В автомобильной жизни диагноз «проворот вкладышей» сравним в медицине с, например, туберкулезом, излечимым, но очень страшным и неприятным заболеванием, побороть которое будет стоить немало сил и денег.
То же самое и проворот вкладышей. Это не окончательный приговор мотору, но явный намек владельцу, что нужно готовить деньги на дорогой ремонт.
Что именно случается при провороте вкладышей и почему это так сложно устранить его последствия – мы расскажем в этом материале.
Вкладыши шатунные
Что такое вкладыши и как их проворачивает
Для начала, конечно, нужно разобраться в том, что такое вкладыши. По сути, это подшипники трения, они позволяют разным механическим частям крутиться соприкасаясь друг с другом и не нанося вред.
Самая крутящаяся деталь мотора это коленвал, поэтому вкладыши, по большей части, являются элементом его конструкции (но в зависимости от мотора могут быть и у других элементов тоже).
Когда мы слышим про проворот вкладышей, то обычно речь идет именно про коленвал.
Тут нужно немного теории ДВС для тех, кто плохо учил физику в школе. У коленвала есть вкладыши двух типов – шатунные и коренные. Шатунные используются на месте соприкосновения коленвала и шатуна.
На сам шатун с другой стороны насажен поршень, который под действием взрыва топлива движется, передает момент на шатун, а тот уже вращает коленвал как раз через шатунные вкладыши.
Коренные вкладыши устанавливаются на месте соприкосновения коленвала с блоком цилиндров и позволяют валу вращаться в блоке.
На фото — коленвал, шатуны, вкладыши, поршневые кольца и другие детали двигателя
Конструктивно вкладыши представляют собой металлические пластины закругленной формы, на которые нанесено специальное покрытие, способствующее снижению трения. На каково бы не было покрытие от соприкосновения двух металлических частей оно не спасет, поэтому обязательным условием работы вкладышей является обильная смазка.
В зависимости от типа запчасти или ее конструкции, во вкладыше предусмотрены или проточки, или отверстия, или каналы (а иногда и все вместе), которые как раз и нужны для подачи масла. Как именно подается масло и какие путем – это уже заморочки инженеров, разрабатывавших мотор.
Нам, водителям, нужно знать, что без масла вкладыши долго не проживут.
Коренные вкладыши
У вкладышей есть специальные посадочные места, которые позволяют их зафиксировать около каналов смазки и четко на месте повышенного трения сопрягаемых деталей. Фиксацию обеспечивают специальные усики.
Описываемый нами проворот вкладышей это как раз и есть ситуация, при которой вкладыш или вырвался из своего посадочного места, или физически треснул, или сместился.
В общем, любые проблемы с вкладышами принято называть проворотом.
Причины проблемы
Выход вкладыша на «прогулку» без дополнительных причин не случается. И в большинстве случаев эти причины связаны с проблемами смазки.
При вращении коленвала все вкладыши испытывают большое трение, которое за счет использования смазочных материалов снижено до разумного.
Да, понемногу вкладыши истираются и при достаточном количестве масла, но это очень долгий процесс, растягивающийся на сотни тысяч километров. Быстрый проворот возникает когда со смазкой что-то не так.
Первый вариант – масло очень старое. Если смазку не обновлять, то она теряет свои свойства и уже не снижает силу трения до приемлемых величин. Нагрузка на вкладыш вырастает и он уже не может удержаться в посадочном месте.
Провернуло вкладыши в двигателе BMW M5 E39
Второй вариант – неправильное масло. Характеристики смазки, которые рекомендует производитель, обычно берутся не с потолка, а высчитываются исходя из конструкции мотора, например сечения и количества масляных каналов.
Все канавки и отверстия во вкладышах хорошо работают при маслах определенной вязкости. Слишком густое или слишком жидкое может не поступать на детали в необходимых количествах.
Да, мы сами в свое время писали, что в рекомендациях вязкости от производителя есть элемент маркетинга и иногда стоит немного критически к нему относиться, но учитывать их нужно обязательно.
Третий вариант – проблемы с давлением. Если давление масла слишком низкое (для этого может быть много причин), то даже правильного масла на узлы будет поступать мало, поэтому риск проворота возрастает.
На шатунной шейке произошел клин — провернуло вкладыши. Нужно было следить за уровнем масла. Фото — zr.ru
Четвертый вариант – банальная нехватка масла. Если есть течь или угар смазки, а водитель давно не проверял уровень и упустил этот момент, то даже при хорошо работающем насосе масла на вкладыши может не хватить. И здравствуй, проворот.
Справедливости ради нужно сказать, что не все проблемы вкладышами объяснятся проблемами со смазкой.
Еще есть вероятность неправильной установки (в заводских машинах такое бывает редко, а вот после некачественного ремонта мотора периодически случается) или банальное истирание вкладыша от огромного пробега, но второй случай крайне редко случается – тут скорее в моторе что-то другое сломается чем вкладыши будут полностью истерты. Так что обычно масляные проблемы.
Естественный износ коренных вкладышей в двигателе 3.0 дизель V9X
Тут хотелось бы привести пример. Провернуть вкладыши может у любого мотора, но в последние годы неофициальное звание чемпионам по этой поломке носит корейский G4KE. Очень много примеров, когда вкладыши на нем проворачивает на пробегах около 100-150 тысяч километров.
Специалисты сходятся в том, что в данном случае виновата не самая удачная конструкция масляного насоса, которые уже в первой сотне тысяч километров получает люфт конструкции и снижает производительность. Лампа не загорается, потому что какое-то давление не остается, но подача масла ухудшается.
А вкладыши страдают от этого первыми из-за другой особенности мотора – у мощного двигателя объемом 2,4 литра весьма хлипкий коленвал.
При высокой нагрузке (езда в горах или движение по трассе на очень высокой скорости) он работает на пределе своих возможностей, что и передается на вкладыши, которые оказываются самым слабым элементом во всей системе и их проворачивает. Оговоримся, что это только пример конкретного мотора.
Коленчатый вал и вкладыши двигателя G4KE. Фото — drive2.ru
Как понять и что делать
То, что происходит со вкладышами внутри двигателя и причины этого мы поняли, а что делать водителю, который просто управляет автомобилем и не подозревает, что происходит внутри мотора? Симптомом проворота является стук при работе. Стук громкий, доносящийся откуда-то снизу двигателя. Увы, но это все признаки.
Стучать мотор может и по другим причинам, а отличить на слух без определенного опыта невозможно. Поэтому уверенно диагностировать проворот без разборки и дефектовки неопытному водителю сложно. То есть если двигатель застучал, то самый безопасный вариант его как можно быстрее заглушить и везти машину в сервис на эвакуаторе.
Потому как может быть разное.
Конкретный вред от проворота вкладыша нельзя оценить без разборки. Представим, что вкладыш лопнул, он перестает выполнять свои обязанности, в этом месте коленвал начинает получать задиры, что очень плохо.
А если вкладыш физически вылетел из посадочного гнезда, то он начинает блуждать по мотору, может раскрошиться и забить стружкой масляные каналы, может сам повредить другие элементы, может сделать кучу задиров, бывали даже случаи пробития блока.
И уж совсем страшный случай, когда вкладыш под действием высокой температуры прикипает в коленвалу и начинает вращаться вместе с ним. Тут уже получается настоящая мясорубка для деталей мотора.
Шатун после проворота вкладышей. Фото — zr.ru
Посему и о ремонте после проворота говорить однозначно не приходится. Чисто теоретически это может быть и замена только провернутого вкладыша, которую можно осуществить без снятия мотора, добравшись до коленвала снизу.
Но это очень маловероятный вариант развития события, нужно чтобы водитель сразу заглушил мотор и чтобы повезло. Обычно коленвал при провороте получает повреждения, поэтому как минимум требует расточки в ремонтный размер, а то и замены.
Чаще всего проворот вкладыша заканчивается капитальным ремонтом мотора, причем даже не столько из-за последствий самого проворота, сколько по логике.
Обычно если вкладыши провернуло, то и другие элементы двигателя уже изношены, и если все равно агрегат снимать и разбирать, то разумно поменять все, чтобы потом второй раз не оплачивать дорогостоящие работы.
Поврежденные шейки коленвала — последствия проворота вкладышей. Двигатель BMW N57
Еще одной неприятной стороной проворота вкладышей является то, что к нему никак нельзя подготовиться – ни морально, ни физически.
Проворот случается резко и неожиданно, причем, что самое подлое, нередко на трассе вдалеке от сервисов и цивилизации.
Двигаться на машине своим ходом даже если двигатель не заглохнет – окончательно подписывать смертный приговор мотору, так что еще и эвакуатор нужно где-то искать и оплачивать.
Какой-то особой профилактики, которая бы позволила избежать столь неприятного события, придумать сложно.
Само собой, своевременная замена качественного масла, проверка его уровня и умеренные нагрузки в движении, заметно снизят вероятность проворота, но это универсальные советы для долгой жизни любого мотора, а не только вкладышей.
А сами вкладыши это как бойцы невидимого фронта, пока они работают, то о них никто не задумывается, а если с ними что случилось – то беда.
Автор — Александр Нечаев.
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
Почему проворачивает шатунные вкладыши или вкладыши коленвала
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 подом 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: борьба с трением и надежная опора коленчатого вала
Вкладыши коленвала: борьба с трением и надежная опора коленчатого вала
Во всех двигателях внутреннего сгорания коленчатый вал и шатуны вращаются в специальных подшипниках — вкладышах. О том, что такое вкладыш коленвала, какие функции он выполняет, каких типов бывают вкладыши и как они устроены, а также о правильном подборе новых вкладышей для ремонта — читайте в статье.
Что такое вкладыши коленвала?
Вкладыш коленчатого вала — деталь кривошипно-шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания, подшипник скольжения, снижающий потери на трение и заклинивание деталей в местах контакта коленчатого вала с постелью блока двигателя и коленчатого вала с шатунами поршней.
Применение подшипников скольжения обусловлено сложными условиями и высокими нагрузками, при которых подшипники качения (шариковые или роликовые) работали бы неэффективно и имели бы малый ресурс.
Сегодня на большинстве силовых агрегатов используются вкладыши, и только на некоторых маломощных одно- и двухцилиндровых моторах в качестве опор коленвала находят применение подшипники качения.
На вкладыши коленвала возложено несколько основных функций:
• Снижение сил трения в месте контакта коленчатого вала, опор блока цилиндра и шатунов; • Передача сил и моментов, возникающих в процессе работы двигателя — от шатунов на коленвал, от коленвала на блок двигателя и т.д.; • Правильное распределение масла (образование масляной пленки) по поверхностям трущихся деталей; • Правильная центровка и позиционирование деталей друг относительно друга.
Вкладыши коленвала играют важную роль в работе силового агрегата, но при этом они довольно просты в конструктивном плане.
Типы и характеристики вкладышей коленчатых валов
- Подшипники скольжения коленвала делятся на типы по месту установки, назначению и ремонтным размерам.
- По месту установки вкладыши бывают двух типов:
- • Коренные; • Шатунные.
Коренные подшипники скольжения устанавливаются в постели коленвала в блоке двигателя и охватывают коренные шейки коленвала, обеспечивая его свободное вращение.
Шатунные подшипники скольжения устанавливаются в нижней головке шатуна и охватывают шатунную шейку коленчатого вала.
Также вкладыши делятся на две группы по назначению:
• Обычные — обеспечивают только снижение сил трения в местах контакта деталей; • Фиксирующие коренные — дополнительно обеспечивают фиксацию коленчатого вала в постели, предотвращая его осевые смещения.
Обычные подшипники скольжения представляют собой плоские тонкостенные полукольца. Фиксирующие подшипники могут выполняться в виде упорных полуколец (которые используются в комплекте с плоским вкладышем) и вкладышей с буртами; полукольца устанавливаются в торце двигателя, буртовые вкладыши монтируются на одной или двух опорах постели коленчатого вала.
Вкладыши коленвала в процессе эксплуатации изнашиваются и подлежат замене, износу подвержены и шейки коленчатого вала, что приводит к увеличению зазора между трущимися деталями.
Если установить новые вкладыши той же толщины, что и старые, то зазор останется слишком большим, что чревато возникновением стука и еще более интенсивным износом. Чтобы избежать этого, используются вкладыши так называемых ремонтных размеров — несколько увеличенной толщины, компенсирующей износ шеек коленвала.
Новые вкладыши имеют размер 0,00, ремонтные вкладыши выпускаются с увеличением толщины на 0,25, 0,5, 0,75, 1,0, 1,25, 1,5 мм, такие вкладыши обозначаются соответственно +0,25, +0,5 и т.д.
Конструкция вкладышей коленвала
Подшипник скольжения коленчатого вала — составной, содержит два металлических плоских полукольца, полностью охватывающих шейку коленвала (сверху и снизу). В этой детали выполняется несколько элементов:
• Отверстия (одно или два) для пропуска масла в масляные каналы в коленчатом валу и шатуне; • Замки в виде шипов или пазов под штифты для фиксации подшипника в опоре постели коленвала или в нижней головке шатуна; • Продольная канавка для подачи масла в отверстие (выполняется только на вкладыше, расположенном со стороны канала — это нижний коренной вкладыш и верхний шатунный вкладыш); • В буртовых упорных вкладышах — боковые стенки (бурты) для фиксации подшипника и ограничения осевого перемещения коленчатого вала.
Вкладыш — это многослойная конструкция, основу которой составляет стальная пластина с нанесенным на ее рабочую поверхность антифрикционным покрытием.
Именно данное покрытие обеспечивает снижение трения и длительный срок службы подшипника, оно изготавливается из мягких материалов и, в свою очередь, также может быть многослойным.
Покрытие вкладыша за счет меньшей мягкости поглощает микроскопические частицы износа коленвала, предотвращает заклинивание деталей, образование задиров и т.д.
По конструкции вкладыши коленчатого вала делятся на две основные группы:
• Биметаллические; • Триметаллические.
Наиболее просто устроены биметаллические подшипники. Их основу составляет стальная полоса толщиной 0,9-4 мм (в зависимости от типа и назначения детали, коренные подшипники — толще, шатунные — тоньше), на которую нанесен антифрикционный слой толщиной 0,25-0,4 мм.
Данный слой изготавливается из медно-свинцово-оловянного (бронзового), медно-алюминиевого, медно-алюминиево-оловянного, алюминиево-кремниево-свинцового, алюминиево-кремниево-свинцово-оловянного или иных мягких сплавов с содержанием алюминия и меди до 75%, и олова (которое выступает в роли твердого смазочного материала) до 25%, также могут содержать небольшое количество никеля, кадмия, цинка и других металлов.
Триметаллические вкладыши помимо основного антифрикционного покрытия имеют покровный слой толщиной 0,012-0,025 мм (12-25 мкм), обеспечивающий защитные свойства (борется с коррозией и чрезмерным износом основного слоя) и улучшающие антифрикционные качества подшипника. Данное покрытие изготавливается из свинцово-оловянно-медного сплава с содержанием свинца 92-100%, олова до 12% и меди не более 3%.
Также в подшипниках скольжения могут присутствовать дополнительные слои:
• Верхний защитный слой из олова — чисто оловянное покрытие толщиной всего 0,5-1 мкм, обеспечивающее защиту от коррозии, жира и загрязнения во время транспортировки, установки и приработки вкладыша; • Нижний защитный слой из олова — такой же слой, нанесенный с наружной стороны вкладыша (обращенной к опорам коленвала или внутренней части головки шатуна); • Никелевый подслой (никелевый барьер, прокладка) — тонкий, не более 1-2 мкм слой никеля между основным антифрикционным покрытием и покровным слоем. Данный слой предотвращает диффузию атомов олова из покровного слоя в основной, что обеспечивает постоянство химического состава основного антифрикционного покрытия. При отсутствии никелевого барьера в основном покрытии может увеличиваться концентрация олова, что приводит к негативным изменениям характеристик подшипника.
Рассмотренная структура подшипников скольжения не является стандартом, многие производители предлагают свои уникальные схемы и конструкции.
Например, основной антифрикционный сплав может наноситься на стальную основу не непосредственно, а через дополнительный подслой из алюминиевого или медного сплава, покровный слой может иметь разнообразный состав, в том числе без содержания свинца, и т.д.
Вопросы выбора и замены вкладышей коленвала
При подборе подшипников скольжения необходимо отталкиваться от модели двигателя, износа сопряженных деталей и наличия ремонтных вкладышей.
Как правило, вкладыши изготавливаются для одного модельного ряда или даже одной модели двигателя, поэтому заменить их деталями от другого мотора нельзя (за редким исключением).
Также нельзя использовать вкладыши без учета износа шеек коленвала, в противном случае ремонт обернется еще большими проблемами.
Перед выбором ремонтного размера подшипников нужно определить износ шеек коленвала и других сопряженных деталей (постели, головки шатуна, хотя они меньше подвержены износу).
Обычно износ шеек происходит неравномерно, какие-то из них изнашиваются более интенсивно, какие-то — менее, однако для ремонта покупается комплект одинаковых вкладышей, поэтому все шейки должны стачиваться до одного размера.
Выбор величины, до которой будут стачиваться шейки коленвала, зависит от наличия подшипников тех или иных ремонтных размеров, подходящих для данного конкретного двигателя.
Для моторов с небольшим пробегом выбираются ремонтные размеры +0,25 или +0,5, для моторов со значительным пробегом может потребоваться стачивание до ремонтного размера +1,0, в старых моторах и того больше — вплоть до +1,5. Поэтому для новых двигателей обычно выпускаются вкладыши трех-четырех ремонтных размеров (до +0,75 или +1,0), а для старых можно найти вкладыши вплоть до +1,5.
Ремонтный размер вкладышей коленвала должен быть таким, чтобы при сборке двигателя между шейкой коленвала и поверхностью подшипника оставался зазор в пределах 0,03-0,07 мм. При меньшем зазоре высок риск заклинивания, при большем — повышается биение коленвала, увеличивается интенсивность износа деталей и общая шумность силового агрегата.
При правильном выборе подшипников скольжения для коленчатого вала двигатель даже при большом пробеге будет работать качественно и эффективно на различных режимах.
Другие статьи
#Уплотнитель стекла
Уплотнитель стекла: прочная установка автомобильного стекла
17.11.2021 | Статьи о запасных частях
Для монтажа автомобильных стекол в кузовные элементы используются специальные детали, обеспечивающие уплотнение, фиксацию и демпфирование — уплотнители. Все об уплотнителях стекол, их типах, конструктивных особенностях и характеристиках, а также о подборе и замене этих элементов — читайте в статье.
#Переходник ключа карданный
Загрузка...
