Во всех двигателях внутреннего сгорания коленчатый вал и шатуны вращаются в специальных подшипниках – вкладышах.О том, что такое вкладыш коленвала, какие функции он выполняет, какие бывают виды вкладышей и как они устроены, а также правильный подбор новых вкладышей для ремонта – читайте в статье.
Что такое вкладыши коленвала?
Вкладыш коленчатого вала — часть кривошипно-шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания, подшипник скольжения, снижающий потери на трение и заклинивание деталей в местах контакта коленчатого вала со станиной блока цилиндров иколенчатый валс поршневыми шатунами.Применение подшипников скольжения обусловлено тяжелыми условиями и высокими нагрузками, при которых подшипники качения (шариковые или роликовые) будут работать неэффективно и иметь небольшой ресурс.Сегодня в большинстве силовых агрегатов используются гильзы, и лишь на некоторых маломощных одно- и двухцилиндровых двигателях в качестве опор коленчатого вала используются подшипники качения.
Вкладыши коленчатого вала выполняют несколько основных функций:
• Снижение сил трения в местах контакта коленчатого вала, опор блока цилиндров и шатунов;
• Передача сил и крутящих моментов, возникающих при работе двигателя – от шатунов на коленвал, от коленвала на блок двигателя и т.д.;
• Правильное распределение масла (образование масляной пленки) на поверхностях трущихся деталей;
• Правильное выравнивание и расположение деталей относительно друг друга.
Вкладыши коленвала играют важную роль в работе силового агрегата, но при этом достаточно просты по конструкции.
Виды и характеристики вкладышей коленвала
Подшипники скольжения коленчатого вала делятся на типы по месту установки, назначению и ремонтным размерам.
По месту установки имеются вкладыши двух типов:
•Местный;
• Шатуны.
Коренные подшипники скольжения установлены в постели коленчатого вала в блоке двигателя и охватывают коренные шейки коленчатого вала, обеспечивая его свободное вращение.Шатунные подшипники скольжения установлены в нижней головке шатуна и закрывают шатунную шейку коленчатого вала.
Также вставки делятся на две группы по назначению:
• Конвенциональные – обеспечивают лишь снижение сил трения в местах соприкосновения деталей;
• Блокировка основная – дополнительно обеспечивают фиксацию коленчатого вала в станине, предотвращая его осевое смещение.
Обычные подшипники скольжения представляют собой плоские тонкостенные полукольца.Стопорные подшипники могут быть выполнены в виде упорных полуколец (которые применяются в комплекте с плоским вкладышем) и вкладышей с буртиками;Полукольца установлены на торце двигателя, вкладыши с буртиками закреплены на одной или двух опорах постели коленчатого вала.
Вкладыши коленчатого вала в процессе эксплуатации изнашиваются и подлежат замене, изнашиванию подвержены также шейки коленчатого вала, что приводит к увеличению зазора между трущимися деталями.Если установить новые вкладыши той же толщины, что и старые, зазор останется слишком большим, что чревато стуком и еще более интенсивным износом.Чтобы этого избежать, применяют вкладыши так называемых ремонтных размеров – несколько увеличенной толщины, компенсирующей износ шеек коленчатого вала.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 закрывающих шейку коленчатого вала (сверху и снизу).В этой части есть несколько элементов:
• Отверстия (одно или два) для пропуска масла в масляные каналы коленчатого вала и шатуна;
• Фиксаторы в виде шипов или пазов под пальцы для фиксации подшипника в опоре постели коленвала или в нижней головке шатуна;
• Продольная канавка для подачи масла в отверстие (выполнена только на вкладыше, расположенном со стороны канала – это нижний коренной вкладыш и верхний шатунный вкладыш);
• В упорных вкладышах с буртиками — боковые стенки (бурты) для фиксации подшипника и ограничения осевого перемещения коленчатого вала.
Вкладыш представляет собой многослойную конструкцию, основой которой является стальная пластина с нанесенным на ее рабочую поверхность антифрикционным покрытием.Именно это покрытие обеспечивает снижение трения и длительный срок службы подшипника, оно изготовлено из мягких материалов и, в свою очередь, также может быть многослойным.Благодаря меньшей мягкости покрытие гильз поглощает микроскопические частицы износа коленчатого вала, предотвращает заклинивание деталей, задиры и т. д.
По конструкции вкладыши коленчатого вала делятся на две основные группы:
•Биметалл;
• Триметаллик.
Биметаллические подшипники устроены наиболее просто.В их основе лежит стальная полоса толщиной 0,9-4 мм (в зависимости от типа и назначения детали - коренные подшипники толще, шатуны - тоньше), на которую нанесен антифрикционный слой толщиной 0,25-4 мм. Применяется 0,4 мм.твердая смазка) до 75%, также может 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 улучшает антифрикционные свойства. качества подшипника.Данное покрытие изготавливается из сплава свинец-олово-медь с содержанием свинца 92-100%, олова до 12% и меди не более 3%.
Также в подшипниках скольжения могут присутствовать дополнительные слои:
• Верхний защитный слой жести представляет собой покрытие из чистого олова толщиной всего 0,5-1 микрон, обеспечивающее защиту от коррозии, жира и загрязнений при транспортировке, монтаже и обкатке вкладыша;
• Нижний защитный слой олова – тот же слой, нанесенный на внешнюю сторону вкладыша (обращаясь к опорам коленчатого вала или к внутренней стороне головки шатуна);
• Подслой никеля (никелевый барьер, прокладка) – тонкий, толщиной не более 1-2 микрон, слой никеля между основным антифрикционным покрытием и слоем покрытия.Этот слой препятствует диффузии атомов олова из слоя покрытия в основной, что обеспечивает постоянство химического состава основного антифрикционного покрытия.При отсутствии никелевого барьера в основном покрытии может увеличиться концентрация олова, что приводит к негативным изменениям характеристик подшипника.
Рассмотренная конструкция подшипников скольжения не является стандартной, многие производители предлагают свои уникальные схемы и конструкции.Например, основной антифрикционный сплав может быть нанесен на стальную основу не напрямую, а через дополнительный подслой из алюминиевого или медного сплава, слой покрытия может иметь разнообразный состав, в том числе бессвинцовый и т. д.
Вопросы выбора и замены вкладышей коленвала
При выборе подшипников скольжения необходимо отталкиваться от модели двигателя, износа сопрягаемых деталей и наличия ремонтных вкладышей.Как правило, вкладыши изготавливаются под один модельный ряд или даже одну модель двигателя, поэтому заменить их деталями от другого мотора (за редким исключением) невозможно.Также нельзя использовать вкладыши без учета износа шеек коленвала, иначе ремонт обернется еще большими проблемами.
Прежде чем выбирать ремонтный размер подшипников, необходимо определить износ шеек коленчатого вала и других сопутствующих деталей (постелин, головок шатунов, хотя они менее подвержены износу).Обычно износ шеек происходит неравномерно, какие-то из них изнашиваются интенсивнее, какие-то меньше, но для ремонта покупается комплект одинаковых вкладышей, поэтому все шейки необходимо отшлифовать до одинакового размера.Выбор величины, до которой будут притираться шейки коленчатого вала, зависит от наличия подшипников определенных ремонтных размеров, подходящих именно для данного двигателя.Для моторов с небольшим пробегом выбирают ремонтные размеры +0,25 или +0,5, для моторов со значительным пробегом может потребоваться шлифовка до ремонтного размера +1,0, в старых моторах и того больше - до +1,5.Поэтому для новых двигателей обычно выпускают гильзы трех-четырех ремонтных размеров (до +0,75 или +1,0), а для старых можно найти вкладыши до +1,5.
Ремонтный размер вкладышей коленвала должен быть таким, чтобы при сборке двигателя между шейкой коленвала и опорной поверхностью оставался зазор в пределах 0,03-0,07 мм.
При правильном выборе подшипников скольжения коленчатого вала двигатель даже с большим пробегом будет работать эффективно и результативно в различных режимах.
Время публикации: 22 августа 2023 г.