Двигун внутрішнього згоряння працює за рахунок обертання колінчастого вала. Він обертається під впливом шатунів, які передають зусилля на колінвал від поступальних рухів поршнів у циліндрах. Щоб шатуни могли працювати в парі з колінчастим валом, застосовується шатунний підшипник. Це підшипник ковзання у вигляді двох півкілець. Він забезпечує можливість обертання колінчастого валу і довгу експлуатацію двигуна. Давайте детально розглянемо дану деталь.
Загальний опис
Підшипник шатуна (він же вкладиш) являє собою підшипник ковзання. Він встановлюється в нижній головці шатуна і охоплює шийку колінчастого валу. Деталь являє собою два півкільця із сталі зі спеціальним напиленням – воно знижує тертя. У півкільцях є канавки для змащення, а в одному півкільці є отвір для подачі масла.
Безпосереднього контакту з шийкою колінчастого вала шатунний підшипник не має. Деталі труться в особливому гідродинамічному режимі за рахунок масляної плівки, що утворюється в зазорі між шийкою валу і підшипником.
Умови роботи вкладишів двигуна
Завдяки утворення масляної плівки запобігається локальна концентрація навантажень. Але якщо будуть створені певні умови, то нормальний для підшипника гідродинамічний режим буде змінений на змішаний. Це може статися, якщо в двигуні недостатній тиск масла, вузол відчуває величезні навантаження, низька в’язкість масла, мастило перегрівається, на поверхні вала і підшипника є підвищена шорсткість. Також змішаний режим може виникнути з причини брудного масла, деформації і геометричних дефектів підшипників.
У цьому змішаному режимі у шатунного підшипника може виникнути контакт з поверхнею шийки колінчастого вала, що може надалі стати причиною задирів, підвищеного зносу, спікання валу з підшипником.
Матеріали та їх характеристики
Матеріали для виготовлення цих деталей зобов’язані мати масу іноді суперечливих характеристик і властивостей. Взагалі матеріал визначає надійність і якість підшипника. Різниця між різними моделями – в матеріалі і антифрикционном напиленні.
Так, матеріал повинен мати достатню втомну міцність – це максимальні циклічні навантаження, які елемент здатний витримувати протягом необмеженого числа циклів. Якщо перевищити дану навантаження, то почнуть з’являтися тріщини з причини втомленості металу.
Ще одна важлива властивість – опір матеріалу схоплюванню. Це здатність матеріалу для корінних і шатунних підшипників чинити опір спікання з металом вала в процесі безпосереднього контакту.
Стійкість до зношування – це властивість матеріалу зберігати свої геометричні розміри, незважаючи на наявність абразивів в мастилі, а також за умови прямого контакту з колінчастим валом. Матеріал повинен мати прирабатываемость. Це означає, що підшипник повинен компенсувати незначні дефекти колінчастого вала і гнізда в шатуні за рахунок локального зношення або деформації. Матеріал повинен мати властивість захоплювати абразив і бруд, яка циркулює в маслі. Також важлива якість – стійкість до корозії.
Довга і надійна робота шатунних підшипників двигунів досягається тільки за допомогою з’єднання фахівцями високої міцності матеріалу з м’якістю. Вкладиш повинен бути одночасно м’яким і в той же час твердим. Це може здаватися парадоксальним, але сучасні вироби поєднують всі ці характеристики.
Пристрій підшипника
Насправді матеріал, з якого виготовляють дані деталі, набагато важливіше, ніж геометричні характеристики. Підшипник ковзання влаштований з декількох шарів. Можна виділити біметалічні елементи і триметаллические.
Біметалічний вкладиш
Вкладиші шатунного підшипника виготовлені із сталевого підстави. Сталь забезпечує деталі необхідну жорсткість, а також натяг.
Далі йде другий шар – антифрикційне покриття. Воно досить товсте – товщина складає 0,3 міліметра. Товщина цього шару є дуже важливою для підшипника. Він може прирабатываться навіть до великих дефектів валу. Підшипник має високі абсорбційні властивості. Склад антифрикційного шару – від шести до двадцяти відсотків олова, а також від двох до чотирьох відсотків кремнію. В сплаві можуть міститися і такі елементи, як нікель, мідь, марганець, ванадій.
Триметаллический вкладиш
Тут крім підстави з сталі є ще й проміжний мідний шар – він містить крім міді до 25 % свинцю і до 5 % олова. Антифрикційне покриття виконується із сплаву на основі свинцю та олова. Покриття не товсте – близько 20 мкм. Така товщина надає втомну міцність, але антифрикційні властивості знижені. Також між основним і проміжним шаром вкладиш покривається нікелем – товщина складає не більше 2 мкм.
Особливості експлуатації
В процесі експлуатації шатунний підшипник зношується, і це перша причина, по якій його змінюють. Як би не намагався автовласник зберегти ці елементи, але закони фізики беруть своє, і уникнути цього ніяк не можна. Антифрикційний шар стирається, у колінчастого валу з’являється вільний хід, знижується тиск масла та кількість мастила. У результаті з-за підвищеного тертя виникають поломки.
Ще одна ситуація – провертання вкладишів. Це теж причина для заміни. Вкладиш просто злипається з шийкою колінчастого вала. Двигун глохне. Серед причин – густа змазка з великою кількістю сміття, відсутність масла, недотримання моментів затягування шатунних підшипників.
Висновок
Як видно, вкладиші – це невеликі, але дуже важливі деталі для безпроблемної роботи двигуна. Без них би двигун просто не працював. Це технологічні вироби, здатні витримувати високі навантаження, великі температури і величезні обороти. І саме через наявність вкладишів у двигуні потрібно частіше міняти масло – бруд вбиває підшипники. Самі елементи коштують не так дорого, однак для їх заміни потрібно повністю розбирати двигун. Ця робота не з легких і потребує знань, досвіду і наявності великої кількості часу.
