У всіх двигунах внутрішнього згоряння колінчастий вал і шатуни обертаються в спеціальних підшипниках - вкладишах.Про те, що таке вкладиш коленвала, які функції він виконує, які види вкладишів бувають і як вони влаштовані, а також про правильний вибір нових вкладишів для ремонту - читайте в статті.
Що таке вкладиші колінчастого вала?
Вкладиш колінчастого вала — частина кривошипно-шатунного механізму двигуна внутрішнього згоряння, підшипник ковзання, що зменшує втрати на тертя і заклинювання деталей у місцях контакту колінчастого вала зі станиною блоку двигуна іколінчастий валз поршневими шатунами.Застосування підшипників ковзання обумовлено складними умовами і великими навантаженнями, при яких підшипники кочення (кулькові або роликові) працювали б неефективно і мали б малий ресурс.Сьогодні в більшості силових агрегатів використовуються вкладиші, і лише на деяких малопотужних одно- і двоциліндрових двигунах в якості опор колінчастого вала використовуються підшипники кочення.
Гільзи колінчастого вала виконують кілька основних функцій:
• Зменшення сил тертя в місці контакту колінчастого вала, опор блоку циліндрів і шатунів;
• Передача зусиль і моментів, що виникають при роботі двигуна - від шатунів до колінчастого вала, від колінчастого вала до блоку двигуна і т.д.;
• Правильний розподіл масла (утворення масляної плівки) на поверхнях деталей, що труться;
• Правильне вирівнювання та розташування деталей відносно один одного.
Вкладиші колінчастого вала відіграють важливу роль в роботі силового агрегату, але при цьому вони досить прості в плані конструкції.
Типи та характеристики вкладишів колінчастого вала
За місцем установки, призначенням і ремонтними розмірами підшипники ковзання колінчастого вала поділяються на види.
За місцем установки розрізняють два види вкладишів:
•Корінне населення;
• Шатуни.
Корінні підшипники ковзання встановлені в станині колінчастого вала в блоці двигуна і охоплюють корінні шийки колінчастого вала, забезпечуючи його вільне обертання.Шатунні підшипники ковзання встановлені в нижній головці шатуна і охоплюють шатунну шийку колінчастого вала.
Також за призначенням вкладиші діляться на дві групи:
• Звичайні - забезпечують лише зменшення сил тертя в місцях контакту деталей;
• Основна фіксація - додатково забезпечує фіксацію колінчастого вала в станині, запобігаючи його осьове зміщення.
Звичайні підшипники ковзання являють собою плоскі тонкостінні півкільця.Стопорні підшипники можуть бути виконані у вигляді упорних півкілець (використовуються в комплекті з плоским вкладишем) і вкладишів з буртиками;На торці двигуна встановлені півкільця, на одній або двох опорах станини колінчастого вала встановлені вкладиші буртів.
Вкладиші колінчастого вала зношуються в процесі експлуатації і підлягають заміні, також піддаються зносу шийки колінчастого вала, що призводить до збільшення зазору між деталями, що труться.Якщо встановити нові вкладиші такої ж товщини, як і старі, зазор залишиться занадто великим, що загрожує стуком і ще більш інтенсивним зносом.Щоб уникнути цього, використовуються вкладиші так званих ремонтних розмірів - трохи збільшеної товщини, що компенсує знос шийок колінчастого вала.Нові вкладиші мають розмір 0,00, ремонтні випускаються зі збільшенням товщини на 0,25, 0,5, 0,75, 1,0, 1,25, 1,5 мм, такі вкладиші позначаються відповідно +0,25, +0,5 і т.д.
Конструкція вкладишів колінчастого вала
Підшипник ковзання колінчастого вала композитний, містить два металевих плоских півкільця, які повністю закривають шийку колінчастого вала (верхню і нижню).У цій частині є кілька елементів:
• Отвори (одне або два) для проходження масла в масляні канали в колінчастому валу і шатуні;
• Замки у вигляді шипів або пазів для цапф для фіксації підшипника в опорі станини колінчастого вала або в нижній головці шатуна;
• Поздовжня канавка для підведення масла в отвір (виконується тільки на вкладиші, розташованому збоку швелера - це нижній основний вкладиш і верхній вкладиш шатуна);
• У буртиках упорні вкладиші - бічні стінки (борти) для фіксації підшипника і обмеження осьового переміщення колінчастого вала.
Гільза являє собою багатошарову конструкцію, основою якої є сталева пластина з нанесеним на її робочу поверхню антифрикційним покриттям.Саме це покриття забезпечує зниження тертя і тривалий термін служби підшипника, воно виготовляється з м'яких матеріалів і, в свою чергу, також може бути багатошаровим.Завдяки меншій м'якості покриття вкладишів поглинає мікроскопічні частинки зносу колінчастого вала, запобігає заїданню деталей, задирам тощо.
За конструкцією вкладиші колінчастого вала діляться на дві основні групи:
•Біметал;
• Триметалевий.
Найбільш просто влаштовані біметалічні підшипники.В їх основі лежить сталева стрічка товщиною 0,9-4 мм (в залежності від типу і призначення деталі корінні підшипники товщі, шатуни тонші), на яку нанесено антифрикційний шар товщиною 0,25- наноситься 0,4 мм.тверде мастило) до 75%, також може містити невелику кількість нікелю, кадмію, цинку та інших металів.
Крім основного антифрикційного покриття триметалічні вкладиші мають покривний шар товщиною 0,012-0,025 мм (12-25 мкм), який забезпечує захисні властивості (бореться з корозією і надмірним зносом основного шару) і покращує антифрикційні властивості. якості підшипника.Це покриття виконується зі свинцево-олово-мідного сплаву з вмістом свинцю 92-100%, олова до 12% і міді не більше 3%.
Також в підшипниках ковзання можуть бути присутніми додаткові шари:
• Верхній захисний шар жерсті - це покриття з чистого олова товщиною всього 0,5-1 мкм, яке забезпечує захист від корозії, жиру і забруднень під час транспортування, монтажу та обкатки вкладиша;
• Нижній захисний шар олова - це той же шар, який наноситься на зовнішню сторону вкладиша (з боку опор колінчастого вала або внутрішньої сторони головки шатуна);
• Нікелевий підшар (нікелевий бар'єр, прокладка) - тонкий, не більше 1-2 мікрон шар нікелю між основним антифрикційним покриттям і шаром покриття.Цей шар перешкоджає дифузії атомів олова з шару покриття в основний, що забезпечує постійність хімічного складу основного антифрикційного покриття.При відсутності нікелевого бар'єру в основному покритті можливе підвищення концентрації олова, що призводить до негативних змін характеристик підшипника.
Розглянута конструкція підшипників ковзання не є стандартною, багато виробників пропонують свої унікальні схеми і конструкції.Наприклад, основний антифрикційний сплав може бути нанесений на сталеву основу не безпосередньо, а через додатковий підшар з алюмінієвого або мідного сплаву, шар покриття може мати найрізноманітніший склад, в тому числі безсвинцевий і т.д.
Питання вибору та заміни вкладишів колінчастого вала
При виборі підшипників ковзання необхідно відштовхуватися від моделі двигуна, зносу сполучених деталей і наявності ремонтних вкладишів.Як правило, вкладиші виготовляються для одного модельного ряду або навіть однієї моделі двигуна, тому замінити їх деталями від іншого мотора (за рідкісним винятком) неможливо.Також не можна використовувати вкладиші без урахування зносу шийок коленвала, інакше ремонт обернеться ще більшими проблемами.
Перед вибором ремонтного розміру підшипників необхідно визначити знос шийок колінчастого вала та інших супутніх деталей (ліжок, головок шатунів, хоча вони менш схильні до зносу).Зазвичай знос шийок відбувається нерівномірно, деякі з них зношуються інтенсивніше, деякі менше, але для ремонту купується комплект однакових вкладишів, тому всі шийки повинні бути відшліфовані під один розмір.Вибір величини, на яку будуть сточуватися шийки колінчастого вала, залежить від наявності підшипників певних ремонтних розмірів, придатних для даного конкретного двигуна.Для моторів з малим пробігом підбираються ремонтні крупності +0,25 або +0,5, для моторів зі значним пробігом може знадобитися шліфування до ремонтної крупності +1,0, у старих моторах ще більше - до +1,5.Тому для нових двигунів зазвичай випускають вкладиші трьох-чотирьох ремонтних розмірів (до +0,75 або +1,0), а для старих можна зустріти вкладиші до +1,5.
Ремонтний розмір вкладишів колінчастого вала повинен бути таким, щоб при складанні двигуна між шийкою колінчастого вала і опорною поверхнею залишався зазор в межах 0,03-0,07 мм.
При правильному виборі підшипників ковзання колінчастого вала, двигун навіть з великим пробігом буде якісно і продуктивно працювати в різних режимах.
Час публікації: 22 серпня 2023 р