динамометрического ключа). После того как крышка снята, размер зазора будет равен степени сплющивания проволоки. Чтобы оценить данный параметр необходимо воспользоваться номинальным зазором, который соответствует каждой автомобильной марке. И если степень сплющивания проволоки говорит о том, что зазор более номинального, значит необходима установка ремонтного вкладыша.

2. После того как все зазоры были проверены, следует снять шатуны со всех шеек, демонтировать коленвал и расточить его. Шлифовка коленчатого вала производится на центростремителе, наличием которого, конечно, похвастает не каждый. Поэтому данную часть процедуры лучше сделать у мастера. После того как коленчатый вал расточили, можно заняться подбором ремонтных вкладышей. Тут снова Вам придёт на помощь микрометр и дальнейшая примерка ремонтных вкладышей коленвала.

3. Когда вкладыши окончательно подобраны, следует производить монтаж коленвала в обратном порядке. Когда элементы вставлены в свои посадочные места, закрутите крышки коренных подшипников.

4. Далее решаем вопрос установки вкладышей коленвала и шатунов на свои места. Для этого вкладыши просто смазываем моторным маслом и закручиваем их крышки. Так что, как Вы видите их установка занимает очень мало времени, в отличии от подготовительных работ и приготовлений.

Помните, что коленвал – одна из самых дорогих деталей каждого автомобиля. Кроме того он испытывает огромные нагрузки. А посему стоит принимать все возможные меры, дабы продлить его эксплуатационный период. И актуальным действием будет своевременная расточка коленчатого вала, которая сыграет основополагающую роль. После выполнения данной процедуры все шейки снова идеально гладкие и готовы к последующим «рабочим будням».

Важно! Автомобильный двигатель – агрегат достаточно сложный и специфичный. Многие автолюбители и умельцы полностью разбирают, ремонтируют и собирают его, можно сказать с закрытыми глазами. Но установка вкладышей коленвала требует дополнительных специальных навыков. Лучше доверить эту работу опытному мотористу. Нужно это во избежание недостаточного или избыточного натяга, что может привести к проворачиванию вкладышей.

Как правильно подобрать вкладыши коленвала?

Какой бы ни была причина разборки автомобильного двигателя и замены вкладышей коленвала, тут без его шлифовки не обойтись. Новые вкладыши монтируют либо на новый коленвал, либо уже на расточенный. Даже если повреждениям подвержена лишь одна шейка, то шлифовальную подгонку под неё обязаны пройти и все остальные.

При сборке мотора на конвейере производится установка стандартных вкладышей коленвала. Например, для моделей ВАЗ вкладыши выпускают в четырёх ремонтных вариациях. Следовательно, и растачивать коленвал можно будет не более четырёх раз. Двигателям, которые устанавливают на ГАЗ и Москвич доступны пятая и шестая расточки до 1,25 и 1,50 мм. Размеры коленвальных вкладышей определяет только тот, кто производил расточку коленвала. В зависимости от глубины повреждений шеек, шлифовка может уйти на два размера вперёд. Вкладыши продаются комплектно для всех, как для коренных, так и для шатунных шеек.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Вкладыши для двигателя – детали критические

На первый взгляд вкладыши – это просто штамповка. Но впечатление обманчиво: подшипники скольжения представляют собой высокотехнологические изделия из сложного композитного материала, имеющие специфическую геометрию и точные размеры. И, что немаловажно – они являются критическими деталями двигателя, отказ которых ведет к его остановке и очень дорогому ремонту…

Функции подшипников

Вращающиеся компоненты двигателей внутреннего сгорания оборудованы подшипниками скольжения, которые выполняют разные функции:

• коренные вкладыши поддерживают коленчатый вал и обеспечивают его вращение. Устанавливаются в блоке цилиндров. Каждый вкладыш состоит из верхней и нижней половин. На внутренней поверхности верхней половины, как правило, есть канавка для смазки и отверстие для подачи масла.

• шатунные вкладыши обеспечивают вращение шейки шатуна, который, в свою очередь, вращает коленвал. Устанавливаются в нижней головке шатуна.

• упорные кольца предотвращают осевое движение вала. Часто упорные кольца являются частью одного из коренных вкладышей – такие комбинированные подшипники называются буртовыми или фланцевыми вкладышами.

• втулки верхней головки шатуна обеспечивают вращение поршневого пальца, соединяющего поршень с шатуном.

• вкладыши распредвала поддерживают распредвал и обеспечивают его вращение. Устанавливаются в верхней части головки блока цилиндров (или в блоке цилиндров – у двигателей с нижним расположением распредвала).

Биметаллические (а) и триметаллические подшипники со свинцовистым покрытием (б, в)

Подшипники скольжения смазываются моторным маслом, постоянно подающимся к их поверхности и обеспечивающим гидродинамический режим трения.

Непосредственный контакт между трущимися в гидродинамическом режиме поверхностями отсутствует – благодаря масляной пленке, которая образуется в сходящемся зазоре (масляном клине) между поверхностями подшипника и вала.

Условия работы подшипников скольжения

Масляная пленка предотвращает локальную концентрацию нагрузки. Однако при определенных условиях гидродинамический режим трения сменяется на смешанный. Это происходит, если имеются:

• недостаточный поток масла;

• высокие нагрузки;

• низкая вязкость масла;

• перегрев масла, дополнительно снижающий его вязкость;

• высокая шероховатость поверхностей подшипника и вала;

• загрязнение масла;

• деформация и геометрические дефекты подшипника, его гнезда или вала.

В смешанном режиме трения возникает непосредственный физический контакт поверхностей, чередующийся с гидродинамическим трением. А это может привести к задирам, повышенному износу подшипника и даже к схватыванию с валом.

ДВС характеризуются циклическими нагрузками подшипников, об­условленными переменным давлением в цилиндрах и инерционными силами, вызванными движущимися частями. И эти циклические нагрузки на подшипник могут привести к его разрушению. Отсюда – высочайшие требования к материалам, из которого он производится.

Структура подшипников скольжения

Материалы подшипников скольжения

Материалы, из которых делают подшипники, должны обладать многими, иногда противоречивыми, свойствами.

• Усталостная прочность (максимальная нагрузка) – максимальная циклическая нагрузка, которую подшипник выдерживает в течение неограниченного числа циклов. Превышение этой нагрузки приводит к образованию усталостных трещин в материале.

• Сопротивление схватыванию (совместимость) – способность материала подшипника сопротивляться свариванию с материалом вала во время прямого физического контакта между ними.

• Износостойкость – способность материала подшипника сохранять свои размеры несмотря на присутствие абразивных частиц в масле, а также в условиях механического контакта с валом.

• Прирабатываемость – способность материала подшипника компенсировать небольшие геометрические дефекты вала и гнезда за счет незначительного локального износа или пластической деформации.

• Абсорбционная способность – способность материала подшипника захватывать мелкие чужеродные частицы, циркулирующие с маслом.

• Коррозионная стойкость – способность материала подшипника сопротивляться химическим воздействиям окисленных или загрязненных масел.

• Кавитационная стойкость – способность материала подшипника выдерживать ударные нагрузки, производимые схлопывающимися кавитационными пузырьками (пузырьки образуются в результате резкого падения давления в текущем масле).

Эксцентриситет подшипника скольжения

Соответственно длительная и надежная работа подшипника скольжения достигается соединением высокой прочности (усталостной прочности, износостойкости, кавитационной стойкости) с мягкостью (прирабатываемостью, сопротивлением схватыванию, абсорбционной способностью).

То есть материал должен быть одновременно и прочным, и мягким. Это звучит парадоксально, однако существующие подшипниковые материалы соединяют эти противоположные свойства – правда, с определенным компромиссом.

Для достижения этого компромисса используются композитные структуры, которые могут быть или слоистыми (мягкое покрытие, нанесенное на прочное основание) или дисперсными (мягкие частички, распределенные внутри прочной матрицы).

Биметаллические подшипники имеют стальное основание, обеспечивающее жесткость и натяг в тяжелых условиях повышенной температуры и циклических нагрузок.

Второй слой материала состоит из антифрикционного сплава. Его толщина относительно велика: она составляет около 0,3 мм. Толщина антифрикционного слоя – важная характеристика биметаллических подшипников, способных прирабатываться и приспосабливаться к относительно большим геометрическим дефектам. Биметаллический подшипник также обладает хорошей абсорбционной способностью, поглощая как мелкие, так и крупные включения в масле.

Обычно рабочий слой делают из алюминия, содержащего 6–20% олова в качестве твердого смазочного материала: именно олово обеспечивает антифрикционные свойства. Кроме этого, сплав часто содержит 2–4% кремния в виде мелких включений, распределенных в алюминии. Твердый кремний упрочняет сплав и обладает способностью полировать поверхность вала – поэтому его присутствие особенно важно при работе с валами из ковкого чугуна. Сплав может быть дополнительно упрочнен небольшими добавками меди, никеля, марганца, ванадия и других элементов.

Триметаллические подшипники, помимо стального основания, имеют промежуточный слой из медного сплава, содержащего 20–25% свинца в качестве твердой смазки и 2–5% олова для упрочнения меди.

Третий слой представляет собой покрытие на основе свинца, которое также содержит около 10% олова, повышающего коррозионную стойкость сплава и несколько процентов меди для упрочнения. Толщина покрытия составляет всего 12–20 мкм. Низкая толщина покрытия повышает его усталостную прочность, однако снижает антифрикционные свойства (прирабатываемость, абсорбционную способность, сопротивление схватыванию), особенно если мягкое покрытие было подверг­нуто износу. Между промежуточным слоем и свинцовистым покрытием наносится очень тонкий (1–2 мкм) слой никеля, служащий барьером, предотвращающим диффузию олова из покрытия в промежуточный слой.

Измерение высоты выступа стыка подшипника

Инновационные материалы для подшипников скольжения постоянно разрабатываются производителями подшипников. Это новые материалы, способные работать в тяжело нагруженных двигателях (дизельные двигатели с непосредственным впрыском топлива, двигатели с турбонаддувом), а также в гибридных и старт-стоп двигателях, в том числе:

• высокопрочные алюминиевые биметаллические материалы;

• прочные металлические покрытия для триметаллических подшипников;

• полимерные композитные покрытия, содержащие частицы твердых смазочных мате­риалов;

• бессвинцовые экологически чистые безвредные материалы.

Свойства подшипниковых материалов

Свойства материалов подшипников, характеризующие прочность и мягкость, сочетаются в различных пропорциях у разных материалов.

Отличные мягкие антифрикционные свойства триметалла ограничены толщиной покрытия (12 мкм). Если геометрический дефект или чужеродные частицы превышают толщину покрытия, ее антифрикционные свойства резко падают.

Мягкие свойства биметалла несколько ниже, чем у триметалла, однако они не ограничены толщиной покрытия, поэтому биметаллические подшипники способны прирабатываться к относительно крупным несоосностям и другим геометрическим дефектам. С другой стороны, усталостная прочность (максимальная нагрузка) биметаллических подшипников ниже (40–50 МПа), чем у триметаллических материалов (60–70 МПа). Также биметаллические подшипники без кремния хуже работают с чугунным валом.

Геометрические характеристики подшипников скольжения

Масляный зазор – это основной геометрический параметр подшипников скольжения. Он равняется разнице между внутренним диаметром подшипника и диаметром вала (внут­ренний диаметр подшипника измеряется под углом 90° к линии, разделяющей верхний и нижний вкладыши).

Величина масляного зазора – очень важный показатель. Большой зазор приводит к увеличению потока масла, что снижает его нагрев в подшипнике, однако вызывает неоднородное распределение нагрузки (она концентрируется на меньшей площади поверхности и увеличивает вероятность разрушения вследствие усталости). Также большой зазор производит значительную вибрацию и шум. А слишком маленький зазор вызывает перегрев масла и резкое падение его вязкости.

Типичные величины масляного зазора С: для пассажирских автомобилей Cмин = 0,0005D, Cмакс = 0,001D, для гоночных автомобилей Cмин = 0,00075D, Cмакс = 0,0015D (где D – диаметр вала).

Эксцентриситет является мерой, определяющей некруглость подшипника. Действительно, внутренняя поверхность подшипника не является абсолютно круглой. Она имеет форму, напоминающую лежащий на боку лимон. Это достигается за счет переменной толщины стенки подшипника, имеющей максимальное значение (Т) в центральной части и постепенно уменьшающейся в направлении стыка.

Принято измерять минимальное значение толщины (Te) на определенной высоте h для того, чтобы исключить зону выборки в области стыка. Разница между максимальным и минимальным значениями толщины называется эксцентриситетом: Т – Те.

Эксцентриситет, образованный переменной толщиной стенки вкладыша, добавляется к эксцентриситету, вызванному смещением вала относительно центра подшипника. Наличие эксцентриситета позволяет стабилизировать гидродинамический режим смазки за счет создания масляного клина с большим углом схождения. Рекомендуемые величины эксцентриситета: для пассажирских автомобилей 5–20 мкм, для гоночных автомобилей 15–30 мкм.

Посадочный натяг необходим для обеспечения надежной посадки подшипника в гнезде. Прочно посаженный подшипник имеет равномерный контакт с поверхностью гнезда – это предотвращает смещение подшипника во время работы, обеспечивает максимальный отвод тепла из области трения и увеличивает жесткость гнезда. Поэтому наружный диаметр подшипника и его периметр всегда больше диаметра гнезда и его периметра.

Поскольку прямое измерение наружного периметра подшипника – трудная задача, обычно измеряется другой параметр: высота выступа стыка (выступание). Высота выступа стыка равна разнице между наружным периметром половины подшипника и периметром половины гнезда.

Проверяемый вкладыш устанавливают в измерительный блок и прижимают с определенным усилием F, величина которого пропорциональна площади сечения стенки подшипника. Оптимальная величина высоты выступа стыка зависит от диаметра подшипника, жесткости и теплового расширения гнезда и температуры. Типичные значения высоты выступа стыка для подшипников диаметром 40–65 мм: для пассажирских автомобилей 25–50 мкм, для гоночных автомобилей 50–100 мкм.

Несмотря на самые совершенные конструкцию, материалы и технологии, в эксплуатации ДВС встречаются случаи износов и повреждений подшипников. Чтобы найти и устранить их причины, знание конструкции подшипников необходимо, но недостаточно. Об этом – в следующей статье.

Дмитрий Копелиович

Вкладыши коленвала: неисправности и подбор новых деталей

Одним из важнейших элементов привычного нам ДВС является коленвал. За счет него энергию от сгорания топлива можно передать смежным элементам и обеспечить вращение колес. Ключевой момент здесь: вал вращается. На первый взгляд ничего особенного, но любой инженер подтвердит, что работа с вращающимися элементами требует особого подхода. Ведь необходимо обеспечить вращение для вибраций, а также нагрева, обусловленного действием сил трения. В этом очень помогают вкладыши коленвала, представляющие собой полукольца с т.н. антифрикционным покрытием. На первый взгляд, очень простая вещь, однако грамотному автолюбителя нужно знать об этих элементах коленвала все. Об устройстве вкладышей, их неисправностях, а также методике замены вы узнаете из материала Avto.pro.

Подробнее о детали

Вкладыши по своей сути – это подшипники скольжения, в которых нуждаются шатуны, вращающие коленвал, и отдельные части самого вала. Вращение обеспечивает сгорающая в цилиндрах двигателя смесь воздуха и топлива. Разумеется, двигатель работает при больших нагрузках и стремится как можно сильнее раскрутить коленчатый вал. Проблема возможного трения деталей здесь стоит особенно остро, причем возникновение т.н. сухого (безмасляного) трения может вывести двигатель из строя очень быстро. Решение простое: обеспечить постоянное наличие тонкой масляной пленки. Выходит, что вкладыши коленчатых валов представляют собой лишь своеобразную защиту, которая поддерживает масляную пленку в местах трения. В идеале из строя по адекватным причинам вкладыши должны выходить. Сразу отметим, что вкладыши коленвала бывают следующие:

• Коренные. Такие вкладыши располагают между самим валом и теми местами, в которых он проходит через корпус двигателя;
• Шатунные. Их устанавливают между шатунами и шейками автомобильного коленвала.

Как уже было указано выше, вкладыши коленвала не похожи на классические роликовые или шариковые подшипники – они выглядят как обычные полукольца. Дело в том, что обычные подшипники не выдержат нагрузок, которые выдает силовой агрегат автомобиля. Лишь в некоторых маломощных моторах установлены подшипники качения, тем временем как наиболее распространенными являются именно подшипники скольжения. Резюмируя, назначение вкладышей коленчатого вала в следующем:

• Обеспечить нормальную передачу сил и моментов, которые возникают при работе силового агрегата;
• Минимизация сил трения, которые возникают в местах контакта коленвала, опор блока цилиндров, а также шатунов;
• Центровка деталей, правильное позиционирование;
• Распределение масла.

Здесь стоит отметить, что со временем геометрия вкладышей меняется. Сильно изношенные детали необходимо менять, но в качестве замены не всегда подходят оригинальные вкладыши, установленные еще на заводе автоконцерна. Рекомендуется установка вкладышей ремонтных размеров, толщина которых больше. Если на старый двигатель установить не ремонтные вкладыши, зазор между деталями будет слишком большим, что может вылиться к появлению стуков и интенсивному износу коленчатого вала.

Как устроены вкладыши коленвала

Конструкция современных подшипников скольжения коленчатого вала составная. Она включает в себя пару металлических полуколец, которые охватывают шейку коленчатого вала и снизу, и сверху. Сами полукольца при этом плоские – иначе бы не удалось создать достаточно небольшой зазор между вкладышем и валом. Кроме того, во вкладышах предусмотрены такие элементы:

• Одно или два отверстия, через которые масло может двигаться к масляному каналу;
• Продольная канавка, если это коренной вкладыш (нижний) или же верхний шатунный;
• Боковые стенки, если вкладыш упорный;
• Фиксирующий замок, выполненный в виде пазов под штифтовое крепление или в виде шипов.

Сами вкладыши при этом бывают биметаллические или же триметаллические. Самыми простыми и распространенными являются именно биметаллические вкладыши, основой которых является полосы 0,9 – 4,0 миллиметра толщиной из стали и с антифрикционным покрытием, толщина которого составляет 0,25 – 0,40 миллиметра. Как правило, такое покрытие выполнено из мягкого сплава меди, свинца и олова. Реже встречается сплав из меди, алюминия и олова, а также свинца, алюминия, олова и кремния. Как правило, медь и алюминий составляют 75% сплава.

Менее распространенные триметаллические вкладыши коленвала имеют специальный покровный слой очень малой толщины. Он призван защитить вкладыш от коррозии и быстрого износа. Состав сплава почти аналогичен составу для антифрикционного слоя, вот только в нем содержится очень много свинца и довольно мало меди. Кроме того, самые продвинутые и дорогостоящие вкладыши могут иметь дополнительные защитные слои – один с внутренней, а второй с наружной стороны. В составе защитных слоев может встречаться олово и никель. Сразу отметим, что подшипники скольжения имеют иногда имеют весьма занятные исполнения, так как автоконцерны могут создавать вкладыши по-своему, не руководствуясь единым стандартом.

Причины и признаки неисправности

Вкладыши могут выходить из строя по ряду причин. Разумеется, эксплуатационный ресурс вкладышей очень большой, так что автолюбители не так часто сталкиваются с необходимостью их замены. Но если поломка все же случилась, действовать нужно незамедлительно. Рекомендуется сразу обратиться на СТО, где двигатель сможет осмотреть специалист. Однако продлить эксплуатационный ресурс вкладышей автолюбитель может. Вот по каким причинам данные детали могут выходить из строя:

1. Попадание инородных тел;
2. Усталость металла;
3. Износ вследствие проникновения олова;
4. Коррозия поверхности;
5. Грязевая эрозия;
6. Недостаточное смазывание;
7. Эрозия из-за кавитации;
8. Несоостность.

Как видите, причин выхода из строя довольно много. Давайте рассматривать их по порядку. Касательно первой причины: если на рабочую поверхность вкладыша попадают инородные тела или же грязь, дальнейший износ вкладыша происходит ускоренно. Строго рекомендована очистка системы и замена подшипников, если они имеют критический износ. Касательно второй: усталость может быть вызвана как длительной эксплуатацией, так и чрезмерной нагрузкой на деталь. Стоит опасаться как установки низкокачественных вкладышей, так и недогорания топлива в камерах и неправильного тюнинга мотора. Кроме того, имеет смысл проверить форму шейки вала. Касательно третьей: если вкладыш перемещается на своем посадочном месте, в местах, где слой олова значителен, он может изнашиваться намного сильнее. Здесь рекомендован осмотр, очистные работы и корректировка. Касательно четвертой причины: ускоренный износ детали и появление на ней следов коррозии зачастую связано с применением низкокачественного моторного масла. При этом особняком стоит выход вкладышей из строя вследствие грязевой эрозии (пятый пункт списка). На вид все просто: из-за скопления грязи на вкладышах, а в иных случаях и в области вокруг масляных отверстий, детали изнашиваются быстрее. На деле же причин, по которым в системе появляется так много грязи, несколько. Рекомендована замена масла, а также масляных и воздушных фильтров.

Одной из самых частых причин, по которой любые вкладыши приходится менять чаще обычного, кроется в невысоком качестве смазывания (шестой пункт списка). Вследствие возникновения сухого трения вкладыши могут изнашиваться очень сильно. Рекомендуется проверить систему смазывания агрегата, а также убедиться в опор вкладышей и общей целостности вала. Касательно седьмой причины: проверьте, нет ли в моторном масле примесей антифриза от утечки. Также имеет смысл убедиться в правильности зазоров вкладышей. В иных случаях эрозия из-за кавитация может быть вызвана частой детонацией топлива и слишком большой скоростью тока моторного масла в системе. Сам вкладыш при этом будет иметь хорошо заметные точки вымывания. И, наконец, что касается восьмой причины: если вкладыш сильно изнашивается ближе к кромке, нужно проверить правильность расположения осей вкладышей и шейки.

Выявить поломку вкладыша зачастую удается лишь в самый последний момент. Именно по этой причине производители автомобилей рекомендуют периодически проводить диагностику двигателя, менять вкладыши, опционально производить шлифовку шеек коленчатого вала. Если вы слышите глухой металлический стук в районе двигателя, критически высока вероятность того, что его источником является вал с изношенными вкладышами. Как показала практика, стук шатунных вкладышей имеет высокую резкость и очень хорошо прослушивается, если вы удерживаете холостые обороты и затем резко подгазовываете.

Немного о подборе вкладышей

Самостоятельный подбор вкладышей – довольно рисковое дело, так как вероятность выбрать деталь, которая не вполне подходит к коленвалу вашего автомобиля, будет сложно. Дело в том, что потенциальному покупателю важно учитывать не только совместимость запчасти с автомобилем, но еще и состояние некоторых его узлов. В данном случае речь идет об коленчатом вале, который еще и придется отшлифовать. Так что без обращения к эксперту, который разберет двигатель и проведет диагностику, зачастую не обойтись. Вполне вероятно, что придется устанавливать ремонтные вкладыши большой толщины. Такие детали можно искать по следующим параметрам:

• Данные автомобиля;
• VIN-код;
• Код подходящего вкладыша.

Проще всего вести поиски в каталогах интернет-магазинов. Там автолюбитель сможет, к примеру, найти оригинальные вкладыши и, отталкиваясь от них, подобрать ремонтные. Если старые вкладыши просто износились по причине длительной эксплуатации и значительных нагрузок, есть вероятность того, что дефектовка коленчатого вала не потребуется. Из этого следует, что подходящие вкладыши будет подобрать несколько проще.

Если вы хотите выполнить как можно более значительный объем работ самостоятельно, то для начала вам придется определить показатель зазора. Для этого нужен динамометрический ключ и специальная калибровочная проволока. Если зазор большой, это говорит о необходимости расточки вала и дальнейшей установки ремонтных вкладышей. Работу с валом можно доверить исключительно профессионалам. Размер подходящих вкладышей можно определить микрометром. В технических руководствах тоже можно найти полезную для поиска вкладышей информацию.

Вывод

Вкладыши коленчатого вала – простые и, на первый взгляд, невероятно живучие элементы современных двигателей. Практика успела показать, что с необходимостью замены вкладышей за весь период пользования автомобилем приходится сталкиваться один-два раза. Но не стоит думать, что это именно та деталь, которая не должна ломаться. Напротив, вкладыши иногда называют защитными элементами коленчатого вала, так как они одними из первых принимают на себя удар. Если вы столкнулись с необходимостью замены вкладышей, ни в коем случае не медлите. Обратитесь к специалисту по двигателям и доверьте все ему, или же попытайтесь сделать часть работы самостоятельно.

Вкладыши шатунные: устроййство, назначение, описание

При работе двигателя шатун вращает коленчатый вал, который, в свою очередь, вращает маховик. Для обеспечения минимального трения и минимального износа в узле используется вкладыш шатунный. Это подшипник скольжения.

Назначение

Вкладыши коленчатого вала применяются, чтобы обеспечить возможность вращения коленвала. Процесс вращения происходит в результате сгорания в цилиндрах ДВС топливно-воздушной смеси. Трение, которое вызывается усиленными нагрузками, высокими скоростями, может стать причиной выхода двигателя из строя. Чтобы предотвратить эту ситуацию и снизить трение, составные элементы покрываются тончайшей пленкой смазочного материала. Слоем масла покрыт и вкладыш шатунный вместе с шейкой вала. Так подшипник позволяет снизить трение.

Устройство

В отличие от коренных подшипников, вкладыши шатуна работают в более нагруженных условиях. Деталь состоит из двух половин — металлических полуколец. Верхняя половина подвержена непродолжительным, однако очень значительным нагрузкам. Нижняя половина детали воспринимает на себе более длительные нагрузки от силы инерции поступательного движения и вращающихся масс.

Вкладыш шатунный — это тонкостенные металлические полукольца из стальной полосы со специальным антифрикционным покрытием. Вкладыш устанавливается в головку шатуна с определенным натягом. Он создается за счет того, что дуга элемента удлиняется на расстояние сжатия по периметру постели.

Материалы

Вкладыш представляет собой стальную полосу с нанесенным на нее антифрикционным покрытием. В качестве этого покрытия применяются различные сплавы, в основе которых лежит медь, алюминий, свинец. Сплавы на основе алюминия и меди равноценные по несущим характеристикам, но сплавы алюминия и олова быстрее приработаются к шейке вала, меньше подвержены износу, меньше изнашивают шейку, имеют меньшую чувствительность к качеству масла.

В дизельных моторах применяют вкладыши на основе стали и алюминия. В качестве антифрикционного материала чаще выступают такие сплавы, как А020, А06. В карбюраторных бензиновых силовых агрегатах применяют сплавы АМО1-20 с промежуточным слоем из чистого алюминия. В большегрузных КамАЗах используются вкладыши шатунные из стали и бронзы. В качестве антифрикционного слоя примется сплав БрС30.

Детали, изготавливаемые из прочных материалов, дополнительно имеют очень тонкий слой свинца и олова. Слой, несмотря на толщину всего 0,02 миллиметра, позволяет значительно улучшить приспосабливаемость вкладыша к дефектам и деформациям шейки вала и лучше поглощать абразивные частицы. Повышается усталостная прочность базового антифрикционного покрытия.

Особенности маркировки

Если детали подшипника изношены или повреждены, когда не получается получить правильный зазор коленвала, ситуацию можно улучшить путем подбора новых вкладышей. Если шатуны растачивались, то они должны быть укомплектованы деталями соответствующих ремонтных размеров шатунных вкладышей. Обычно подбор доверяют специалистам.

При выборе новых шатунных подшипников ориентируются на маркировку по цветам — нужно смотреть на те детали, которые сняты с автомобиля. Если на элементах старых подшипников не сохранилось цветовой маркировки, то ищут ее на нижних головках. Там нужно увидеть метку в виде цифры — это класс подшипника. Также проверяют буквенные метки на коленчатом валу — они определяют размеры шатунных шеек.

Чтобы ориентироваться в карте выбора подшипников, используют маркировку на блоке цилиндров. Например, С3 говорит о том, что нужно устанавливать желтый и зеленый вкладыш. При этом любой из них может быть установлен в крышку или в постель. При выборе новых подшипников пользуются идентификационной цветовой картой маркировки шатунных вкладышей. Так, если найти букву на шейке шатуна и цифру на шатуне (например, D4), то по этой карте нужен подшипник синего цвета. Естественно, нужно помнить, что для разных двигателей цвета могут быть другими.

Особенности замены, момент затяжки

Вначале проверяют зазор между коленчатым валом и вкладышем. Проверить его можно калибровочной проволокой. Далее монтируют крышку шатуна с вкладышем. Крышка должна устанавливаться строго на тот шатун, с которого она снималась в процессе разборки и дефектовки двигателя. Далее нужно затянуть крышки.

Момент затяжки шатунных вкладышей меньше, чем для коренных. На примере двигателя ВАЗ-2108: крышку затягивают с усилием от 43 до 53 Нм. На «Приоре» шатунные подшипники затягивают с усилием в 43,3-53,5 Нм.

Вывод

Вот что такое вкладыши шатунов. Это достаточно важные детали, без которых двигатель работать не сможет. Если их износ предельный, вкладыши может провернуть внутри мотора и шейка шатуна будет интенсивно изнашиваться. Двигатель может и вовсе заклинить — нужно лить в мотор только качественное масло и регулярно его менять (иногда даже раньше, чем указано в регламенте).

Коренные и шатунные вкладыши | Oil-club.ru

 

Как часто в разговорах и бывалых водителей и механиков, и новичков можно услышать фразу: «Движок стуканул!» или «Провернуло вкладыш». И все, или почти все, понимают, что разговор идет об аварии двигателя внутреннего сгорания, а именно, о выходе из строя подшипников скольжения коленчатого вала, будь то коренных, или шатунных. Эти аварии занимают одно из первых мест по частоте из всех серьезных происшествий с двигателем. Причем, чего греха таить, вину за происшедшее чаще всего возлагают на моторное масло. «Я, мол, залил масло такое-то, вот его качество и виновато!». А между тем, с одной стороны, имеется достаточное количество причин выхода из строя подшипников коленчатого вала, и далеко не все из них напрямую связаны с качеством моторного масла, а с другой стороны, имеется громадный опыт безаварийной эксплуатации таких же подшипников с не укладывающемся в нашем представлении пробегом в один, два и даже более миллионов километров.

Так какие же факторы могут стать причиной выхода подшипников из строя? Как по внешнему виду аварийного подшипника можно выявить эту причину? Как добиться того, чтобы за время эксплуатации автомобиля исключить хотя бы этот тип аварии двигателя? Вот с этими вопросами мы и попытаемся разобраться в этой статье.
Но для начала посмотрим, как устроен обычный подшипник коленчатого вала.

Рис. 1. Типичная конструкция коренного подшипника

На рисунке показан типичный состав слоев (от коленчатого вала по направлению к ложу подшипника) и их толщина:

1. Защитный оловянный слой толщиной 1 микрон;
2. Покровный слой — сплав медь (3%) – олово (8-12%) — свинец (до 100%), толщина 12-25 микрон;
3. Никелевая прокладка (никелевый барьер), толщина 1-2 микрон;
4. Вкладыш подшипника — сплав меди (69-75%), свинца (21-25%) и олова (3-4%), общей толщиной 250-400 микрон;
5. Стальная основа толщиной 2-4 миллиметра и
6. Защитный оловянный слой толщиной 0.5 микрон.

В некоторых случаях вкладыш подшипника изготавливают не из меди, свинца и олова, а из специального алюминиевого сплава.
Такая конструкция подшипника обеспечивает его следующие положительные характеристики:
Согласованность покровного слоя: мягкий гладкий материал этого слоя должен поддаваться (изнашиваться) для соответствия отклонениям размеров вала и незначительной несогласованностью с осью вращения, особенно при обкатке. Материал покровного слоя легко поддается без ущерба шейке вала.
Поглотительная емкость покровного слоя: мельчайшие частицы твердых веществ (грязи, продуктов износа и т.п.) могут поглощаться мягким материалом покровного слоя и покрываться мягкой пленкой, предотвращая вредные задиры, а, следовательно, износ шейки вала и самого подшипника.
Стойкость к заклиниванию: задир, истирание и рифление поверхности может вызываться твердофазной сваркой между скользящими поверхностями в случае, когда масляная пленка между подшипником и шейкой вала тонка или разорвана. Основной компонент покрытия, а именно, свинец является мягким металлом, который может работать в условиях граничной (плохой) смазки при запуске или останове двигателя. Исследователи подтвердили, что пленка с малым напряжением сдвига (т.е. покровный слой) на металле с высоким напряжением сдвига (т.е. на вкладыше) обеспечивает наименьшее трение. Опыт эксплуатации показывает, кроме того, что подшипники дизельных двигателей до 1996 года, не содержащие покровного слоя, часто заклинивали и проворачивались, особенно при запуске.
Коррозионная устойчивость покровного слоя: Она необходима для предотвращения коррозионного разъедания медно-свинцового вкладыша. Свинец легко поддается разрушению окисленным маслом или маслом с недостаточным общим щелочным числом (TBN), и значит, не способен бороться с кислотными продуктами сгорания топлива. Без покровного слоя, свинец вкладыша будет энергично растворяться, вызывая снижение его прочностной структуры. Для снижения разъедания покровного слоя, свинец в нем сплавлен с устойчивым к кислотам оловом, который, кроме того, упрочняет структуру покрытия.
Никелевый барьер: тонкий слой никеля между покровным слоем и вкладышем необходим для предотвращения миграции олова из покровного слоя в медно-свинцовый вкладыш при высоких рабочих температурах, а также со временем. Без никелевого барьера олово из покровного слоя будет проникать в материал вкладыша и образовывать нежелательные хрупкие сплавы с медью. При диффузии олова в медь наблюдаются два вредных эффекта. Уменьшение количества олова в сплаве покровного слоя уменьшение коррозионную устойчивость этого слоя. С другой стороны, хрупкие интерметаллические сплавы олова с медью могут вызывать проворачивание подшипника в случае, если до них достанет шейка вала. Чтобы избежать необходимости нанесения никелевого слоя, некоторые изготовители подшипников применяют свинцово-индиевый покровный слой.
Защитный слой: оловянное покрытие, которое защищает подшипник от атмосферной коррозии (ржавление стальной основы) и позволяет длительное хранение в обычных условиях.
Подшипники с алюминиево-кремниевым сплавом применяются реже медно-свинцовых. Они значительно сильнее подвергаются кавитации в высокоскоростных высоконагруженных двигателях. Технология их изготовления несколько сложнее, так как для того чтобы на алюминиевый сплав вкладыша нанести покровный слой приходится использовать специальную технологию для получения высококачественного сцепления.
Полевые испытания выпускаемых в США дизельных двигателей показали, что подшипники этих двигателей могут работать 1 миллион (1.6 млн. км) и более миль без замены. Но чтобы достигнуть такого срока службы, требуется комбинация нескольких факторов:

1. Качественные подшипники, которые правильно установлены.
2. Коленчатый вал с правильными контурами шеек с соответствующим качеством обработки поверхности.
3. Надлежащая практика технического обслуживания по срокам замены масляного и воздушного фильтров.
4. Рекомендованные изготовителем двигателя интервалы замены масла.
5. Предотвращение попадания в моторное масло охладителя и топлива.
6. Использование масла соответствующих градаций вязкости SAE и стандарта качества API.
7. Контроль эксплуатационных условий двигателя для исключения сильной перегрузки, чрезмерных оборотов, перегрева двигателя.

Эксперимент проводился в транспортных парках, имеющих грузовики Cummins, Detroit Diesel, Caterpillar и Mack. В результате этого испытания было упразднено ранее действующее правило «критерия обобщенного износа» в 300 000 миль (483 000 км), т.е. после такого пробега двигатель ставился на капитальный ремонт.
Испытуемые двигатели имели мощность 220-260 кВт (300-365 л.с.) с заменами масла в интервале от 15 000 до 32 000 миль (23 000 – 50 000 км). Однако подшипники одного из новых грузовиков Mack проработали 1 млн. миль при интервалах смены масла в двигателе через 50 000 миль (80 000 км). Более чем десятилетние полевые испытания показали, что при соответствующей эксплуатации наиболее нагруженные подшипники, а именно, шатунные, имеют безаварийный пробег от 1 до 1.5 млн. миль (до 2 400 000 км)!
Такие интервалы безаварийной работы моторных подшипников не в последнюю очередь зависят от улучшения в стандартах качества масел API. Внутри этой системы определены строгие проверочные испытания, в том числе и на коррозию подшипников. Это тесты:

• моторный бензиновый тест L-38 на износ подшипника
• стендовый тест Cummins на коррозию подшипника
• дизельный тест Mack T-9.

 

Тест L-38

Тест L-38 был разработан для оценки влияния смазочного материала на медно-свинцовый подшипник и стабильность масла к сдвигу. Все моторные масла, имеющие действующие спецификации API (CD, CF-2, CF-4, CG-4, SH, SJ) должны пройти тест L-38 на износ подшипника. Тест использует одноцилиндровый двигатель Labeco, который был разработан в 1950 году и до сих пор работает на этилированном бензине. Для теста используются медно-свинцовые подшипники без покровного слоя.
Цель теста – оценить коррозионную способность окисленного смазочного материала на подшипник. Окисленное масло содержит в своем составе органические кислоты, корродирующие свинец. Для этого температура масла в главной масляной магистрали двигателя L-38 поддерживается при 143°С во время всего 40-часового испытания. Двигатель гоняется при очень маленькой нагрузке при 3150 об/мин. Эти скорости и нагрузки гарантируют постоянный поток масла вдоль поверхностей подшипника. Если масло окисляется, то коррозия верхних и нижних подшипников произойдет однородно поперек вкладышей. Уровень воздействия определяется потерей веса подшипника до и после испытания.
В современных высококачественных маслах (т.е. API CF-4/CG-4/SH/SJ) окисление масла хорошо подавляется ингибиторами окисления, моющими и противозадирными присадками. Однако, в масле могут происходить сложные химические взаимодействия с образованием продуктов, способных корродировать медно-свинцовый сплав, или активная сера из пакета присадок будет разрушать вкладыш подшипника. В этом случае тест L-38 еще до поступления масла в продажу будет гарантировать, что его состав правильно сбалансирован по присадкам.
В 2001 году этот тест должны перевести на неэтилированный бензин для новой бензиновой спецификации API SL.
 

Стендовое испытание на коррозию Cummins

В 1985 году было установлено коррозионное разрушение бронзового пальца ролика толкателя клапанов. Это разрушение было обусловлено высокими уровнями дитиофосфата молибдена, добавляемого к маслу API CD/SF в качестве присадки для экономии топлива. Масла, использующие эту присадку, проходили тест L-38.
Такой бронзовый палец изготавливается из сплава, содержащего 95% меди и 5% олова и используется во многих дизельных двигателях и по сей день. Однако, дитиофосфат молибдена вызвал серьезный коррозионный износ пальца, образуя легко изнашиваемый сульфид меди.
Такое разрушение можно смоделировать в стендовых испытаниях и этот тест добавился при испытании масел API CG-4/CH-4. В тесте используются четыре металлических пластины из чистых свинца, меди и олова и фосфористой бронзы. Эти пластины погружаются в 100 мл масла, нагретого до 135°С с барботажем воздуха на 168 часов. По окончанию теста масло анализируется на содержание в нем вышеназванных металлов, а пластинка меди – на изменение цвета.
 

Тест Mack T-9

Хотя тесты L-38 и Cummins успешно применяются для исключения коррозии подшипников, они ничего не могут сказать о продленных интервалах смены масла, в результате которых общее щелочное число (TBN) масла может упасть ниже допустимого уровня и вызвать кислотное разрушение подшипников.
Тест Mack T-9 имеет продолжительность 500 часов. За это время, масла прошедшие тесты L-38 и Cummins, но имеющие недостаточное общее щелочное число вызовут износ колец и гильз и коррозию подшипников. Тест был введен в спецификацию CH-4 и из-за него TBN масел CH-4 возрос до 9-12.5.
Тест Mack T-9 показал, что он является точным инструментом для измерения коррозии медно-свинцовых подшипников с оловянно-свинцовым покрытием. Двигатель Mack 1994 года, рядный, 6-ти цилиндровый, 12-ти литровый развивает мощность 269 кВт (350 л.с.) при 1800 об/мин. Устанавливаются такие моторные условия, что первые 75 часов теста протекают при расчетной нагрузке, а остальные 425 часов при максимальном вращающем моменте (1250 об/мин) с 15% передозировкой топлива, что дает возможность получить 290 кВт мощности (390 л.с.). Максимальное давление сгорания в этих условиях 20.7 МПа. Понятно, что пиковый вращающий момент производит высокий износ колец и гильз, а также высокий износ подшипников. Температура масла в главной масляной магистрали 104°С, содержание серы в топливе 0.05 вес. %.
Высококачественные моторные масла, прошедшие эти тесты, в сочетании с высококачественными подшипниками и соответствующей практикой техобслуживания позволят эксплуатировать двигатели до пробега в 1 млн. миль
Однако за длительный период наблюдений набрались факты выхода моторных подшипников из строя. Далее приводится анализ причин, вызвавших эти аварии.
 

Утечка охлаждающей жидкости (антифриза)

Коррозия подшипников, обусловленная утечкой охлаждающей жидкости на основе гликолей (антифриз и т.п.) обычно совершенно очевидна. Корродируют все медно-свинцовые подшипники (шатунные, коренные и полуподшипники опоры вала), а также масляный радиатор.
Подшипники имеют яркий медный цвет. Здесь наблюдается полная потеря покровного слоя. На микрофотографиях сканирующей электронной микроскопии можно было увидеть значительную коррозию меди и свинца.

Рис. 2. Электронная микрофотография коррозии шатунного подшипника, вызванная утечкой гликолевой охлаждающей жидкости. Увеличение 150х.

Этиленгликоль, основа охлаждающих жидкостей, при попадании в моторное масло в столь суровых условиях (высокая температура и сильное насыщение воздухом) легко окисляется до щавелевой и муравьиной кислот. Это относительно сильные органические кислоты и легко реагируют с окислами меди и свинца. Химическое коррозионное разрушение органическими кислотами, как полагают, продолжает воздушное окисление меди и свинца. Образовавшиеся соли легко растворяются в потоке масла и уносятся с поверхности подшипника. В результате – яркая свежая поверхность металла, открытая для дальнейшего разъедания.
 

Миграция олова из покровного слоя

Подшипники были возвращены с полевых испытаний после проворачивания при относительно малом пробеге в 280 000 миль (450 000 км). Исследования показали, что два разных поставщика снабжали данные двигателя подшипниками, и подшипники одного из них выходили из строя чаще и в динамометрических, и в полевых испытаниях. Все они демонстрировали удаление покровного слоя.
Ни один из этих аварийных подшипников не имел никелевой прослойки между покровным слоем и вкладышем. При исследовании новых подшипников было установлено, что при их производстве олово из покровного слоя продиффундировало в сплав вкладыша и прореагировало с медью. Рентгеновский дифракционный анализ показал на границе раздела покровного слоя и вкладыша слой интерметаллического соединения толщиной 2 μm состава εCu₃Sn. В этом случае покрытие содержало 7% олова. Другой же подшипник, содержащий в покровном слое 19% олова, образовал слой интерметаллида толщиной 1.2 μm.
Интерметаллическое соединение εCu₃Sn является весьма твердым веществом с высокими фрикционными свойствами. И если в результате коррозии подшипник теряет покровный слой, то шейка коленчатого вала, войдя в контакт с твердым интерметаллидом, проворачивает подшипник и приводит к аварии двигателя. Решение проблемы – использование прослойки из никеля толщиной 1-2 микрона между покровным слоем и вкладышем в медно-свинцовых подшипниках. Никелевая прослойка выполняет функцию барьера, не позволяющему олову покровного слоя диффундировать во вкладыш со всеми вытекающими последствиями.
 

Потеря подшипником покровного слоя из-за незначительных утечек охлаждающей жидкости

Ранее мы рассмотрели коррозию подшипников из-за значительной утечки охлаждающей жидкости. Но оказывается, что и небольшие количества жидкости в моторном масле могут вызвать аварию подшипников.
Аварийные подшипники были лишены покровного слоя с частичным или полным обнажением металла вкладыша красного цвета. Исследование подшипников сканирующей электронной микроскопией показало наличие белых сферических частиц (шариков) со средними размерами от 15 до 40 микрон. Эти шарики не только поглощались покровным слоем, но и как бы пахали его. В результате, покровный слой был удален как бы абразивным износом, хотя и не в классическом смысле режущим действием шлифовальным зерном, но деформацией и вспахиванием мягкого материала такими шариками.
Было ясно, что сферические частицы были тверже покровного слоя, а по своему химическому составу (кальций, фосфор, сера и др.) они образовались из присадок моторного масла. Эти частицы назвали «масляными шариками».
Лабораторные исследования показали, что «масляные шарики» можно получить энергичным перемешиванием 2% гликоля с обычным моторным маслом в лабораторном стакане при 150°С в течение 2 часов.

Рис. 3. Электронная микрофотография «масляных шариков» вмурованных в покровный слой и вспаханный слой. Увеличение 1000х.

Механизм их образования следующий. Моторное масло в работающем двигателе энергично перемешивается вращающимся коленчатым валом и ударами шатунов. При наличии в масле небольшого количества охлаждающей жидкости или воды, они распределены в объеме масла в виде микроскопических капелек. Так как растворимость веществ присадок в воде значительно большая, чем в масле, в этих капельках сосредотачивается большая концентрация химических компонентов. При высокой температуре очень быстро протекают химические реакции между веществами присадок, приводящие, в конечном счете, к образованию весьма твердых по своей природе фосфорным соединениям кальция и цинка. И как только такая капелька «рассола» попадет на поверхность масла или на поверхность горячей детали, вода мгновенно испаряется и остается сферический комочек твердого вещества – «масляный шарик». Ну а дальше все просто. Попадая с потоком масла в зазор между шейкой коленчатого вала и подшипником, эти шарики начинают вести свою разрушительную работу – покровный слой подшипника по мере размеров «шариков» или поглощает их, если они меньше его толщины, или слой вспахивается, если «шарики» более крупные. Вспаханный слой обладает значительно худшей адгезией (прилипанием) к нижележащему вкладышу и начинает энергично смываться. Результат видели многие водители и механики – поверхность подшипника из серебристой становится сплошь красной или пятнистой. А в этом случае и до «стука» недалеко.
Однако, иногда наблюдается потеря покровного слоя на краях шатунных подшипников. Этот феномен не приводит, как правило, к аварии, но вызывает интерес механиков-мотористов. Это явление вызывается постелью шатунного подшипника, не являющейся совершенно ровной и прогибающейся по краям, где она менее жестка. Часто повышенная нагрузка на краю подшипника вызывается вогнутой поверхностью шейки вала, которая объясняется чрезмерной полировкой шейки в середине. Кроме того, масляная пленка на краю подшипника минимальна по толщине и несущей способности из-за срыва подъемной силы масляного клина на открытом участке.
 

Нарушение сцепления: отделение медно-свинцового сплава вкладыша от стальной основы

Достаточно редко, но наблюдается выход одного подшипника за другим в совершенно нормальных условиях эксплуатации. На таких подшипниках невооруженным глазом видны открытые свищи на поверхности вкладыша и рядом по направлению вращения коленчатого вала вчеканеные в покровный слой выколовшиеся фрагменты вкладыша. Другие же фрагменты, унесенные потоком масла, могут явиться причиной вторичных повреждений. Микроскопические исследования поперечного среза такого свища показывают наличие пустоты. Оплавленный вид стенки раковины (свища) дает основание предположить о производственном дефекте таких подшипников при литье.
 

Рис. 4. Расслоение. Показана дыра в медно свинцовом сплаве и соответствующий кусок из этой дыры. Увеличение 3х.

Кавитационные повреждения подшипников

 Кавитация, или правильнее, кавитационная эрозия, не вызывает аварии подшипника, но результатом ее является пятнистый вид поверхности подшипника. Обломки слоев подшипника, образовавшиеся в результате кавитационной эрозии, попадают между шейкой вала и покровным слоем и впечатываются в него.

Рис. 5. Прогрессирующая кавитационная эрозия алюминиевого шатунного подшипника вблизи поверхности разъема.

Кавитационная эрозия – результат действия микроструй высокого давления, образующихся в момент схлопывания пустот в объеме масла в зоне отрицательного давления. В масле в подшипниках отрицательные давления возникают в двух случаях – при вибрации и наличии быстро разбегающихся трущихся поверхностей, разделенных масляной пленкой. Разрыв непрерывной жидкой фазы в области пониженных давлений порождает образование пустот в виде пузырьков, которые с огромной скоростью схлопываются при попадании в область повышенных давлений. В этот момент образуется реактивная микроструя, несущая огромную (для размеров пузырька) энергию. Ее направление и удар могут быть направлены в любую сторону, но если струя попадает на поверхность мягкого покровного слоя подшипника, она как кумулятивный снаряд, разрывает ее. Микрооспины разрушений постепенно разрастаются, объединяются и вот они уже становятся заметны невооруженным глазом. В микротрещины между поврежденным покровным слоем и вкладышем проникает масло, ослабляя силы сцепления покрытия с вкладышем. Кроме того, тепловые перепады влияют на масло и металл, опять же раскачивая зоны сцепления двух слоев. Через некоторое время крупные куски покровного слоя отваливаются и уносятся потоком масла, вызывая затем вторичные разрушения, или вчеканиваются в еще целую поверхность покрытия, меняя ее прочностные и эксплуатационные характеристики. Подшипники выходят из строя.
По данным исследователей процесса кавитационной эрозии подшипников, она может происходить в результате:

• флуктуации (колебаниям) давлений в потоке масла из-за особенностей поверхности подшипника и шейки вала, таких как канавок и сверлений;
• инерционных эффектов масла внутри сверлений шатуна, используемых для подачи масла к шатунному пальцу и для охлаждения поршня;
• вибрации шейки вала в пределах зазора подшипника.

Зона скопления кавитационных повреждений в основном сосредоточена на верхнем шатунном подшипнике из-за упругой деформации верхнего бугеля при различных тактах двигателя, вызывающей образование пустот и их схлопывание в масляной пленке. Кроме того, не последнее место в образование пустот занимает и сверление шейки вала для подачи масла к подшипнику.
Хотя кавитационная эрозия наблюдалась и на медно-свинцовых подшипниках, более часто она проявляется на алюминиевых подшипниках из-за их более низкой усталостной прочности.
 

Абразивный износ покровного слоя

Это один из самых распространенных механизмов аварии подшипников. Однако этот тип аварий в настоящее время с успехом устраняется применением превосходных систем фильтрации моторного масла. Современные двигатели работают с 25-40 микронными полнопоточными фильтрами в комбинации с 10-15 микронными байбасными фильтрами. В некоторых случаях 25-40 микронные фильтры объединены с центрифужными фильтрами.
Однако, поломки подшипников, обусловленные грязью, происходят в очень мощных двигателях. С середины 90-х годов мощности транспортных грузовиков и внедорожных транспортных средств значительно возросла. Из-за увеличения нагрузок на подшипники, некоторые производители двигателей склоняются к «напыленным покрытиям» для увеличения их грузоподъемности. Эти гетерогенные алюминиево-оловянные покрытия имеют большую стойкость к износу и усталости, но меньшую поглотительную способность для грязи. Их безаварийная работа еще в большей степени зависит от чистоты двигателя и очистительной системы моторного масла.

Рис. 6. Поверхность шатунного подшипника. Показан абразивный износ вблизи масляного отверстия.

Начиная с 1991 года, растет уровень сажи в моторном масле. Это вызвано ограничениями по выбросам окислов азота в атмосферу с выхлопными газами. Для снижения уровня окислов азота в выхлопных газах необходимо снизить температуру сгорания топлива в цилиндрах дизельных двигателей. Для этого применяют более поздний впрыск топлива. Но в этом случае, вместе со снижением уровня окислов азота, происходит повышенное образование сажи, которая накапливается в моторном масле. Весьма актуальным становится вопрос борьбы с сажевым износом подшипников, и особенно подшипников и деталей кулачкового вала газораспределительного механизма верхнего расположения.
 

Разрыв масляного потока: авария одиночных подшипников

Во время эксперимента встречались случаи выхода одиночных подшипников из строя без видимых причин. Анализ аварийных подшипников показал наличие контакта «металл-металл» между подшипником и шейкой вала. Вид такого подшипника приведен на рис. 7.
Очевидно, несущая способность масляной пленки в какие то моменты оказывалась недостаточной. Такое может произойти из-за не соответствующей подачи масла, чрезмерной нагрузки, неточного попадания размеров в допуски, перегрев подшипника или какой-нибудь комбинации перечисленных факторов.
На ряде внедорожных транспортных средств, все такие аварии происходили во время резкого снижения нагрузки в процессе работы. Проворачивало только по одному подшипнику, в то время как остальные были в хорошем состоянии. Это значит, что количества масла, поступающего на аварийный подшипник, вдруг стало недостаточно. На минимальную величину масляной пленки могут влиять два основных фактора – вибрация мотора и разбаланс распределения нагрузки. При этом может произойти разрыв масляного потока. У подшипника, к которому на мгновение не поступает масло, резко подскакивает температура. Увеличение температуры производит двойной эффект: понижение вязкости масла и уменьшение зазора между подшипником и валом. С уменьшением вязкости масла происходит изтоньшение масляной пленки, а с уменьшением зазора уменьшается количество поступающего масла. Такой цепной процесс быстро приводит к заклиниванию и проворачиванию подшипника.

Рис. 7. Авария подшипника распределительного вала. Показан размазанный свинец вблизи центра подшипника, расплавленный свинец вокруг масляного отверстия и на краю подшипника.

Исследования показали, что температура подшипника начинает резко возрастать при достижении потока масла некоторого критического значения. Кроме того, температура подшипника была обратно пропорциональна потоку масла, и находится в прямой зависимости от удельной нагрузки и поверхностной скорости.
Как видно, причин выхода из строя подшипников скольжения коленчатого и распределительного валов достаточно много. Но сейчас уже имеется большой опыт работы таких подшипников при пробеге 1 миллион и более миль. Залог такого пробега кроется в качественном изготовлении деталей двигателя и правильной эксплуатации.

М. Н. Чистяков, техн. специалист фирмы «Май Тау»
Источник: J. A. Mc Geehan and P. R. Ryason «Million Mile Bearings: Lessons From Diesel Engine Bearing Failure Analysis»

http://www.autolub.info/

Описание основных причин износа коренных и шатунных вкладышей

Износ вкладышей приводит к снижению эффективности работы системы смазки двигателя, которая, в свою очередь, может привести к значительному износу отдельных частей силового агрегата, а также к снижению его рабочего ресурса. Поэтому при выявлении даже незначительного износа шатунных и/или коренных вкладышей необходимо предпринять меры по устранению неполадок.

Содержание

Обычно причинами износа является их естественное старение. Однако в некоторых случаях имеет место попадание на их рабочую поверхность грязи или мусора, возникновение коррозии, недостаточное смазывание, несоосность осей и другие причины. Как правило, вкладыши не подлежат восстановлению, поэтому их необходимо менять на новые. Процедура достаточно сложная, поэтому самостоятельное ее выполнение имеет смысл лишь в случае, если у автовладельца есть соответствующий опыт выполнения работ и необходимые инструменты.

Описание работы вкладышей

Перед тем как перейти к описанию признаков, причин и методов по устранению износа вкладышей, необходимо разобраться в их предназначении, видах и принципе работы.

Существует два типа вкладышей коленчатого вала — коренные и шатунные. По сути, вкладыши являются подшипниками скольжения, и в их задачи входит выдерживание значительных нагрузок, возникающих между шатуном и шейкой коленчатого вала. В современных машинах (в большинстве случаев) вкладыши сделаны из пластичных алюминиевых сплавов (обычно с алюминий с оловом). Сверху они покрыты антифрикционным составом.

Коренные вкладыши расположены между коленчатым валом и местом, где коленвал проходит непосредственно через корпус двигателя, в посадочных местах, так называемых “постелях”. Коренные вкладыши имеют в своей конструкции отверстия, предназначенные для лучшего отвода масла. То есть, коренные вкладыши являются подшипниками скольжения для коренных шеек коленчатого вала. А по факту на коренных вкладышах держится и вращается коленвал.

Шатунные вкладыши располагаются в нижней части головки шатунов. А шатуны, в свою очередь, закрепляются с помощью шатунных вкладышей на шатунных шейках коленчатого вала. Функция шатунных вкладышей заключается в том, что они являются подшипниками скольжения для нижних головок шатунов и шатунных шеек коленчатого вала.

Износ вкладышей подразумевает значительное увеличение их зазоров (чем больше увеличение — тем хуже). Вследствие этого падает давление в системе смазки двигателя. Обычно в таких случаях на приборной панели загорается лампочка (масленка), символизирующая о том, что давление масла значительно упало. Особенно часто это проявляется на горячем двигателе, когда вязкость масла минимальна. Водители в таких случаях говорят, что “подшипники не держат масло”. Износ вкладышей — очень опасная проблема, которая может привести к большому износу других деталей двигателя и мотора в целом. А это может привести к значительному уменьшению их ресурса и повреждению.

Рекомендуется менять вкладыши при каждом капитальном ремонте двигателя.

Звук от стука коренных вкладышей обычно глухой, с металлическим оттенком. Его легко выявить, когда двигатель работает на холостых оборотах, и после этого обороты резко увеличиваются (резко надавить на педаль газа). При этом на них идет большая нагрузка и появляется стук. Аналогично нужно поступить и с шатунными вкладышами.

Несложно найти, и в каком именно цилиндре стучат вкладыши. Для этого нужно поочередно отключать (выкручивать) свечи зажигания на бензиновом двигателе или форсунки топлива на дизельном. Если при какой-либо выкрученной свече упомянутый стук пропал, значит, в этом цилиндре и существует проблема.

Признаки и причины износа

Теперь перейдем непосредственно к типам повреждений, которые способствуют износу вкладышей и выходу их из строя.

Попадание инородных тел

Признаки. Признаком попадание инородных тел или грязи является ситуация, когда возникает локальное повреждение рабочей поверхности на вкладыше. В некоторых случаях также возможно небольшое (меньшее) повреждение на обратной стороне детали. Как правило, мусор или грязь на поверхности вкладыша являются первопричиной дальнейшего износа. Поэтому нужно как можно раньше выявить указанную неисправность. В противном случае износ распространится дальше, и повреждена будет значительная площадь поверхности, вплоть до 100%.

Причины. Как указывалось выше, причиной такой ситуации является попадание грязи или мусора между вкладышем и его опорой. Из-за этого также возникает образование мест с большим масляным давлением, в которых разрушается масляная пленка. В свою очередь это приводит к разрушению поверхности вкладыша в процессе его эксплуатации.

Методы устранения. В первую очередь необходимо выполнить проверку поверхностей опоры вкладыша и вала на предмет выявления на них повреждений. Если они есть — их необходимо устранить. После этого нужно убедиться, что поверхности чистые. Особенно это касается случая, когда устанавливаются новые вкладыши.

Грязевая эрозия

Признаки. Признаком грязевой эрозии является наличие задиров или вкраплений грязи. Иногда и то и другое. В особо запущенных случаях грязевая эрозия может переместиться на области около масляных отверстий.

Причины. Причиной в данном случае является некачественное масло, в составе которого есть грязевые примеси или абразивные материалы.

Устранение. Необходимо проверить работу всех движущихся деталей двигателя. Особенно тщательно нужно проверить систему смазки. Имеет смысл также проверить систему очистки масла и воздуха (в первую очередь фильтры). При сборке двигателя нужно не допускать попадания в него грязи. После всего нужно обязательно поменять масло на новое.

Коррозионное истирание

Признаки. Речь идет о наличии коррозионного истирания на задней стальной поверхности вкладыша. Как правило, следы коррозии располагаются ближе к соединению половинок корпуса вкладыша.

Причины. В данном случае причин может быть несколько. Среди них:

• Снижение усилия запрессовки. Это приводит к незначительным перемещениям корпуса вкладыша относительно поверхности их опоры.
• Крепежные болты были слабо затянуты при монтаже.
• На контактных поверхностях опоры вкладышей имеются инородные тела.
• Продолжительная работа двигателя на высоких оборотах (особенно если это проявляется часто).
• Использование вкладышей с неподходящими размерами (шириной).

Устранение. В соответствии с различными причинами возникновения неполадки, методы устранения также могут быть разными. В частности:

• Затянуть крепежные болты с моментом, рекомендованным заводом-изготовителем автомобиля.
• Выполнить ревизию посадочного диаметра опоры вкладыша.
• Проверить чистоту соприкасающихся поверхностей между вкладышем и опорой.
• Использовать вкладыш предписанного размера (ширины).
• Старайтесь не использовать длительное время двигатель на высоких оборотах.

Усталость металла

Признаки. Усталость может быть вызвана не только длительной эксплуатацией вкладыша, но и чрезмерной нагрузкой на него. Признаками его выхода из строя будет ситуация, когда из его тела будут буквально вырваны частички материала, особенно в местах значительной нагрузки.

Причины. Их также может быть несколько:

• Использование неподходящих или некачественных вкладышей. Это приводит к их значительной перегрузке.
• Основная нагрузка при работе приходится на края вкладышей.
• Неполное сгорание топлива в камере сгорания.
• Неверный тюнинг двигателя автомобиля.

Методы устранения. Соответственно, методы устранения также могут быть различными. Нужно проверить:

• осевую форму шейки вала.
• форму и геометрические размеры опор вкладыша.
• условия сборки двигателя, и в частности, установки вкладышей.

Также имеет смысл установить новый качественный вкладыш, подходящий по размеру.

Износ из-за проникновения олова

Признаки. Значительный слой олова в определенном месте на поверхности стальной основы. Обычно это сопровождается очень сильным локальным износом в том месте.

Причины. Возникновение небольших перемещений вкладыша на его посадочном месте, возникших из-за малого усилия запрессовки.

Методы устранения. Как правило, необходимо выполнить следующие действия. Первое — проверить посадочный диаметр опоры вкладыша. Второе — проверить чистоту сопрягаемых поверхностей вкладыша и опоры. Третье — проверить момент затяжки болтов и его корректировка в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя.

Коррозия поверхности

Признаки. При коррозии, в зависимости от ее степени, всегда повреждается поверхность вкладыша. Она становится пористой и теряет свой цвет.

Причина. Как правило, описанное явление вызвано использованием некачественного масла, в процессе разложения которого выделяются кислоты, которые и вызывают коррозию.

Методы устранения. Необходимо провести ревизию двигателя, а особенно систему смазки. При наличии значительных повреждений на валу и вкладыше необходимо их устранить. В конце ремонтных работ нужно обязательно поменять масло на качественное новое, рекомендованное для данной машины.

Недостаточно смазывание

Диагностика износа вкладышей

Признаки. Малое количество или отсутствие масла может привести к возникновению истирания и/или оплавления рабочей поверхности вкладыша. А это в свою очередь является причиной усталости металла и его повреждения.

Причины. Разрушение смазывающей пленки между вкладышем и валом. Из-за этого в процессе работы значительно возрастает трение и увеличивается температура. Материалы плавятся. Причиной также может быть сбой системы смазывания двигателя. В случае, если деформирована опора вкладыша или повреждена поверхность шейки вала, то высока вероятность разрушения смазывающей пленки.

Методы устранения. Необходимо провести ревизию системы смазывания двигателя, в том числе, чистоту масла. Также имеет смысл проверить состояние поверхности шейки вала и опор вкладышей. При необходимости нужно выполнить ремонт. Также возможен вариант установки новых вкладышей.

Неправильная обработка шеек коленвала

Признаки. Внутренняя поверхность вкладыша контактирует с шейкой вала с одной или двух сторон корпуса вкладыша. Также возможен вариант, когда материал внутренней поверхности очень изнашивается с торцов по окружности.

Причины. Причинами такой ситуации может быть:

• Размер вкладыша не соответствует необходимому значению, обычно большая ширина.
• Внутренний замок корпуса вкладыша маленький по размеру.
• Шейка вала установлена неправильно.
• Галтель (или галтели) шейки имеют очень большую ширину.
• Упорные подшипники имеют очень большие зазоры.
• Упорные подшипники неверно отрегулированы.

Методы устранения. Методы устранения также могут быть следующими, нужно проверить:

• тип корпуса вкладыша, его ширину, размер и форму замка.
• форму галтелей шейки вала.
• осевой зазор коленвала.

Царапины на поверхности

Признаки. Имеются отдельные царапины, которые по виду не напоминают рабочие потертости от работы механизма.

Причины. На рабочей поверхности вкладыша по каким-либо причинам (чаще всего из-за несоблюдения чистоты во время их установки) имеются мелкие инородные частицы. Возможно их образование вызвано технологиями литья или сверления.

Методы устранения. Выполнить промывание двигателя новым чистым маслом с помощью внешнего масляного насоса. Лучше промывку выполнять после сборки двигателя и до того, как автомобиль будет проходить обкатку.

Чрезмерная эрозия из-за кавитации

Признаки. Материал, из которого сделан вкладыш, имеет локальные точки вымывания. Обычно они расположены симметрично или центрально на рабочей поверхности вкладыша. Также возможно их возникновения на обратной стороне масляного канала.

Причины. Тут возможны несколько причин:

• попадание охлаждающей жидкости в масляную систему;
• увеличенная скорость потока масла в системе;
• детонация;
• неверные зазоры вкладыша.

Методы устранения. Методы устранения могут быть такими, необходимо проверить и устранить:

• наличие охлаждающей жидкости в системе смазывания двигателя;
• зазоры на вкладышах;
• скорость масляного потока;
• рабочие параметры системы зажигания, а также провести ревизию двигателя.

Несоосность

Признаки. При несоосности происходит чрезмерный износ лишь в районе верхней части корпуса вкладыша по направлению к кромке. При этом зоны изношенности находятся диаметрально противоположно на окружности.

Причины. Несоосность центральных осей вкладышей и шейки.

Методы устранения. Возможны следующие варианты:

• Проверить большой диаметр шатуна. При этом в идеале центральная ось «постели» шатуна должна располагаться точно перпендикулярно упорным плоскостям. При этом нужно проверить, чтобы обе упорные плоскости были параллельны.
• Для коренного вкладыша нужно проверить соосность «постелей» всех коренных вкладышей на двигателе.

Методы профилактики

Как указывалось выше, частичный выход вкладышей из строя влечет за собой повышенный износ двигателя, и в частности, системы его смазки. Поэтому чтобы не допускать подобной ситуации имеет смысл проводить периодические мероприятия по профилактике. Так, в первую очередь необходимо пользоваться тем моторным маслом, которое рекомендовано производителем автомобиля. Особенно это касается его вязкости. Не стоит покупать очень дешевое масло, поскольку высока вероятность, что в его составе будут абразивные частицы, которые негативно влияют на двигатель в целом, и на вкладыши в частности.

Также стоит производить периодическую проверку деталей двигателя, их состояние, геометрию, чистоту. При выполнении ремонтных работ нужно всегда следить за тем, чтобы в двигатель и/или систему смазки (масло) не попадала грязь. Существует так называемое “золотое правило” моториста, которое гласит, что лучше зазор на 0,03 мм больше, чем на 0,01 мм меньше. В таком случае вкладыш гарантировано не подведет, не расплавится и не застучит. Следите за состоянием двигателя вашего автомобиля, и он будет служить вам долгие годы.

Лучше не дожидаться ситуации, когда на приборной панели засветится лампочка, сигнализирующая о низком давлении масла. В идеале необходимо периодически проверять значение давления самостоятельно или в автосервисе. Ведь лампочка масленки светиться (то есть, срабатывает аварийный датчик) уже в крайнем случае, когда давление упало до критического. Этого лучше не допускать, особенно на двигателях со значительным пробегом.

Заключение

Необходимо периодически проверять состояние вкладышей, поскольку эти, казалось бы, незначительные детали могут привести к большим проблемам с масляной системой двигателя, тем самым значительно снизив его ресурс. И чем раньше удастся выявить поломку и устранить ее — тем с меньшими затратами в будущем придется столкнуться автовладельцу для проведения ремонта двигателя. Процедуру по замене можно провести как самостоятельно, так и на СТО. Однако, если вы решите выполнить ремонт самостоятельно, то вы должны быть на 100% уверены в том, что сможете довести дело до конца, поскольку замена подразумевает большой объем как демонтажных, так и монтажных работ.

Спрашивайте в комментариях. Ответим обязательно!

{3} \ frac {\ partial p} {\ partial y}} \ right) = 6 \ eta R_ \ text {b} \ left ({u \ frac {\ partial h} {\ partial \ theta} + 2R_ \ текст {b} \ frac {\ partial h} {\ partial t}} \ right), $$

(1)

где p — давление масляной пленки, h — толщина масляной пленки, η — динамическая вязкость смазочного масла, u = u _j + u _b , u _j — скорость поверхности шейки, а u _j = R _j ω _j , R _j — радиус шейки, ω _j — угловая скорость шейки, u _b — скорость опорной поверхности, а u _b = R _b ω _b , R _b — радиус подшипника, ω _b — угловая скорость подшипника.

Уравнение Рейнольдса решается методом конечных разностей.

Толщина масляной пленки [34]

$$ h = c + e \ cos (\ theta — \ psi) + \ delta, $$

(2)

где c — радиальный зазор подшипника, e — эксцентрическое расстояние подшипника цапфы, ψ — угол наклона подшипника, δ — изменение толщины масляной пленки, вызванное упругой деформацией втулки. поверхность подшипника под давлением масляной пленки, а упругая деформация поверхности втулки подшипника под давлением масляной пленки рассчитывается методом матрицы податливости.

Уравнение равновесия нагрузки

Если влияние инерции масляной пленки не учитывается, движение осей шейки подшипника соответствует второму закону Ньютона, то есть

$$ \ varvec {P} + \ varvec { F} = m _ {\ text {j}} \ frac {{{\ text {d}} \ varvec {v}}} {{{\ text {d}} t}}, $$

(3)

, где P — вектор нагрузки подшипника, F — результирующий вектор силы масляной пленки подшипника, v — вектор скорости осей шейки. {2 \ pi} {\ left ({\ frac {h} {2} \ frac {\ partial p} {{R_ \ text {j} \ partial \ theta}} + \ frac {u \ eta} {h}} \ right) R_ \ text {j} \ text {d} \ theta \ text {d} y}}.{720} {(F_ \ text {j}) _ {i} u} /720.$$

(6)

Результаты и обсуждение

Орбиты осей шейки, максимальное давление масляной пленки, минимальная толщина масляной пленки, расход утечки на конце и коэффициенты трения шатунного подшипника и коренного подшипника № 2 в рабочем цикле двигателя при полной нагрузке двигателя при 1200 об / мин и 3200 об / мин показаны на рисунках 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14. В разных условиях работы двигателя есть большие различия в смазочных характеристиках подшипников, и есть очевидные различия в изменениях и числовых значениях орбит осей шейки, максимальных давлениях масляной пленки, минимальной толщине масляной пленки, расходах конечных утечек и коэффициентах трения подшипников в рабочем цикле двигателя.

Рисунок 5

Орбита оси шейки шатунного подшипника

Рисунок 6

Орбита шейки оси коренного подшипника № 2

Рисунок 7

Максимальное давление масляной пленки шатунного подшипника

Рисунок 8

Максимальное давление масляной пленки коренного подшипника № 2

Рисунок 9

Минимальная толщина масляной пленки шатунного подшипника

Рисунок 10

Минимальная толщина масляной пленки коренного подшипника № 2

Рисунок 11

Расход утечки на конце шатунного подшипника

Рисунок 12

Расход конечной утечки №2 коренных подшипника

Рисунок 13

Коэффициент трения шатунного подшипника

Рисунок 14

Коэффициент трения коренного подшипника № 2

Максимальное давление масляной пленки, минимальная толщина масляной пленки и средние потери мощности на трение шатунного подшипника и всех коренных подшипников в рабочем цикле двигателя при полной нагрузке двигателя и при 1200, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2800 и 3200 об / мин соответственно показаны в таблицах 4, 5, 6.

Таблица 4 Максимальные давления пленки шатунного подшипника и коренных подшипников при полной нагрузке и различной скорости Таблица 5 Минимальная толщина пленки шатунного подшипника и коренных подшипников при полной нагрузке и различной частоте вращения Таблица 6 Средние потери мощности на трение шатунного подшипника и коренных подшипников при полной нагрузке и различной частоте вращения

При одинаковой нагрузке на двигатель максимальное давление масляной пленки шатунного подшипника в рабочем цикле двигателя обычно снижается с увеличением частоты вращения двигателя, а максимальное давление масляной пленки (372.52 МПа) шатунного подшипника при 1200 об / мин в 4,02 раза больше, чем (92,74 МПа) при 3200 об / мин, что показывает, что максимальное давление масляной пленки шатунного подшипника при более низких оборотах двигателя заметно больше, чем тот, который работает на более высоких оборотах двигателя при той же нагрузке на двигатель. Основная причина, по которой максимальное давление масляной пленки шатунного подшипника при более низких оборотах двигателя больше, чем при более высоких оборотах двигателя при той же нагрузке двигателя, заключается в том, что при одинаковой нагрузке на двигатель максимальная нагрузка на шатун составляет уменьшается в основном с увеличением оборотов двигателя, а максимальная нагрузка на шатун при 1200 об / мин заметно больше, чем при 3200 об / мин.

При одинаковой нагрузке на двигатель изменения максимального давления масляной пленки всех коренных подшипников в рабочем цикле двигателя отличаются друг от друга при изменении частоты вращения двигателя. Максимальное давление масляной пленки коренных подшипников № 1 и № 5 не претерпевает явных изменений при разных оборотах двигателя, максимальное давление масляной пленки коренных подшипников № 2 и № 4 больше при более низких оборотах двигателя, а максимальное давление. Давление масляной пленки коренных подшипников № 3 выше при более высоких оборотах двигателя.

При одинаковой нагрузке на двигатель минимальная толщина масляной пленки шатунного подшипника и всех коренных подшипников в рабочем цикле двигателя не меняются одинаково при изменении частоты вращения двигателя. Минимальная толщина масляной пленки шатунного подшипника и всех коренных подшипников в рабочем цикле двигателя при более высоких оборотах двигателя (3200 об / мин), как правило, меньше в дополнение к индивидуальным обстоятельствам.

При одинаковой нагрузке на двигатель средние потери мощности на трение шатунного подшипника и всех коренных подшипников увеличиваются с увеличением частоты вращения двигателя, а средние потери мощности на трение в шатунном подшипнике и всех коренных подшипниках являются наибольшими при более высокая частота вращения двигателя (3200 об / мин).

Максимальное давление масляной пленки, минимальная толщина масляной пленки и средние потери мощности на трение шатунного подшипника и всех коренных подшипников в рабочем цикле двигателя при 2200 об / мин при 20%, 40%, 60%, 80% и полном Нагрузки на двигатель показаны в таблицах 7, 8, 9.

Таблица 7 Максимальное давление пленки шатунного подшипника и коренных подшипников при 2200 об / мин и разном проценте нагрузки Таблица 8 Минимальная толщина пленки шатунного подшипника и коренных подшипников при 2200 об / мин и разном проценте нагрузки Таблица 9 Средние потери мощности на трение шатунного подшипника и коренных подшипников при 2200 об / мин и разном проценте нагрузки

При одинаковых оборотах двигателя максимальное давление масляной пленки шатунного подшипника и всех основных подшипников в рабочем цикле двигателя обычно увеличивается с увеличением нагрузки на двигатель, но максимальное значение максимального давления масляной пленки, равное No.3 коренной подшипник появляется при меньшей нагрузке двигателя (40%).

При одинаковых оборотах двигателя минимальная толщина масляной пленки шатунного подшипника уменьшается с увеличением нагрузки двигателя, а максимальное значение появляется при полной нагрузке двигателя (100%). Минимальная толщина масляной пленки всех коренных подшипников не изменяется одинаково при изменении нагрузки двигателя, минимальные значения минимальной толщины масляной пленки коренных подшипников №№ 1, 4, 5 появляются при полной нагрузке двигателя (100 %), а также минимальные значения минимальной толщины масляной пленки №№.2, 3 коренных подшипника появляются при меньшей нагрузке на двигатель.

Когда частота вращения двигателя одинакова, средние потери мощности на трение шатунного подшипника и всех основных подшипников в рабочем цикле двигателя, очевидно, не меняются с изменением нагрузки двигателя. Средние потери мощности на трение шатунного подшипника и всех коренных подшипников в рабочем цикле двигателя обычно немного увеличиваются с увеличением нагрузки двигателя в дополнение к отдельным нагрузкам двигателя.

Кроме того, соответствующие сравнения между смазывающими характеристиками шатунного подшипника и одним из основных подшипников при одинаковых рабочих условиях двигателя (показаны в таблицах 4, 5, 6, 7, 8, 9) показывают, что максимальное количество масла Давление пленки шатунного подшипника в рабочем цикле двигателя больше, чем у всех коренных подшипников, минимальная толщина масляной пленки шатунного подшипника в рабочем цикле двигателя меньше, чем у всех коренных подшипников, а средняя сила трения потери шатунного подшипника в рабочем цикле двигателя меньше, чем у всех коренных подшипников.Кроме того, существует соответствующая разница между характеристиками смазки (максимальное давление масляной пленки, минимальная толщина масляной пленки и средняя потеря мощности на трение в рабочем цикле двигателя) всех основных подшипников друг друга в одном и том же рабочем состоянии двигателя, а некоторая разница больше .

Десять важных фактов о зазоре подшипников двигателя

Зазор подшипников — один из фундаментальных аспектов двигателестроения, который продолжает вызывать споры и разногласия. в самый раз и жалею.

В двигателе критические зазоры в подшипниках, о которых мы говорим, относятся к сети и шатунам; а зазор — это пространство между валом и поверхностью подшипника, заполненное жизненно важной масляной подушкой, известной как гидродинамический клин.

И это не большая подушка. Даже если установленный зазор между подшипником и валом составляет всего 0,0015 дюйма, масло вытесняется нагруженными подшипниками. Масляный клин поднимает вал, когда он начинает вращаться, чтобы поддерживать его движение с минимальным трением, но эта масляная пленка может быть толщиной до 0.00002 дюйма.

Не нужно много тепла, неточной обработки или других факторов, чтобы повлиять на этот критический масляный клин. Зазоры в подшипниках играют важнейшую роль в поддержании оптимального баланса масляного клина, обеспечивая производительность и долговечность двигателя.

В этом рассказе мы рассмотрим основы допусков подшипников и теории, которые могут помочь вам решить, строить ли двигатель с более узкими или более свободными зазорами. Но независимо от того, что вы решите, гарантировано, что кто-то другой будет иметь собственное мнение по этой теме.По крайней мере, вы будете вооружены фактами, которые помогут принять более обоснованное решение.

См. Все 19 фотографий Для тех, у кого есть подходящий инструмент, определение зазора подшипника начинается с измерения коренной шейки и шейки штока микрометром и вычитания чисел из измерений, выполненных с помощью индикатора внутреннего диаметра установленных подшипников. Для обеспечения максимальной точности циферблатный калибр должен быть «обнулен» на внутренней стороне микрометра перед измерением подшипника, чтобы гарантировать, что измерение является точной разницей между ними.См. Все 19 фотографийНехнологичный метод Plastigauge для измерения зазора подшипника обеспечивает хорошую точность для строителей домов, у которых нет микрометра или индикатора внутреннего диаметра; и, независимо от инструмента, не упускайте из виду этот жизненно важный шаг в создании двигателя. Понимаете, предположения, как говорится, — мать всего хорошего.

Практическое правило
Вообще говоря, зазор подшипника должен составлять 0,001 дюйма на каждый дюйм диаметра шейки. Возьмем для примера традиционный small-block 350.Заводские спецификации включают в себя шейки коренных подшипников диаметром 2,450 дюйма и шейки штока 2,100 дюйма, что означает, что целевой зазор подшипника должен составлять около 0,0024 дюйма (0,0025 — стандартная спецификация) для коренных подшипников и 0,0021 дюйма для подшипников штока. Опять же, в общих чертах, лучше иметь зазор немного больше, чтобы обеспечить оптимальные рабочие характеристики и температуру масла, особенно если двигатель рассчитан на более высокую производительность.

Однако идея о том, что немного больший зазор подшипника лучше для общей производительности двигателя, является еще одной общностью и лежит в основе многовековых дебатов о допусках.Некоторые производители заставят уменьшить зазор подшипников с помощью подшипников увеличенного размера, чтобы добиться преимущества в лошадиных силах, в то время как другие будут поддерживать заводские спецификации и соглашаются с немного большим зазором для повышения долговечности двигателя.

Посмотреть все 19 фотографий При установке подшипника — стандартного, увеличенного или меньшего размера — он «защелкнется» на месте. Когда это произойдет, убедитесь, что отверстие для подачи масла из блока точно совмещено с отверстием для масла в подшипнике. См. Все 19 фото. Когда подшипники установлены на место, а коленчатый вал или шатуны установлены, основные крышки затянуты согласно спецификации.Если использовался метод микрометра / индикатора внутреннего диаметра, нет причин для повторного снятия колпачков, но если зазор подшипника проверяется с помощью Plastigauge, колпачки необходимо будет снять, чтобы измерить зазор.

Свободный или плотный
Преимущества «свободного» зазора подшипника — тот, который находится на верхней стороне рекомендованного диапазона технических характеристик или даже выше, — это более низкое трение, особенно при запуске, что приводит к более низкой температуре масла . В конечном итоге это может означать более длительный срок службы двигателя.Обратной стороной этого является чрезмерно большие зазоры, которые будут выталкивать излишки масла со сторон подшипников, что может увеличить непродуваемость и снизить давление масла.

«Тесный» зазор подшипника с меньшим гидродинамическим клином между цапфами и поверхностями подшипника также имеет свои преимущества. Он может обеспечить более равномерные и равномерные нагрузки на подшипники, а также более равномерное давление масла на них. Кроме того, для поддержания гидродинамического клина требуется меньше масла, что приводит к снижению нагрузки на масляный насос, что может привести к увеличению мощности.

Звучит здорово, правда? Но у более узких зазоров подшипников есть обратная сторона: нагрев. Более тонкая масляная пленка между подшипником и шейкой нагревается быстрее и достигает более высокой температуры, чем двигатель с меньшим зазором. В специализированном гоночном двигателе это не вызывает беспокойства, но для двигателя, который используется ежедневно, это может увеличить износ и упростить вращение подшипника, что полностью испортит вам жизнь.

Как показывает практика, зазор в коренном подшипнике должен быть в пределах 0.0025- и 0,0020 дюйма для большинства уличных и уличных двигателей.

Посмотреть все 19 фотографий Слегка «свободный» зазор подшипника может обеспечить долговечность двигателя при серийных двигателях, изготовленных в соответствии со стандартами сборочного конвейера, обеспечивая немного большую масляную пленку для предотвращения чрезмерного трения и нагрева. Посмотреть все 19 фотографий так же точно, как и предполагалось. Незначительные дефекты при повороте коленчатого вала могут вызвать почти незаметные отклонения, которые могут проявляться как слишком малый для комфорта зазор между шейкой и поверхностью подшипника.Опять же, ошибка на «незакрепленной» стороне зазора подшипника помогает предотвратить аварию.

Фактор безопасности
Более свободный зазор подшипника также является фактором безопасности для менее чем идеальных производственных стандартов стандартных двигателей и их обработки и обработки поверхности. Другими словами, в стандартном двигателе, перестроенном в соответствии со стандартными спецификациями, шейки и / или задняя часть тяг или главных тяг могут быть не идеально круглыми. Дополнительный зазор подшипника помогает гарантировать, что все будет продолжать вращаться, как задумано, без чрезмерного трения и тепла, которые в конечном итоге разрушат масляную пленку.

Верно и обратное. Более точно обработанный блок двигателя и вращающиеся компоненты позволяют производителю работать с более жесткими допусками и использовать присущие им преимущества в производительности, поскольку компоненты более точно соответствуют по округлости, и это способствует более равномерной масляной опоре на поверхности подшипника, как обсуждалось выше. Опять же, есть тонкая грань, которую нужно пройти, насколько труднее идти, но более точная обработка дает такую ​​свободу действий.

Посмотреть все 19 фотографийПри создании двигателя с целью обеспечения более узких зазоров в подшипниках точная обработка является абсолютной необходимостью.Выравнивание блока, например, обеспечивает оптимальную точность размеров, а также обеспечивает более точное расположение коленчатого вала, что может уменьшить прогиб кривошипа на высоких оборотах. Flex может быстро стереть зазор подшипника и сжечь подшипники. См. Все 19 фотографий. Для материала, снятого с продольного блока, потребуются коренные подшипники увеличенного размера, которые имеют такую ​​же толщину материала на внутренней поверхности подшипниковой поверхности, которая обращена к шейке коленчатого вала. но больше материала снаружи, который прилегает к отверстию.

Не экономьте на обработке
При рассмотрении вопроса о создании двигателя с более жесткими допусками на подшипники основные отверстия и отверстия штока должны быть как можно более круглыми — отклонение не более 0,001 дюйма при восстановлении базового типа и 0,0005 дюйма при восстановлении. двигатель производительности. Выравнивание главного отверстия также очень важно, возможно смещение не более 0,0005 дюйма между соседними отверстиями и всего 0,001 дюйма в целом при использовании обычных трехметаллических подшипников. Этот общий допуск не должен превышать 0.002 дюйма при использовании алюминиевых биметаллических (бессвинцовых) подшипников.

Такая точная обработка не только обеспечивает оптимальный зазор в подшипниках, но и учитывает мелкие, но важные производственные отклонения от самих подшипников. Короче говоря, если вы собираетесь работать с более узкими зазорами, потратьте дополнительное время и деньги, чтобы убедиться, что блок, основные крышки и стержни находятся в максимально правильном положении.

Посмотреть все 19 фотографий Более высокая нагрузка на двигатель и, как следствие, тепло, которое идет от нагнетателя или турбокомпрессора, могут эффективно разжижать моторное масло, что может повлиять на зазор подшипника.В стандартном двигателе варианты, в том числе использование масла с более высокой вязкостью или использование высококачественного, устойчивого к сдвигу масла, которое сохраняет свою вязкость при высоких нагрузках. См. Все 19 фото. стандартные характеристики сборки, но стремление к более свободному концу диапазона помогает обеспечить большую страховку, если «удар» достаточно силен, чтобы вызвать небольшой прогиб коленчатого вала.

Снижайте нагрузку с помощью сумматоров мощности
Закись азота, наддув и турбонаддув создают огромные нагрузки на двигатель, что приводит к высокому давлению в цилиндрах и, как следствие, гораздо более высоким температурам.Они также обычно сопровождаются резким и немедленным увеличением оборотов двигателя, что может стать проблемой для контроля масла.

Два важных фактора — это нагрев и прогиб коленчатого вала. Тепло, конечно, происходит из-за более высоких температур, в то время как быстрый рост оборотов двигателя может вызвать изгиб коленчатого вала, что может привести к проблемам с зазором подшипника. При включении сумматора необязательно набирать излишне ослабленные зазоры, но не затягивайте их. Нацельтесь на верхнюю часть нормального диапазона и добавьте 0.0005 дюймов, если результат измерения находится в нижней части диапазона.

Посмотреть все 19 фотографий Вязкость масла играет решающую роль в зазоре подшипников. Более жидкие масла обеспечивают более жесткие допуски, в то время как масла с более высокой вязкостью должны сочетаться с более низкими зазорами. Современные двигатели, такие как варианты LS и LT, обычно имеют более жесткие допуски и используют более тонкие масла, чем более ранние двигатели с малым и большим блоком. См. Все 19 фото. Начиная с 2019 модельного года, все модели Corvette используют моторное масло Mobil 1 ESP 0W40; Ранее в двигателях LT использовалось масло 5W30.Эти сравнительно жидкие масла предназначены для уменьшения трения и повышения эффективности выбросов при запуске, но они достигаются за счет более жестких допусков по всему двигателю.

А как насчет вязкости масла?
Сегодня состав моторных масел, независимо от их веса, обеспечивает большую несущую способность, чем пару десятилетий назад. Это означает, что они могут распределять эту нагрузку с меньшим давлением на квадратный дюйм. Это означает более низкое трение и тепло, позволяя более легкому маслу (с более низкой вязкостью) достигать того же уровня, что и ранее более вязкое масло в том же двигателе.

Следовательно, более низкое сопротивление масляного насоса и пакета поршневых колец, которое поставляется с более легким маслом, также высвобождает несколько лошадиных сил и позволяет уменьшить зазоры подшипников, чем было бы рекомендовано ранее.

Значит ли это, что вы можете просто залить масло 0W30 в свой винтажный 350? Не обязательно. Хотя современные масла обладают большей грузоподъемностью, оригинальному двигателю, не подвергавшемуся ремонту, может потребоваться более густое масло по другим причинам. Но если двигатель был перестроен с более точной обработкой, то да, поэкспериментируйте с более жидкими маслами, чтобы увидеть, что работает лучше всего — просто имейте в виду, что в результате вы, вероятно, увидите более низкое давление масла.

Посмотреть все 19 фотографий Давление масла зависит от гидравлического сопротивления двигателя. Более узкие зазоры подшипников увеличивают сопротивление, увеличивая давление масла; но давление не обязательно так важно, как адекватный поток масла, чтобы подшипники оставались смазанными.

Зазор подшипника в зависимости от давления масла
Давление масла является результатом двух факторов: объема потока масла от насоса и сопротивления потоку масла в двигателе. Более высокое давление возникает из-за большего сопротивления, а более низкое давление — из-за меньшего сопротивления.

Что касается зазоров подшипников и их влияния на давление масла, более свободный зазор снизит сопротивление потоку и снизит давление масла. И наоборот, более узкие зазоры увеличивают сопротивление увеличению давления масла.

Вязкость масла способствует сопротивлению: более жидкие масла уменьшают ее, а более густые масла повышают. Вот почему для высокопроизводительных двигателей с более узкими зазорами подшипников более важно и выгодно использовать более жидкие масла, и наоборот, для более низких допусков подшипников и более густых масел.

Также имейте в виду, что большое увеличение давления не означает сильного увеличения потока масла. Давление увеличивается экспоненциально с потоком, поэтому большое увеличение давления приведет лишь к сравнительно небольшому увеличению потока масла.

Просмотреть все 19 фотографий Просмотреть все 19 фотографий

Важность потока масла
Независимо от зазора, поток масла через подшипники имеет решающее значение для отвода тепла, выделяемого при трении. Когда потока масла недостаточно для отвода тепла, масло перегревается, и тонкая масляная пленка быстро разрушается, что приводит к контакту металла с металлом и, вполне возможно, к катастрофическому повреждению или заклиниванию двигателя вскоре после этого.

Это означает, что масляный насос большого объема является разумным выбором даже для легких двигателей, предназначенных для уличного использования, особенно при использовании более узких зазоров подшипников и более жидкого моторного масла. Это поможет продвигать масло по двигателю для поддержания оптимальной температуры подшипников.

На двигателях с меньшими зазорами необходим мощный масляный насос, чтобы подшипники не нуждались в смазке, поскольку для них требуется больше масла, чем для двигателя с более узким зазором.

Посмотреть все 19 фотоПодходы сборки и требования к смазке специального гоночного двигателя отличаются от уличных и уличных / полосных двигателей.Не используйте сказки с гусеницы как основу для определения зазоров в подшипниках уличного двигателя.

Мифы о гоночных двигателях
Не поддавайтесь влиянию рассказов об экстремальных зазорах — узких или неплотных — для гоночных двигателей. Если вы строите двигатель в первую очередь для улицы, со случайными или даже регулярными взрывами на расстоянии четверти мили, придерживайтесь практических правил, описанных в советах выше. Гоночные двигатели бывают всех форм и созданы для различных особых условий эксплуатации, и городские легенды, которые вы слышали из третьих рук от двоюродного брата парня, который подметал полы в магазине NASCAR, не имеют большого значения, когда дело доходит до построить двигатель для вашего винтажного Chevelle.

На самом деле, будь то двигатель NASCAR, двигатель для дрэг-рейсинга Pro Mod или даже двигатель круговой гусеницы поздней модели, каждый имеет свои собственные параметры; и каждый из них обычно построен со специальными подшипниками, которые используются с очень специфическими маслами, которые часто смешиваются с противоизносными присадками, такими как ZDDP (диалкилдитиофосфат цинка).

Тогда возникает весь вопрос, является ли двигатель безнаддувным или с сумматором мощности. Двигатель NASCAR может работать на сверхтонком масле и иметь более жесткие допуски, в то время как двигатель Top Fuel имеет очень свободные зазоры и очень тяжелое масло, чтобы помочь монстру выжить.

Итог: варианты гоночных двигателей и их конструкции бесконечны, так что не увязните в том, что вы слышали в ночном круизе или в ямах на трассе. Если вы не создаете двигатель Top Fuel или не прыгаете в NASCAR, игнорируйте эти небылицы и придерживайтесь основ.

Посмотреть все 19 фотографий Совместное использование подшипников стандартных и завышенных или заниженных размеров позволяет изготовителю двигателей более точно регулировать зазоры, но для этого требуется приобретение более одного набора подшипников.См. Все 19 фотографий. При смешивании подшипников все полувкладыши одного размера должны находиться на одной стороне отверстия — верхняя или нижняя, — а полу вкладыши другого размера — на противоположной стороне отверстия.

Сочетание и подгонка для оптимальных зазоров
Вообще говоря, если вы хотите немного ослабить, вычтите 0,0005 дюйма, а если вы хотите уменьшить зазор, добавьте 0,0005 дюйма. Дело в том, что подшипники обычно не продаются в таких количествах. Предлагаются в стандартном размере, на 0 меньше.001 дюйм или больше на 0,001 дюйма. Вы используете подшипник меньшего размера, чтобы ослабить зазор, и подшипник увеличенного размера, чтобы его затянуть.

Начните со стандартных подшипников и, если вы обнаружите, что требуется регулировка зазора, двигайтесь вверх или вниз по мере необходимости. А поскольку разница в 0,001 дюйма может быть больше, чем хотелось бы, вы можете смешивать комплекты подшипников для достижения желаемой регулировки 0,0005 дюйма. Просто смешайте одну из половинок вкладыша стандартного подшипника с половиной вкладыша подшипника большего или меньшего размера.Да, для этого требуется покупка двух комплектов подшипников, но это цена, которую нужно заплатить за оптимизацию зазора.

Еще одна вещь: при смешивании подшипников убедитесь, что все половинки гильзы выровнены. Это означает, что установите все стандартные половины со стороны блока, а все половинки меньшего размера со стороны крышки или наоборот. Не имеет значения, на какой стороне они расположены, только то, что одинаковые размеры находятся на одной стороне компонентов. CHP

Фотография Барри Ключика

Типы повреждений подшипников двигателя

Подшипники двигателя уменьшают трение между вращающейся частью двигателя и неподвижной частью и поддерживают кривошип.Материал подшипника должен быть чрезвычайно прочным из-за напряжений, вызванных взрывами внутри двигателя внутреннего сгорания. Уменьшение трения частично достигается за счет того, что разнородные металлы скользят друг относительно друга с меньшим трением и износом, чем аналогичные материалы.

Рисунок 1: Подшипник из медного сплава с покрытием, залитый обломками чугуна. На врезке показаны микроскопические детали выбоин.

Таким образом, материал подшипников из сплава лучше удерживает стальной коленчатый вал в движении, чем стальной или чугунный подшипник.

Хотя сам материал может придавать подшипнику двигателя некоторые свойства снижения трения, его характеристики улучшаются за счет смазки между подвижной и неподвижной поверхностями. Еще одна задача подшипников — создавать и поддерживать масляную пленку.

Рисунок 2: Баббитовый подшипник, залитый механическим мусором. На фото-вставке показаны микроскопические детали обломков.

Подшипники обычно очень хорошо удерживают движущиеся части; однако, если подшипник выходит из строя, результаты могут быть катастрофическими.

Рисунок 3: Этот алюминиевый подшипник был поврежден заделкой стеклянных шариков. На этой фотографии показан размер повреждений.

Даже когда они выходят из строя, это обычно не ошибка подшипника. Проведя небольшое исследование, специалист по двигателям или техник может обнаружить и устранить одну из буквально десятков причин преждевременного износа или отказа.

Грязь или мусор

Мусор, например грязь или пыль, может вызвать серьезные повреждения поверхности подшипника. Если она находится в системе смазки, грязь обычно оставляет периферийные царапины и часто остается на поверхности подшипника.

Рисунок 4: Посторонние частицы в футеровке подшипника могут быть результатом неправильной очистки или невозможности замены фильтра и могут включать дорожную грязь и песок.

Обязательно тщательно промывайте систему смазки перед повторной сборкой двигателя, чтобы избежать повреждения подшипников двигателя.

Еще одна причина, по которой грязь может нанести ущерб, — это неполностью чистые компоненты двигателя. Посторонние частицы, попавшие между задней частью подшипника и корпусом, вызовут приподнятую поверхность подшипника.

Эта небольшая выпуклость может привести к контакту подшипника с шейкой кривошипа. Всегда следите за тем, чтобы подшипники устанавливались на чистые поверхности.

Недостаточная смазка

Полное отсутствие смазки в картере обычно приводит к заклиниванию подшипника и полному выходу из строя двигателя. Но эксперты говорят, что более частая проблема со смазкой — это просто недостаточная смазка. Отсутствие надлежащей масляной пленки приведет к контакту металла с металлом, иногда только с одним подшипником или часто с несколькими из них.

Рисунок 5: Смазка жизненно необходима. Это показывает результат сухого старта. Подшипники слева от масляного насоса подвержены наибольшему износу.

Если подшипник поврежден из-за масляного голодания, вы обнаружите очень блестящую поверхность и следы протирания.

Помните, что разрыв масляной пленки на подшипниках можно увидеть по-разному. Проверьте такие вещи, как заблокированные масляные каналы, неисправный масляный насос, неправильный выбор или установка подшипника, неисправность масляного уплотнения, разбавление топлива (часто вызываемое выбросом топлива и воздуха через поршневые кольца) или пенообразование или аэрация, вызванные, по иронии судьбы, переполненный коленвал.

Разборка

Иногда сбои являются результатом простых ошибок установки. Например, если половина подшипника без отверстия для масла неправильно помещена в положение, в котором отверстие необходимо, эта цапфа не будет смазываться.

Рисунок 6: Низкая подача масла или масляное голодание — это не просто плохо, это плохо работает внутри двигателя.

Могут наблюдаться и другие типы ошибок сборки. Если шатун или крышка коренного подшипника установлены в неправильном положении или подшипник не установлен на место надежно, смазки будет недостаточно, что приведет к поломке.

Тщательные процедуры установки, конечно, важны во всех аспектах двигателестроения — небрежные ошибки всегда обходятся дорого.

Подшипник раздавливания

Термин «раздавливание» относится к внешней силе, создаваемой частью подшипника, которая выступает над отверстием корпуса, когда половины подшипника устанавливаются на место. Этот «дополнительный» материал плотно прижимает наружный диаметр подшипников к отверстию корпуса, когда узел затягивается в соответствии со спецификацией.

Увеличивая поверхностный контакт между подшипником и отверстием корпуса шатуна, раздавливание сводит к минимуму перемещение подшипника, помогает компенсировать деформацию отверстия и способствует теплопередаче.

Рисунок 7: Слишком богатая смесь или прорыв через поршневое кольцо могут привести к разбавлению масла. Этот ущерб можно увидеть здесь.

Проще говоря, раздавливание подшипника — это то, что удерживает подшипник на месте. Думайте об этом как о том, как положить 10 фунтов чего-то в пятифунтовую сумку. Хвостовик или фиксатор на кожухе, который подходит к седлу, предназначен только для фиксации подшипника во время сборки.

Если сжатие правильное, слегка эллиптические вкладыши подшипников образуют идеальный круг, когда они затягиваются на место.Таким образом, коленчатый вал вращается правильно.

Однако, когда происходит чрезмерное сжатие, дополнительная сжимающая сила заставляет подшипник выпирать внутрь на линиях разъема, вызывая боковой защемление.

Чрезмерное раздавливание может быть результатом попытки снизить расход масла путем опрессовки крышки подшипника, слишком плотной сборки крышек подшипника путем чрезмерного затягивания крепежных деталей или, в некоторых случаях, использования слишком малого количества регулировочных шайб.

С другой стороны, недостаточное сжатие приведет к тому, что подшипники не будут надежно удерживаться в отверстии и будут свободно перемещаться вперед и назад внутри корпуса.

Рисунок 8: Чрезмерный износ, наблюдаемый возле линий разъема верхнего и нижнего вкладышей, был вызван смещением крышки подшипника. Это приводит к контакту металла с металлом и износу, вызывающему чрезмерное давление.

Поскольку контакт между задней частью подшипника и отверстием корпуса необходим для охлаждения, это условие означает, что отвод тепла от подшипника затруднен, что приводит к перегреву и износу поверхности подшипника.

Недостаточное сжатие может быть вызвано неправильной попыткой добиться лучшего прилегания путем опиливания разделяющих поверхностей, грязью или заусенцами, удерживающими крышки подшипников открытыми, неправильной затяжкой крепежных деталей во время установки, неправильным определением размера отверстия в корпусе или (при необходимости) использованием слишком много регулировочных шайб в процессе сборки.

Рисунок 9: Скругление происходит, если радиус скругления в углу каждой шейки кривошипа больше необходимого. В этом случае края подшипника могут скользить по этим галтелям, а не аккуратно вставляться между ними.

Другие ключи к выходу из строя подшипников

— На задней части подшипника будут видны блестящие участки из-за его трения взад и вперед. В некоторых случаях обесцвечивание можно увидеть там, где масло пробилось между двумя поверхностями и сгорело.

— Перегрузка может быть вызвана ошибкой оператора транспортного средства.Чрезмерный холостой ход может привести к образованию масляной пленки, которая не сможет выдержать необходимую нагрузку.

— Буксировка двигателя может деформировать картер и / или коленчатый вал, что может повлиять на шатун и / или коренные подшипники.

— Горячая штанга или чрезмерные нагрузки могут аналогичным образом повлиять на подшипники. Всегда следует соблюдать настройку двигателя и условия эксплуатации и выбирать подходящие материалы подшипников для конкретного применения.

У автомобиля с утечкой масла есть свои проблемы. Но некоторые владельцы транспортных средств, у которых есть легковые или грузовые автомобили, в которых нет утечек масла, находятся в еще более потенциально серьезной ситуации.По крайней мере, утечка дает вам знать, что ему время от времени нужно добавлять масло, при этом свежее масло поддерживает его уровень.

Двигатель, который кажется герметичным, можно не заметить, но по прошествии определенного времени масло начинает разлагаться. Кислоты в масле разрушают поверхность подшипника.

Правильный выбор подшипников имеет большое значение для создания успешного двигателя. А проверка зазоров подшипников в сборе, чтобы убедиться, что подшипники не слишком затянуты или не слишком ослаблены, всегда должна выполняться в качестве окончательной проверки, чтобы убедиться, что зазоры масла находятся в пределах желаемого диапазона для двигателя.

Рис. 10: Когда происходит чрезмерное сжатие, дополнительная сжимающая сила заставляет подшипник выпирать внутрь на линиях разъема, вызывая боковой защемление.

Внимание к процессам обработки и выбора материала на передней части должно помочь снизить вероятность выхода подшипников из строя в будущем. Но если произойдет таинственная неисправность подшипника, вы легко сможете найти причину.

Подшипники коленчатого вала, подшипники шатуна

MGA With An Attitude ПОДШИПНИКИ КОЛЕНВАЛА, ИЗНОС И УСТАНОВКА — CS-205B Подшипники шатуна Подшипники коленчатого вала — это 5 этапов на 5 веб-страницах. Щелкните зеленую стрелку внизу, чтобы последовательно переходить по страницам. A — Износ подшипников и давление масла B — Подшипники шатуна — (эта страница). C — Коренные подшипники D — Ослабление и заточка коленчатого вала E — Установка подшипника При снятии крышек шатунных подшипников убедитесь, что крышки подшипников находятся в правильном порядке с их оригинальными соединенными шатунами. При первоначальной механической обработке на заводе крышка подшипника сначала вырезалась и собиралась на шатун, а затем просверливали гнездо подшипника.Отверстие почти никогда не находится точно по центру линии разъема, поэтому смешивание крышек подшипников всегда приводит к ослаблению некоторых подшипников и заеданию некоторых подшипников на коленчатом валу. Рекомендуется пометить шатуны и крышки подшипников для стыковки. Если у вас нет штампов с номерами, подойдут и штампы. Нанесите одну метку на конец крышки подшипника и соответствующую метку рядом с шатуном. То же для всех частей. Одна метка для удилища №1, два пуансона для удилища №2 и т. Д. Чтобы снять колпачок шатуна, отогните фиксирующие лапки (если они есть), отвинтите болты или гайки, слегка постучите по колпачку с одного или другого конца, чтобы ослабить его, и снимите колпачок. . Затем вы можете протолкнуть поршень вверх в отверстие цилиндра, чтобы вывести шатун из коленчатого вала. В большинстве случаев половинные вкладыши подшипников остаются вложенными в шатун и крышку, и для их снятия потребуется немного поддеть с помощью небольшой отвертки. Вкладыши подшипников состоят из толстой стальной основы с очень тонким медным покрытием и немного более толстого слоя мягкого белого металла внутри.В новом состоянии внутренняя поверхность подшипника по всей поверхности имеет мягкую полированную поверхность. По мере износа он приобретает блестящую поверхность в середине (по всей длине), но может иметь очень небольшой износ на концах. Вероятно, вы обнаружите больший износ верхнего вкладыша подшипника, чем нижнего. Если вы видите только белый металл на подшипнике, скорее всего, коленчатый вал все еще находится в хорошем рабочем состоянии. Если вы видите очень маленькое количество меди, просвечивающее через белый металл, это несущественно.Если вы видите какую-либо стальную опорную гильзу, просвечивающую сквозь медь, коленчатый вал, скорее всего, потребуется переточить. На этой фотографии показаны шатунные подшипники в хорошем состоянии (слева) и сильно изношенные (справа), при этом весь мягкий белый металл изношен, чтобы обнажить промежуточный слой меди. Слой меди очень тонкий, поэтому немного больше времени работы приведет к обнажению стальной опорной пластины, что приведет к серьезному повреждению поверхности шейки шатуна коленчатого вала. Проведите пальцем по шейке подшипника коленчатого вала спереди назад.Журналы должны быть зеркально чистыми и идеально гладкими. Повторите то же самое с верхней, нижней и боковыми сторонами журнала. Если чувствуете малейшую шероховатость, ее нужно заново отшлифовать. Если он проходит испытание кончиком пальца, используйте 2-дюймовый микрометр, способный считывать с шагом 0,0001 дюйма, для измерения диаметра шейки подшипника на коленчатом валу. Измерьте в двух или трех разных ориентациях, так как журнал может быть не круглым. Правильный диаметр см. В руководстве по ремонту. Если размер меньше 0,001 дюйма в любом направлении, его необходимо переточить.Размеры переточки будут увеличиваться с шагом 0,010 дюйма. Вкладыши подшипников меньшего размера обычно имеют обозначение меньшего размера, выбитое на стальной задней стороне, например, 010, 020 и т. Д.

Что такое узкий подшипник?

Производство двигателя — это все о деталях, и выбор правильного набора подшипников двигателя, подходящего к вашему коленчатому валу, является важным! Внутри мы исследуем, что такое узкий подшипник и когда их следует использовать.

Кажется, что каждый день в социальных сетях появляется новый пост об уличных двигателях, вырабатывающих четырехзначную мощность.Убийственная последняя модель Hemi с воздуходувкой легко развивает мощность более 1100 лошадиных сил, а Майк Моран построил полностью заготовленный двигатель с двойным турбонаддувом мощностью 5300 лошадиных сил. Показатели мощности продолжают расти, и все же гораздо меньше внимания уделяется тому, что требуется для коленчатых валов, поршней и шатунов, чтобы выдержать эти постоянно растущие и более простые, чем когда-либо, уровни мощности.

Скругление — это радиус, образующийся при переходе от шатуна или главной шейки к вертикальной части коленчатого вала.Радиус увеличивает прочность коленчатого вала, но требует немного более узкого подшипника по сравнению с подшипниками серийного производства.

Один маленький момент, который часто упускают из виду, — это ширина шатунного подшипника. Это то, на чем мы остановимся в этой статье. Но сначала давайте взглянем на конструкцию коленчатого вала.

Всем известно, что коленчатый вал из легированной стали 4340 значительно прочнее, чем типичная версия из чугуна. Эта легированная сталь обладает более высокой прочностью на разрыв, а также более ковкой, что означает, что кованая сталь способна слегка изгибаться при высоких нагрузках.Литые кривошипы имеют тенденцию быть хрупкими и трескаться при высоких нагрузках.

Еще одна хитрость для повышения прочности — это простой метод, известный как радиус скругления. В типичном коленчатом валу V8 напряжение возникает в нескольких местах, но концентрируется в углах, созданных как в месте соединения шейки шатуна с щекой кривошипа, так и в том же месте на основных шейках. Один из способов минимизировать напряжение в острых углах — создать небольшой радиус. Литые коленчатые валы оригинальных производителей иногда подрезают этот угол для создания радиуса.

Чтобы проиллюстрировать разницу между серийным подшипником и стержневым подшипником с более узкими рабочими характеристиками, мы измерили эти два подшипника Chevy Federal-Mogul с большим блоком. Трехметаллический высокопроизводительный подшипник на 0,020 дюйма уже, чем его алюминиевый собрат оригинального производителя.

Кованые коленчатые валы добавляют материал в этой позиции. Затем после обработки шейки создается очень плавный радиус, улучшающий прочность. Однако этот процесс также уменьшает общую ширину журнала.Благодаря высокопроизводительному коленчатому валу эта уменьшенная ширина требует более узкого подшипника по сравнению с версией со стандартной заменой.

В качестве обобщения, стандартные заменяемые стержневые подшипники часто немного шире, чем их собратья с высокопроизводительными подшипниками. Рассматривать материалы подшипников выходит за рамки этой статьи — но в большинстве запасных подшипников используется алюминиевый сплав, в то время как в большинстве высокопроизводительных стержневых и коренных подшипников используется гораздо более мягкий и податливый трехметаллический материал, который изнашивается быстрее, но будет Не очищайте и не царапайте, как стандартные алюминиевые подшипники.

В дополнение к суженным подшипникам, рабочие подшипники также используют фаску, которая совпадает с фаской на стержнях, где стержень встречается со сторонами кривошипа. Эта фаска создает дополнительный зазор. Эти фаски должны совпадать с шатунами, поэтому подшипники шатунов имеют штамповку сверху и снизу, чтобы обеспечить их правильное размещение. Будьте осторожны при выборе подшипников, так как не все имеют фаски.

Чтобы проиллюстрировать этот момент, мы измерили ширину набора запасных алюминиевых шатунных подшипников Federal-Mogul для шатунных подшипников с большим блоком Chevy по сравнению с набором трехметаллических подшипников Federal-Mogul (Speed-Pro).Стандартные алюминиевые версии имели размер 0,885 дюйма, в то время как рабочие подшипники были на 0,020 дюйма уже на 0,865 дюйма. Использование более широких подшипников на высокопроизводительном коленчатом валу из кованой стали может привести к заеданию внешних кромок подшипника на большем радиусе галтеля коленчатого вала. Это может привести к немедленному отказу подшипника и, как минимум, к попаданию мусора подшипника в масло.

Могут возникнуть опасения по поводу использования подшипника, который теперь стал на 0,020 дюйма более узким, с точки зрения нагрузки на подшипник, но небольшая разница в ширине действительно несущественна, поскольку разница в ширине представляет собой уменьшение ширины всего на два (2) процента в этом приложении с большим блоком.

На этой фотографии показан зазор, созданный между краем суженного стержневого подшипника и радиусом галтеля. Это предотвращает контакт кромки с радиусом коленчатого вала.

Суженные подшипники также поднимают вопрос о фаске подшипников штока. Большинство высокопроизводительных стержневых подшипников имеют фаску на одной стороне подшипника, чтобы приспособиться к большому радиусу на краю шейки. Поскольку внутренняя сторона подшипника избегает этого радиуса скругления, нет необходимости в снятии фаски с обеих сторон подшипника.Но как для верхнего, так и для нижнего подшипника это требует правильной ориентации подшипника. Поскольку подшипник расположен на выступе, подшипник со скошенной кромкой должен быть установлен либо как верхний, либо как нижний подшипник, поскольку фаска будет находиться на противоположной стороне нижней половины подшипника по сравнению с верхней половиной подшипника.

Важно отметить, что существует два разных материала стержня и коренных подшипников. OEM и некоторые двигатели для умеренных уличных перевозок могут использовать подшипники из алюминиевого сплава (слева), но лучший вариант для любого двигателя с высокими рабочими характеристиками — это трехметаллический подшипник с очень мягким сплавом олова, меди и свинца.

Для этого необходимо, чтобы на подшипниках штанги рабочих характеристик с такими фасками были отмечены «верхний» и «нижний». Некоторые производители подшипников сокращают это, используя буквы «U» и «L», выбитые на задней стороне стержня. Если эти половины подшипника установлены неправильно, плоский край подшипника будет обращен к радиусу галтеля и вызовет немедленный износ подшипника в этом месте — часто стержень даже заедает после затяжки крышки. Даже не глядя на штамповку на подшипнике, внимательный производитель двигателя знает, как правильно установить подшипник, просто совместив фаску подшипника со скошенной стороной шатуна.

Все это относится к категории важных деталей, которые требуются в процессе создания двигателя производительности. Соберите его правильно, и двигатель вознаградит строителя стабильной и надежной работой. Если упустить одну или две из этих деталей, надежность сразу же станет под вопросом.

Что такое смазка Straight-Shot

Смазка является источником жизненной силы любого высокопроизводительного двигателя. Это особенно верно для вращающегося узла, который поглощает давление сгорания в несколько тысяч фунтов и преобразует его из возвратно-поступательного движения во вращательное движение для приведения в движение транспортного средства.Смазка для прямого выстрела играет важную роль в этих суровых условиях. Вот почему.

Коренные подшипники и шатунные подшипники должны постоянно снабжаться свежим чистым моторным маслом для правильного выполнения своей работы. Меньшее означает мгновенный катастрофический отказ двигателя. Производители двигателей прилагают значительные усилия для обеспечения стабильной подачи холодного неаэрированного моторного масла на штоки и сеть высокопроизводительных или гоночных двигателей.

Поддержание гоночного двигателя в рабочем состоянии требует соответствующей смазки! Шатуны и коренные подшипники, некоторые из наиболее нагруженных компонентов двигателя, не могут жить без надлежащего давления масла даже на короткое время.

Отличительной чертой всех послепродажных высокопроизводительных и гоночных блоков цилиндров является приоритетная система смазки. Основная система приоритета обеспечивает прямой масляный канал от главного масляного канала к каждому коренному подшипнику. Это гарантирует, что коренные подшипники, а затем и стержневые подшипники будут смазаны до того, как произойдет смазка верхней части. После того, как сеть смазана надлежащим образом, через дополнительные каналы в коленчатом валу масло направляется к подшипникам штока, где происходит реальное горение.Вот тут-то и проявляется преимущество смазывания при прямом выстреле.

В том же смысле, что приоритетная основная смазка обеспечивает прямую подачу масла в сеть, прямая смазка коленчатого вала обеспечивает прямую подачу масла из магистрали в подшипники штока, поэтому они никогда не испытывают недостатка масла. Так было не всегда. В пятидесятые и шестидесятые годы гонщики считали, что просверливание дополнительного отверстия прямо через шейки коренных подшипников лучше смазывает подшипники, но они забыли о стержневых подшипниках.Вероятно, это произошло из-за ошибочных усилий по устранению проблемы с смазкой, вызванной неправильными зазорами, масляными насосами большого объема или подшипниками, которые изначально не были рассчитаны на нагрузку в гоночных условиях. Это вызвало всевозможные проблемы нижнего уровня.

Сварочный стержень, проходящий через шейки, показывает прямой путь от основной шейки до шейки стержня.

По словам Майка Скина из K1 Technologies, «более высокие обороты двигателя выявили недостатки в практике поперечного сверления коленчатых валов из-за повышенных центробежных сил, которые масло должно преодолевать, чтобы достичь подшипников штока.”

Эта модификация особо не повлияла на нормальные обороты двигателя, но было быстро обнаружено, что более высокие обороты двигателя заставляли кривошип с перфорированным отверстием фактически центрифугировать масло с поверхности смазки главной шейки, не давая ему свободно течь к шейкам штока. Ранние масляные насосы не создавали достаточного давления, чтобы преодолеть эффект центрифуги, и стержневой подшипник страдал от последствий. Отказы шатунов и коленчатого вала были быстро объяснены этой проблемой, но некоторые производители все еще применяли шатуны для поперечного сверления и в семидесятые годы, и, что еще хуже, некоторые люди до сих пор верят в эту идею.

Ранее в кривошипах с поперечным отверстием использовались питающие отверстия, просверленные полностью через коренные шейки, а в некоторых случаях также и в шейках штока. Угловой проход просверливается от шатуна к основному прямо по средней линии кривошипа. При более высоких оборотах двигателя масло центрифугируется к внешней части главной шейки, насос не может создать давление, достаточное для заполнения централизованного прохода к шейке штока. Повышенное давление масла и больший объем не могут справиться с центробежным эффектом, и подшипники штока выходят из строя из-за недостаточной смазки именно там, где это больше всего необходимо.Майк Скин сказал нам, что «во всех высокопроизводительных двигателях должен использоваться коленчатый вал с прямой смазкой».

На этом виде показано, как каждая основная цапфа питает соседнюю цапфу стержня по обе стороны от нее.

Все современные высокопроизводительные и гоночные коленчатые валы включают в себя стратегию «прямой смазки». Подшипники штока получают смазку под полным давлением через прямой канал от сети непосредственно к шейкам штанги, а основные шейки не имеют поперечных отверстий. На прилагаемой фотографии показано, как это работает, если вставить кусок сварочного стержня через проход от основной шейки к шейке стержня.Масляный канал представляет собой прямой проход, и, поскольку кривошип не имеет поперечных отверстий, масло вынуждено следовать по прямому пути к шейкам штока.

Если вы изобразите шток и коренные шейки с торца, вы можете связать поток масла с тем, где синхронизируются каналы. Когда ход кривошипа установлен на двенадцать часов, масло поступает в коренной подшипник между шестью и девятью часами в зависимости от размера шейки и длины хода. Масляный канал прямого выстрела смещен от центра и направляется непосредственно к ходовой части штока.Он выходит примерно за два часа до точки максимальной загрузки. Следовательно, частота вращения двигателя не оказывает отрицательного влияния на подачу масла к шейке штока, и штоки получают такую ​​же жизненно важную смазку, как и сеть.

Масло подается в каждую из основных шейек через проходы в блоке. После смазки магистрали давление масла направляется через прямую смазку на каждую шейку штока.

Изготовители двигателей Sharp всегда используют трюк со сварочным стержнем, чтобы проверить прямолинейные смазочные каналы на каждом коленчатом валу, который они используют.Все коленчатые валы K1 Technologies имеют прямую смазку, но хорошей практикой в ​​двигателестроении является проверка и повторная очистка всех каналов щеткой для масляных каналов с жесткой щетиной. Это гарантирует безошибочную сборку системы смазки. Оглядываясь назад, вы видите, что приоритетная основная смазка и прямая смазка — это две отдельные функции, разработанные для совместной работы, чтобы обеспечить идеальную смазочную среду для оптимальной смазки двигателя. Майк Скин подтверждает это: «Коленчатые валы, спроектированные с прямой смазкой, обеспечивают адекватную смазку подшипников штока без использования системы смазки с сухим картером под высоким давлением.”

Коленчатый вал поддерживается очень тонкой пленкой масла на подшипниках типа баббит, подобных этим. Незначительное количество масляной пленки требует идеального давления масла, чтобы шатун выжил.

Многие производители двигателей начинают отказываться от более узких зазоров. Это означает, что минимальная масляная пленка на шейках шатунов должна иметь полное давление позади себя, чтобы поддерживать полную смазку при поглощаемых ею сильных толчках. Они также переходят на синтетику и более легкие масла, для чего требуется оптимальная целостность масляной пленки на каждой шейке стержня.Прямая смазка — это решение, которое доступно для всех современных коленчатых валов, например, от K1 Technologies.

Подшипник коленчатого вала — обзор

1.4 Алюминиевая серия

Производство подшипников коленчатого вала во всем мире примерно поровну делится между медно-свинцовыми и алюминиевыми сплавами, хотя серия алюминия охватывает более широкий диапазон сплавов и типов двигателей.

Алюминиевые сплавы подшипников коленчатого вала устойчивы к коррозии и поэтому не требуют покрытия для защиты от коррозии.Так, в двигателях легковых автомобилей подшипники с алюминиевой футеровкой без покрытия используются в Европе, США и Японии.

В Европе сетчатый олово-алюминий AlSn20Cu1, разработанный в Великобритании в конце 1950-х годов, оказался очень успешным и хорошо зарекомендовал себя. Термин «ретикулярный» относится к сети островков олова, соединенных между собой по границам тригональных зерен, распределенных по матрице алюминий – 1% меди. В Японии разработаны производные сетчатого олова – алюминия с добавками сурьмы или кремния, свинца и хрома.

В США была обнаружена проблема износа этого сплава, связанная с чистотой поверхности коленчатых валов из чугуна с шаровидным графитом на ранних стадиях их разработки, и алюминий-свинец заменил алюминий-олово. Содержание свинца в алюминий-свинце составляет 4–8%, и есть небольшая добавка олова в размере 0,5–1,5%, связанная с фазой свинца.

Сплав также включает 4% кремния, обеспечивающего упомянутую выше полировку коленчатого вала и предотвращающую износ подшипников.Для повышения усталостной прочности в сплав вносятся незначительные добавки меди и магния или марганца.

Ранние версии сплава алюминий – свинец – кремний изготавливались методом непрерывной разливки с низкой скоростью закалки или методом порошковой металлургии. Оба показали плохую микроструктуру, связанную с металлургией системы алюминий-свинец, и, как следствие, неидеальную усталостную прочность. Совсем недавно был разработан процесс непрерывной разливки сплава с высокой скоростью закалки, который приводит к получению гораздо более мелкой фазы свинца.Для увеличения кремниевой фазы до оптимального размера для полирования коленчатого вала была разработана термическая обработка.

В Японии были разработаны сплавы алюминий – олово – кремний с пониженным содержанием олова с 20 до 12% и введением 2,5% кремния вместе с 1,5–2,0% свинца. Было добавлено 0,7–1,0% меди вместе с другими незначительными легирующими добавками для повышения усталостной прочности. Подобные сплавы внедрены в Европе и США. В США для производства AlSn8Si2 использовался процесс литья с высокой скоростью закалки.Сплав 5Pb2 с упрочняющими добавками меди и хрома. В Великобритании были разработаны сплавы AlSn10–12Si4Cu1, причем сплавы подвергаются термообработке на твердый раствор, так что дополнительное упрочнение достигается во время старения в двигателе.

Алюминий – олово – кремний в настоящее время является самым популярным сплавом во всем мире для двигателей легковых автомобилей с коленчатым валом NCI. Он сочетает в себе хорошую усталостную прочность, полировку коленчатого вала и сопротивление заеданию с дополнительным преимуществом, состоящим в том, что он почти или полностью не содержит свинца.

Алюминий-кремний без покрытия также успешно используется в среднеоборотных судовых двигателях. Однако для более нагруженных подшипников коленчатого вала в высокоскоростных дизельных двигателях требуются более прочные алюминиевые сплавы с наплавкой. Первые сплавы с низким содержанием олова AlSn6Ni1Cu1 и AlSn6Si1.5Ni0.5Cu1 все еще используются, но кадмийсодержащие сплавы AlSi4Cd1 и AlCd3Mn1.5Cu1Ni1 были исключены из соображений защиты окружающей среды. Бескадмиевый вариант последнего сплава успешно работает в США вместе с немного более прочным сплавом AlSi5Sn2Cu1Mn1Ni1.

Сплавы алюминия, цинка и кремния сопоставимой прочности были разработаны в Японии. Все они покрыты слоем свинца-олова или свинца-олова-меди на тонкой медной прослойке. Один крупный производитель двигателей предпочитает медную прослойку никелевой из соображений защиты от заклинивания.

На другом конце спектра мягкий алюминий-олово, AlSn40, был разработан в Великобритании специально для судовых дизельных двигателей. Совместимость и устойчивость к заклиниванию имеют первостепенное значение в этих больших двигателях, где диаметр коленчатого вала и крестовины подшипников составляет от 400 до 900 мм.Заедание подшипников может привести к взрыву картера, и его следует избегать любой ценой. Этот сплав имеет твердость, сравнимую с твердостью белого металла на основе олова, без потери усталостной прочности при температуре двигателя, связанной с последним.