Какие вкладыши хорошие на двигатель

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;

• низкая вязкость масла;

• перегрев масла, дополнительно снижающий его вязкость;

• высокая шероховатость поверхностей подшипника и вала;

• 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).

Читайте также:  Alligator не заводится двигатель

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.

Читайте также:  Как самому откачать масло из двигателя

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.

Источник

Какие вкладыши хорошие на двигатель

Вкладыши автомобильного двигателя играют важную роль в его работе, взаимодействуя с шатуном, распределительным и коленчатым валами. За счет образующейся на его поверхности пленке масла исключается контакт металлических поверхностей деталей двигателя, что очень важно в условиях повышенной нагрузки и высоких температур.

Диагностика двигателя включает в себя, помимо прочего, и определение причин, по которым могут возникнуть поломки вкладыша. Такими причинами могут быть:

  • Постоянное давление, которому подвергается вкладыш, что может привести к появлению трещин на его поверхности.
  • Если масло загрязнено, то посторонние частицы могут поцарапать металл вкладыша и привести к быстрому износу.
  • Наоборот, низкий уровень масла в системе означает сухость вкладыша, и тогда вал за считанные часы способен непоправимо разрушить деталь.
  • Кроме того, нужно следить состоянием кислотно-щелочного баланса в картере, так как кислая среда разрушает поверхность элемента.

Следует помнить, что при высокой мощности силового агрегата все его комплектующие также подвергаются высоким нагрузкам. Вкладыши тут не исключение. Поэтому для спорткаров и форсированных моторов важно особенно внимательно выбирать эту автозапчасть.

По каким признакам можно определить, что с деталью не все ладно?

  • Об износе вкладыша может свидетельствовать низкое давление в системе подачи масла.
  • Сильный шум также подскажет, что пора менять шатунные вкладыши.

Как правильно подобрать вкладыш в зависимости от материала

Если в автосервисе установили, что требуется капитальный ремонт двигателя и пора менять вкладыши, то к их выбору стоит подойти со всей ответственностью. Прежде всего, важно выбрать деталь в зависимости от мощности мотора.

Существует несколько типов вкладышей:

В настоящее время вкладыши выпускаются из нескольких видов материала, обычно при этом применяется литье. Алюминий применяется в моторах азиатского и азиатского производства, а европейцы предпочитают делать вкладыши из медных и свинцовых композитов, которые намного прочнее и поэтому выдерживают высокие нагрузки в дизельных моторах.

Алюминиевые сплавы применяются чаще, тому есть несколько причин. И наиболее важная состоит в том, что производители в заботе об окружающей среде пытаются исключить применение свинца в отрасли.

Так, в 1994-м стал широко использоваться сплав A-500, состоящий в основном из алюминия. Кроме того, в него добавили олово, кремний, а количество свинца уменьшили до 2 процентов.

Впоследствии, в сплаве A-590 свинец вообще убрали, при этом прочность сплава только увеличилась за счет увеличения содержания олова и кремния. Теперь этот сплав способен выдержать нагрузки как в бензиновых двигателях на высоких оборотах, так и в дизельных моторах.

Алюминий, медь, свинец: за и против

Преимущество алюминиевых вкладышей еще и в том, что они достаточно недороги и устойчивы к износу. Кроме того, алюминий в процессе работы почти не стирается и следовательно, его частицы не загрязняют масло.

Слабым местом алюминиевых вкладышей является их слишком мягкая поверхность, которая неустойчива к царапинам. Поэтому если масло загрязнено, то инородные частицы оставят борозды на металле вкладыша. Детали из меди и свинца более устойчивы к царапинам, посторонние частицы просто вязнут на них, не причиняя особого вреда.

Читайте также:  Какой двигатель подходит для генератора

Производители научились нивелировать этот недостаток, шлифуя поверхность вкладышей, а не раскатывая ее. При этом на поверхности детали остаются микроскопические бороздки, не влияющие на характеристики, но увеличивающие способность к поглощению загрязнения. Инородные включения оседают в них, в то же время такая поверхность лучше удерживает масляную пленку.

Еще один плюс алюминия – он выдерживает более высокие температуры плавления, чем медь или свинец. Поэтому двигатель с алюминиевым вкладышем более устойчив при перегреве, возникающем при детонации или перегрузках.

Поэтому можно с уверенностью утверждать, что вкладыши из алюминия подойдут к любому типу двигателя, конечно, при соблюдении периода замены масла. В то же время детали из сплавов свинца и меди не настолько прихотливы к очистке масла или к неровностям шеек вала.

Все же производители спорткаров по-прежнему предпочитают оснащать двигатели медно-свинцовыми элементами, поскольку они лучше алюминиевых выдерживают перегрузки.

Обычно вкладыши из меди и свинца выполняются из трех слоев. В основе лежит сталь, на которую наносят баббит слоем от 0,0125 до 0,015 миллиметров. С декоративной целью элемент могут покрыть напылением олова. Такой слой характеризуется способностью аккумулировать твердые включения и обеспечивать износоустойчивость и прочность. Деталь может спокойно выдержать давление до 25 тыс. кПа на см. кв., в то время как алюминий выдерживает только 13 тыс. кПа.

Несмотря на хорошие показатели алюминиевых и медно-свинцовых сплавов, автопроизводители продолжают эксперименты и разработки в этой области. Например, недавно выпустили вкладыш из чистой меди, с нанесением олова и никеля. Верхний слой в нем – все тот же баббит. При одинаковых характеристиках в плане прочности, такие элементы намного экологичнее, долговечнее, но цена их стала заметно выше.

Поскольку наиболее распространенной причиной поломки вкладыша называют детонацию, то подобные детали с высоким запасом прочности могут противостоять нагрузкам. Но все же не всем по карману цена таких элементов.

Еще один вариант вкладыша – сочетание алюминия с покрытием тефлоном, который придает алюминиевой поверхности дополнительную устойчивость от царапин.

Вкладыши с покрытием

Почти все спортивные автомобили сейчас имеют в двигателях вкладыши с особым покрытием от признанных марок Federal Mogul/Speed Pro и Federal Mogul/Speed Pro.

Варианты покрытий позволяют уменьшать трение и препятствовать вредному воздействию температур, уменьшать износ детали. Кроме того, дополнительно такое покрытие позволяет уберечь мотор во время холодного или сухого старта, а также защищает агрегат, если вдруг упало давление масла.

Например, известная марка Federal Mogul запустила в производство технологию Duroshield, представляющую собой полимерное основание с дисульфатом молибдена. Пленка покрытия при этом не толще 0,075 мм, но она выдерживает мощность двигателя в 3 тыс. лошадиных сил!

В основе покрытия TriArmor от марки Dana Corporation – полимерный слой, с элементами графит и молибден.

Все эти разработки и эксперименты с покрытием не были бы нужны при безупречной работе двигателя. Но законы физики никто не отменял и поэтому приходится учитывать множество влияющих на состояние мотора факторов и предусматривать все варианты защиты автомобиля.

Обычно толщину масла на вкладыше считают в пропорции 0,001 мм (с допустимым отклонением 0,0125 мм) на сантиметр диаметра шейки вала. Но при наличии покрытия необходимости соблюдения таких правил нет, так как подобный слой придает вкладышу плотное прилегание и положительно влияет на его функции.

Дороговизна покрытий вкладышей вполне себя окупает, хотя разработка и внедрение новых технологий не так проста, как считается. Даже при небольшом нарушении технологии покрытие может отслоиться и тогда вся деталь приходит в негодность.

Хорошим примером может стать случай с гонщиком Аланом Калвики из команды NASCAR, для которой американская компания Swain Coatings разработала и выпустила лимитированную серию вкладышей. Во время гонки на автомобиле Алана вышел из строя ремень, установленный на маслонасосе, тем не менее гонщик смог проехать еще пять кругов и показать достойный результат. На обычном вкладыше двигатель просто не смог бы работать.

Купить вкладыши двигателя вы можете в нашем интернет-магазине, а в слюбой СТО сети Шмид опытные мастера с легкостью выполнят его замену.

Источник

Adblock
detector