Для чего нужны вкладыши: назначение, виды, особенности проверки и замены – Для чего нужен вкладыш

Что такое вкладыш шатунный? :: SYL.ru

При работе двигателя шатун вращает коленчатый вал, который, в свою очередь, вращает маховик. Для обеспечения минимального трения и минимального износа в узле используется вкладыш шатунный. Это подшипник скольжения.

Назначение

Вкладыши коленчатого вала применяются, чтобы обеспечить возможность вращения коленвала. Процесс вращения происходит в результате сгорания в цилиндрах ДВС топливно-воздушной смеси. Трение, которое вызывается усиленными нагрузками, высокими скоростями, может стать причиной выхода двигателя из строя. Чтобы предотвратить эту ситуацию и снизить трение, составные элементы покрываются тончайшей пленкой смазочного материала. Слоем масла покрыт и вкладыш шатунный вместе с шейкой вала. Так подшипник позволяет снизить трение.

Устройство

В отличие от коренных подшипников, вкладыши шатуна работают в более нагруженных условиях. Деталь состоит из двух половин – металлических полуколец. Верхняя половина подвержена непродолжительным, однако очень значительным нагрузкам. Нижняя половина детали воспринимает на себе более длительные нагрузки от силы инерции поступательного движения и вращающихся масс.

Вкладыш шатунный – это тонкостенные металлические полукольца из стальной полосы со специальным антифрикционным покрытием. Вкладыш устанавливается в головку шатуна с определенным натягом. Он создается за счет того, что дуга элемента удлиняется на расстояние сжатия по периметру постели.

Материалы

Вкладыш представляет собой стальную полосу с нанесенным на нее антифрикционным покрытием. В качестве этого покрытия применяются различные сплавы, в основе которых лежит медь, алюминий, свинец. Сплавы на основе алюминия и меди равноценные по несущим характеристикам, но сплавы алюминия и олова быстрее приработаются к шейке вала, меньше подвержены износу, меньше изнашивают шейку, имеют меньшую чувствительность к качеству масла.

В дизельных моторах применяют вкладыши на основе стали и алюминия. В качестве антифрикционного материала чаще выступают такие сплавы, как А020, А06. В карбюраторных бензиновых силовых агрегатах применяют сплавы АМО1-20 с промежуточным слоем из чистого алюминия. В большегрузных КамАЗах используются вкладыши шатунные из стали и бронзы. В качестве антифрикционного слоя примется сплав БрС30.

Детали, изготавливаемые из прочных материалов, дополнительно имеют очень тонкий слой свинца и олова. Слой, несмотря на толщину всего 0,02 миллиметра, позволяет значительно улучшить приспосабливаемость вкладыша к дефектам и деформациям шейки вала и лучше поглощать абразивные частицы. Повышается усталостная прочность базового антифрикционного покрытия.

Особенности маркировки

Если детали подшипника изношены или повреждены, когда не получается получить правильный зазор коленвала, ситуацию можно улучшить путем подбора новых вкладышей. Если шатуны растачивались, то они должны быть укомплектованы деталями соответствующих ремонтных размеров шатунных вкладышей. Обычно подбор доверяют специалистам.

При выборе новых шатунных подшипников ориентируются на маркировку по цветам – нужно смотреть на те детали, которые сняты с автомобиля. Если на элементах старых подшипников не сохранилось цветовой маркировки, то ищут ее на нижних головках. Там нужно увидеть метку в виде цифры – это класс подшипника. Также проверяют буквенные метки на коленчатом валу – они определяют размеры шатунных шеек.

Чтобы ориентироваться в карте выбора подшипников, используют маркировку на блоке цилиндров. Например, С3 говорит о том, что нужно устанавливать желтый и зеленый вкладыш. При этом любой из них может быть установлен в крышку или в постель. При выборе новых подшипников пользуются идентификационной цветовой картой маркировки шатунных вкладышей. Так, если найти букву на шейке шатуна и цифру на шатуне (например, D4), то по этой карте нужен подшипник синего цвета. Естественно, нужно помнить, что для разных двигателей цвета могут быть другими.

Особенности замены, момент затяжки

Вначале проверяют зазор между коленчатым валом и вкладышем. Проверить его можно калибровочной проволокой. Далее монтируют крышку шатуна с вкладышем. Крышка должна устанавливаться строго на тот шатун, с которого она снималась в процессе разборки и дефектовки двигателя. Далее нужно затянуть крышки.

Момент затяжки шатунных вкладышей меньше, чем для коренных. На примере двигателя ВАЗ-2108: крышку затягивают с усилием от 43 до 53 Нм. На «Приоре» шатунные подшипники затягивают с усилием в 43,3-53,5 Нм.

Заключение

Вот что такое вкладыши шатунов. Это достаточно важные детали, без которых двигатель работать не сможет. Если их износ предельный, вкладыши может провернуть внутри мотора и шейка шатуна будет интенсивно изнашиваться. Двигатель может и вовсе заклинить – нужно лить в мотор только качественное масло и регулярно его менять (иногда даже раньше, чем указано в регламенте).

Для чего нужны вкладыши распредвала?

В проектировании и последующем строении автомобильных агрегатов внутреннего сгорания используются подшипники качения, которые в простонародье именуются вкладышами. Кому-то это может показаться новым, относительно привычных знаний о шариковых, роликовых или игольчатых подшипниках. Элементы такого рода применяются в двигателе вполне обоснованно. Они выдерживают большие вибрационные нагрузки и высокую скорость вращения сопряжённых деталей. Несложно догадаться, что данные вкладыши получили такое название в силу того, что части моторного механизма, сопряжённые между собой, движутся за счёт скольжения, а точнее бесконтактно.

Конструкция вкладыша состоит из втулки и корпуса, в который она и вставлена. Для обеспечения постоянного и беспрепятственного скольжения с уменьшенной силой трения, в зазор между деталями под давлением подаётся смазка.

Наиболее наглядным примером такого подшипника является вкладыш распределительного вала. Он выглядит как кольцо с отверстием для подвода с сопряжёнными вращающимися поверхностями, которые обеспечивают бесконтактное скольжение деталей относительно друг друга в маслянистой среде.

Причины выхода из строя

Вкладыши распредвала могут выходить из строя из-за недостатка смазочного материала, попадания различных грязевых частиц и накопления отложений, перегрузок силового агрегата и развития коррозии. Независимо от того, какого уровня дефектам подверглись подшипники, устраняется это всё путём капитального ремонта мотора во избежание неожиданных повторов.

Чтобы осмотреть вкладыши, их будет удобнее извлечь из своих постелей, разложить на чистой рабочей поверхности в порядке установки. Как грязь, так и посторонние частицы попадают в силовой агрегат разными путями. Они могут быть оставлены внутри двигателя в процессе его сборки или попасть в вентиляционную систему картера через лазейки в фильтрах.

Все частицы, даже самые мелкие, которые попадают в моторное масло, рано или поздно проникают в подшипники. Часто в ту часть вкладышей, которая содержит мягкий материал внедряются грубые металлические опилки, которые являются побочным результатом нормального срабатывания внутренних элементов двигателя.

Нередко возникает большая вероятность наличия абразивных отложений во вкладышах, когда не было уделено нужное внимание чистке определённой области двигателя после капитального ремонта силового агрегата. Не имеет значения, каким образом посторонние частицы попадают в двигатель, важен пагубный результат их внедрения в поверхность вкладышей распредвала.

Главное, что они легко определяются при визуальном осмотре втулок. Более крупные частицы на вкладышах долго не удерживаются, но оставляют на них и на поверхности валовых шеек заметные и глубокие царапины, каверны и задиры. Самая лучшая гарантия того, что подобное не случится в двигателе вашего автомобиля, – максимально ответственное отношение к чистке элементов и тщательность соблюдения чистоты во время сборки после проведения капитального ремонта.

Как известно, частая и регулярная замена моторного масла существенно продлевает эксплуатационный срок вкладышей распредвала. Но другой стороной является масляное голодание, которое является следствием нескольких различных, но порой взаимосвязанных явлений.

Так, при перегреве силового агрегата, консистенция моторного масла существенно теряет в плотности и вытекает из рабочих зазоров втулок. Вкладыши распредвала недостаточно смазываются моторным маслом также и в результате увеличенных рабочих зазоров и обычными утечками, как наружными, так и внутренними.Регулярное превышение оборотов двигателя также является очередной причиной вытеснения моторного масла из вкладышей распредвала.

Низкая проходимость маслотоков является причиной подачи меньшего объёма смазки к втулкам. Также, пожалуй, наиболее типичным результатом масляного голодания является локализованное или полное выщербление внешнего слоя вкладышей распредвала с металлической подложки.

При этом рабочая температура достигает таких экстремальных значений, что подложка нагревается до синевы. Очередной причиной, которая оказывает очень масштабное действие на многие элементы и системы автомобиля, является манера вождения автомобилиста. Движение на малой скорости со включенной повышенной передачей приводит к большим перегрузкам вкладышей, с последующим вытеснением масляной смазки из рабочих зазоров. Такие перегрузки повышают пластичность втулок, вызывая трещины во внешнем слое – усталостная деформация. Поверхностный материал крошится и отслаивается от металлической подложки.

Постоянная эксплуатация транспортного средства в городском потоке приводит к развитию коррозии вкладышей. Из-за недостаточно разогретого двигателя происходит выпадение конденсата и выделение агрессивных по своему химическому составу газов. Эти отложения формируются в моторном масле, образуя кислоты и шлаки. При попадании такого масла на вкладыши, появляется коррозия.

Неправильно установленные втулки распредвала во время сборки двигателя после капитального ремонта быстро приходят в негодность. Слишком туго посаженные вкладыши не позволяют обеспечить необходимую величину зазора, что снова же приводит к масляному голоданию.

Как менять вкладыши распредвала

Чтобы провести замену вкладышей распределительного вала, вам потребуются:

— динамометрический ключ;

— набор накидных головок;

— набор гаечных рожковых ключей.

Подготовительный процесс:

1. Снимите крышку ремня привода газораспределительного механизма.

2. Установите коробку передач в положение нейтраль.

3. Далее, прежде чем снять ременной привод распредвала, необходимо поршень первого цилиндра поставить в положение ВМТ такта сжатия. Это делается для последующей правильной установки газораспределительных фаз. Если фазы будут перепутаны, работа двигателя будет нарушена.

Для установки поршня первого цилиндра в данное положение нужно прокрутить болт шкива коленчатого вала по часовой стрелке динамометрическим ключом до положения, в котором метка шкива распределительного вала совпадает с отметкой на внутреннем кожухе ремня. Вся информация об этом содержится в мануале вашего автомобиля. После установки шкива распредвала, коленвальный шкив автоматически выставится по метке.

Непосредственный процесс замены:

1. Снимите клапанную крышку.

2. Ослабьте ременной натяжитель.

3. Поставьте автомобиль на первую передачу и открутите болт шкива распределительного вала накидной головкой. Снимите шкив. На многих моделях автомобилей, прежде чем открутить болт, необходимо отогнуть шайбу, фиксирующую гайку.

4. Открутите болты, снимите верхние крышки постелей и уложите каждую по порядку на чистую поверхность. Предварительно сделайте в ней отверстия для болтов с проставлением номеров. Благодаря этому не возникнет путаница деталей при сборке.

5. Извлеките распределительный вал.

6. Монтируйте новые вкладыши распредвала.

7. Обратно установите распредвал, наденьте на него шкив, снова прокрутите и установите его по меткам.

8. Наденьте ремень.

Как только распредвал установлен на новые вкладыши, проконтролируйте величину зазора между ними.

Она должна соответствовать допустимой величине, указанной в мануале. Для этого замерьте расстояние между шейкой распределительного вала и корпусом подшипника. Это выполняется при помощи калибровочной проволоки. Её нужно поместить между шейкой вала и корпусом подшипника.

Затем динамометрическим ключом сожмите постель распределительного вала с моментом, который равен тому, что указан в мануале.

После сжатия ослабьте болты постелей и достаньте проволоку. Измерьте сплющенный конец микрометром. Это и будет являться величиной зазора между шейкой распредвала и вкладышем. Сверьте с зазорами, указанными в инструкции. Если всё в порядке, продолжайте делать сборку в обратном порядке.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Авторская статья ««Мягкая сила» гоночных вкладышей» на сайте инженерной-технологической компании Механика

«Мягкая сила» … звучит парадоксально, не правда ли? Обычно мы воспринимаем нечто как сильное и мощное – если оно крепкое и грубое. Почему вкладыши двигателя, особенно высококачественные не могут просто быть сильными?

Разве быть «твердыми» – это недостаточно для их продолжительной и надежной работы в условиях гонок?

Ответ на этот вопрос мог бы быть «да» – но только при одном условии: если они способны работать как идеальная часть подшипника с гидродинамической смазкой.

К сожалению, так не бывает в настоящем мире гоночных двигателей.

«Гидродинамический» вкладыш

Вкладыш шейки коленчатого вала – это важнейший элемент подшипника скольжения, работающего с гидродинамической смазкой. Таким образом, поверхность вкладыша отделена от поверхности шейки масляным «клином».

Вращающаяся шейка вала всегда смещается под нагрузкой, при этом образуется клиновидный зазор между поверхностями вкладыша и шейки, заполненный моторным маслом. Этот масляный «клин» незаменим для нормальной работы гидродинамического подшипника.

Вращение шейки вызывает нагнетание масла, по направлению вращения, при этом в клиновидном зазоре создается избыточное давление. Эта сила, созданная давлением масла, противодействует внешней силе F. Поэтому пленка масла, разделяющая поверхности вкладышей и шейки, остается стабильной, и детали подшипника не контактируют между собой.

Толщина масляной пленки зависит от величины силы F, скорости вращения вала, вязкости масла, величины масляного зазора и геометрических параметров вкладыша (диаметр и длина).

Предполагается, что идеальный гидродинамический подшипник является абсолютно жестким, его ось параллельна оси шейки вала, сама шейка имеет форму идеального цилиндра, поверхности вкладыша и шейки идеально гладкие, масло – чистое и его достаточно для гидродинамической смазки.

Вкладыши из реального мира

К сожалению, вкладыши из реального мира отличаются от идеальных вкладышей. В двигателях внутреннего сгорания нагрузка на вкладыши меняется циклически, из-за переменного давления газов в цилиндрах и инерционных сил, развивающихся за счет ускорения деталей.

Переменные нагрузки на детали могут вызвать поломку вкладыша в результате усталости материала. Пленка масла предотвращает локальную перегрузку, распределяя приложенные силы по относительно большой площади.

Однако, если давление, переданное через масляный клин вкладышу, больше, чем усталостная прочность материала, на поверхности вкладыша образуются и быстро развиваются усталостные трещины.

Еще одна особенность состоит в том, что вкладыши не абсолютно жесткие.

Силы, воздействующие на подшипники скольжения, деформируют их корпуса. Мощные двигатели обычно работают на высоких оборотах, почему значительно растут силы инерции, вызванные ускорением и замедлением деталей двигателя (например – поршня в сборе с шатуном). Инерция «растягивает» (деформирует) шатун и его отверстия по вертикальной оси.

Отверстия в блоке цилиндров также могут изменить свою форму в результате высоких нагрузок на коренные подшипники. При таких условиях масляный «клин» может поменять свою форму со «сходящейся» на «расходящуюся», что ставит под угрозу условия смазки подшипника и может привести к непосредственному контакту поверхностей шейки и вкладышей.

Кроме того, вкладыши не всегда параллельны шейке, а отверстия коренных подшипников в блоке цилиндров могут быть несоосными. Несоосность (отклонение от концентричности) и непараллельность осей также вызывают прямой контакт между вкладышами и шейками.

Действительная форма шейки вала также может отличаться от формы идеального цилиндра.

Если диаметр шейки меняется в осевом направлении, то шейка может быть: конусной, бочкообразной или как «песочные часы» (вогнутой). Вариации диаметра шейки в радиальном направлении приводят к овальности или волнам вдоль окружности шейки (вибрация при шлифовании).

Шейки вала также могут менять свою форму в результате изгиба вала, вызванного перегрузкой двигателя или крутильными колебаниями. Подобные изменения формы шейки также меняет масляный зазор, разрушая масляную пленку, разделяющую поверхности вкладыша и шейки.

Поверхности вкладышей и шейки не являются идеально гладкими. Прямой контакт деталей может быть вызван также шероховатостью поверхности шейки. Качество поверхности шейки особенно важно для гоночных подшипников, которые могут работать с малой толщиной масляной пленки.

Масло, работающее в двигателе, всегда содержит примеси и загрязнения. Твердые частицы, попавшие в масло, могут застрять между трущимися поверхностями, вызывая сухое трение и ускоряя износ материала вкладышей. Масло, вытекая из вкладыша, сливается в поддон, а утечка компенсируется маслом, подаваемым масляным насосом.

Если утечка через зазоры близка к производительности насоса или превышает ее, количество масла становится недостаточным для образования стабильного «масляного клина». В результате смазка подшипника скольжения становится полусухим или сухим, характеризующимся контактом металлов между поверхностями вкладыша и шейки. Подобные условия называются масляным голоданием.

Таким образом, подшипники в реальном двигателе работают в смешанном режиме смазки, характеризующемся периодическим контактом между поверхностями трения.

В отличие от идеального гидродинамического режима, вкладыши, работающие в режиме смешанной смазки, должны иметь определенную комбинацию свойств материала, в том числе связанные с мягкостью.

Свойства материалов вкладышей

В гоночных двигателях вкладыши работают в условиях высоких переменных нагрузок, высоких оборотов, периодического контакта деталей подшипников и при наличии загрязнений, попавших в масло.

Вот основные свойства материалов для вкладышей двигателя:

• Нагрузочная способность (усталостная прочность) – максимальное значение циклических напряжений, которому вкладыш может противостоять, не образуя усталостных трещин после множественного числа циклов нагружения.

• Износостойкость – способность материала вкладыша сохранять форму в условиях смешанной смазки и при наличии посторонних частиц, занесенных маслом.

• Совместимость (устойчивость к заклиниванию) – способность материала вкладыша сопротивляться физическому соединению («свариванию») с шейкой коленвала, когда она контактирует с поверхностью вкладыша.

• Способность к местной деформации – способность материала вкладыша приспосабливаться к несовершенствам геометрии шейки, корпуса или самого же вкладыша.

• Способность к поглощению – свойство материала вкладыша задерживать мелкие посторонние частицы, занесенные с маслом.

• Сопротивление коррозии – способность материала вкладыша противостоять химическому разрушению со стороны масла или веществ, которые могут загрязнить масло.

• Сопротивление кавитации – способность материала вкладыша противостоять ударным напряжениям, вызванным схлопывающимися кавитационными пузырьками, которые образуются в результате резких локальных изменений давления в циркулирующем масле.

Усталостная прочность, износостойкость и сопротивление кавитации характеризуют прочность и твердость материала.

Совместимость (устойчивость к заклиниванию), способность к местной деформации и способность к поглощению связаны с мягкостью материала. Вкладыши двигателя должны сочетать все эти противоречивые требования, в зависимости от условий работы. Это очень сложная задача, так как одни характеристики (прочность и жесткость) плохо сочетается с другими («мягкостью»).

Структуры материалов вкладыша

Нужные качества может быть достигнуты, если материал вкладыша имеет композитную структуру.

Вкладыши для подшипников скольжения двигателя обычно выполняют из стальной ленты, на которую нанесена относительно твердая основа (сплавы на основе меди или алюминия), в сочетании с твердой смазкой: либо тонкий верхний слой, либо мелких антифрикционных частиц, распределенных по всему материалу основы.

Вкладыши с тонким верхним антифрикционным слоем называются триметаллическими, а без верхнего слоя – биметаллическими.

Конструкция типичных триметаллических и биметаллических вкладышей показана на рисунке ниже.

Ниже показана микроструктура типичного триметаллического вкладыша.

Верхний слой дает вкладышу требуемую «мягкость». Мягкие свинцовистые сплавы, обычно используемые как верхний антифрикционный слой в гоночных вкладышах, имеют великолепные совместимость (устойчивость к заклиниванию), способность к местной деформации и способность к поглощению.

Прочность обеспечивается расположенным промежуточным слоем – из освинцованной бронзы. Свинец нужен, чтобы улучшить стойкость к заклиниванию.

Триметаллические вкладыши имеют ограничение по толщине верхнего слоя, которая всегда является результатом компромисса между требуемой нагрузочной способностью и антифрикционными свойствами вкладыша.

Если верхний слой частично стерся, это увеличивает опасность заклинивания между шейкой коленвала и вскрытой бронзой промежуточного слоя.

Биметаллические вкладыши не имеют верхнего слоя; поэтому они более терпимы к величине износа.

Следующий рисунок показывает типичную микроструктуру биметаллического вкладыша.

Слой алюминиевого сплава в биметаллическом вкладыше содержит микрочастицы олова, распределенные по всей алюминиевой матрице. Олово здесь служит твердой смазкой. Сами алюминиевые сплавы обычно мягче, чем бронза в триметаллических вкладышах. Поэтому они обеспечивают хорошее совместимость (устойчивость к заклиниванию), способность к местной деформации и способность к поглощению.

Толщина алюминиевого сплава в биметаллическом вкладыше составляет около 0,30 мм. В результате он может выдержать большую деформацию и несоосность, чем триметаллический гоночный вкладыш, толщина верхнего слоя которого всего лишь 0,013 мм.

pMax Black™: усиленный материал для триметаллического вкладыша

Триметаллические вкладыши с «мягким» свинцовым верхним слоем традиционно популярны в гоночных двигателях. Однако мощность подобных двигателей значительно увеличилась за последние годы. При этом также увеличились нагрузки на вкладыши.

Помимо большей нагрузки, появилась тенденция использовать моторные масла с пониженной вязкостью, чтобы уменьшить потери мощности на трение.

Таким образом, вкладыши в современном гоночном двигателе работают при более высоких нагрузках и уменьшенной минимальной толщине масляной пленки. Нагрузочная способность и износостойкость традиционных триметаллических материалов уже не отвечает современным требованиям.

Инженеры компании King Engine Bearings решили эту проблему с помощью усиленного триметаллического материала под названием pMax Black™.

Он был разработан специально для высокофорсированных гоночных двигателей. Эта технология делает возможным образование сверхтонкой «закаленной» пленки на поверхности верхнего слоя вкладыша.

Подобная пленка значительно сокращает износ верхнего слоя и эффективно препятствует образованию усталостных трещин на поверхности вкладыша.

Стендовые эксперименты показали, что усталостная прочность верхнего слоя pMax Black™ составляет около 700 атм., что на 17 % больше, чем прочность традиционных триметаллических вкладышей (590 атм).

В то же время, сохранены все свойства «мягкого» верхнего слоя: устойчивость к заклиниванию, способности к местной деформации и поглощению. Подобные вкладыши легко узнать по темному цвету рабочей поверхности.

Важно подчеркнуть, что верхний слой pMax Black™, с его упрочненным сверхтонким верхним слоем остается значительно мягче, чем сталь или чугун. Поэтому он не вызывает повреждений поверхности шейки в случае кратковременного контакта «металла-металл».

Биметаллические гоночные вкладыши HP

Большинство алюминиевых сплавов, используемых в биметаллических вкладышах, имеют допустимое давление не более 680 атм. Поэтому их нельзя использовать в двигателях, совмещающих высокую степень форсировки нагрузки и относительно большой ресурс.

Чтобы лучше соответствовать ситуациям, в которых характерные свойства биметаллических вкладышей проявляются оптимальным образом, King Engine Bearings разработал биметаллические гоночные вкладыши серии HP.

Подобные вкладыши HP лучше всего подходят для стритрейсинга, гонок дрегстеров и, даже, для гонок на кольцевых трассах средней протяженности.

Алюминиевый сплав во вкладышах HP обеспечивает сбалансированное сочетание хорошей нагрузочной способности с хорошими способностями к поглощению и к местной деформации, что важно для удержания посторонних частиц и компенсации прогибов коленвала.

Устойчивость сплава к заклиниванию также улучшена добавкой кремния в его состав.

ХОТИТЕ СТАТЬ АВТОРОМ?

Пришлите свою статью

Вкладыши коленвала: неисправности и подбор новых деталей

Одним из важнейших элементов привычного нам ДВС является коленвал. За счет него энергию от сгорания топлива можно передать смежным элементам и обеспечить вращение колес. Ключевой момент здесь: вал вращается. На первый взгляд ничего особенного, но любой инженер подтвердит, что работа с вращающимися элементами требует особого подхода. Ведь необходимо обеспечить вращение для вибраций, а также нагрева, обусловленного действием сил трения. В этом очень помогают вкладыши коленвала, представляющие собой полукольца с т.н. антифрикционным покрытием. На первый взгляд, очень простая вещь, однако грамотному автолюбителя нужно знать об этих элементах коленвала все. Об устройстве вкладышей, их неисправностях, а также методике замены вы узнаете из материала Avto.pro.

Подробнее о детали

Вкладыши по своей сути – это подшипники скольжения, в которых нуждаются шатуны, вращающие коленвал, и отдельные части самого вала. Вращение обеспечивает сгорающая в цилиндрах двигателя смесь воздуха и топлива. Разумеется, двигатель работает при больших нагрузках и стремится как можно сильнее раскрутить коленчатый вал. Проблема возможного трения деталей здесь стоит особенно остро, причем возникновение т.н. сухого (безмасляного) трения может вывести двигатель из строя очень быстро. Решение простое: обеспечить постоянное наличие тонкой масляной пленки. Выходит, что вкладыши коленчатых валов представляют собой лишь своеобразную защиту, которая поддерживает масляную пленку в местах трения. В идеале из строя по адекватным причинам вкладыши должны выходить. Сразу отметим, что вкладыши коленвала бывают следующие:

• Коренные. Такие вкладыши располагают между самим валом и теми местами, в которых он проходит через корпус двигателя;
• Шатунные. Их устанавливают между шатунами и шейками автомобильного коленвала.

Как уже было указано выше, вкладыши коленвала не похожи на классические роликовые или шариковые подшипники – они выглядят как обычные полукольца. Дело в том, что обычные подшипники не выдержат нагрузок, которые выдает силовой агрегат автомобиля. Лишь в некоторых маломощных моторах установлены подшипники качения, тем временем как наиболее распространенными являются именно подшипники скольжения. Резюмируя, назначение вкладышей коленчатого вала в следующем:

• Обеспечить нормальную передачу сил и моментов, которые возникают при работе силового агрегата;
• Минимизация сил трения, которые возникают в местах контакта коленвала, опор блока цилиндров, а также шатунов;
• Центровка деталей, правильное позиционирование;
• Распределение масла.

Здесь стоит отметить, что со временем геометрия вкладышей меняется. Сильно изношенные детали необходимо менять, но в качестве замены не всегда подходят оригинальные вкладыши, установленные еще на заводе автоконцерна. Рекомендуется установка вкладышей ремонтных размеров, толщина которых больше. Если на старый двигатель установить не ремонтные вкладыши, зазор между деталями будет слишком большим, что может вылиться к появлению стуков и интенсивному износу коленчатого вала.

Как устроены вкладыши коленвала

Конструкция современных подшипников скольжения коленчатого вала составная. Она включает в себя пару металлических полуколец, которые охватывают шейку коленчатого вала и снизу, и сверху. Сами полукольца при этом плоские – иначе бы не удалось создать достаточно небольшой зазор между вкладышем и валом. Кроме того, во вкладышах предусмотрены такие элементы:

• Одно или два отверстия, через которые масло может двигаться к масляному каналу;
• Продольная канавка, если это коренной вкладыш (нижний) или же верхний шатунный;
• Боковые стенки, если вкладыш упорный;
• Фиксирующий замок, выполненный в виде пазов под штифтовое крепление или в виде шипов.

Сами вкладыши при этом бывают биметаллические или же триметаллические. Самыми простыми и распространенными являются именно биметаллические вкладыши, основой которых является полосы 0,9 – 4,0 миллиметра толщиной из стали и с антифрикционным покрытием, толщина которого составляет 0,25 – 0,40 миллиметра. Как правило, такое покрытие выполнено из мягкого сплава меди, свинца и олова. Реже встречается сплав из меди, алюминия и олова, а также свинца, алюминия, олова и кремния. Как правило, медь и алюминий составляют 75% сплава.

Менее распространенные триметаллические вкладыши коленвала имеют специальный покровный слой очень малой толщины. Он призван защитить вкладыш от коррозии и быстрого износа. Состав сплава почти аналогичен составу для антифрикционного слоя, вот только в нем содержится очень много свинца и довольно мало меди. Кроме того, самые продвинутые и дорогостоящие вкладыши могут иметь дополнительные защитные слои – один с внутренней, а второй с наружной стороны. В составе защитных слоев может встречаться олово и никель. Сразу отметим, что подшипники скольжения имеют иногда имеют весьма занятные исполнения, так как автоконцерны могут создавать вкладыши по-своему, не руководствуясь единым стандартом.

Причины и признаки неисправности

Вкладыши могут выходить из строя по ряду причин. Разумеется, эксплуатационный ресурс вкладышей очень большой, так что автолюбители не так часто сталкиваются с необходимостью их замены. Но если поломка все же случилась, действовать нужно незамедлительно. Рекомендуется сразу обратиться на СТО, где двигатель сможет осмотреть специалист. Однако продлить эксплуатационный ресурс вкладышей автолюбитель может. Вот по каким причинам данные детали могут выходить из строя:

1. Попадание инородных тел;
2. Усталость металла;
3. Износ вследствие проникновения олова;
4. Коррозия поверхности;
5. Грязевая эрозия;
6. Недостаточное смазывание;
7. Эрозия из-за кавитации;
8. Несоостность.

Как видите, причин выхода из строя довольно много. Давайте рассматривать их по порядку. Касательно первой причины: если на рабочую поверхность вкладыша попадают инородные тела или же грязь, дальнейший износ вкладыша происходит ускоренно. Строго рекомендована очистка системы и замена подшипников, если они имеют критический износ. Касательно второй: усталость может быть вызвана как длительной эксплуатацией, так и чрезмерной нагрузкой на деталь. Стоит опасаться как установки низкокачественных вкладышей, так и недогорания топлива в камерах и неправильного тюнинга мотора. Кроме того, имеет смысл проверить форму шейки вала. Касательно третьей: если вкладыш перемещается на своем посадочном месте, в местах, где слой олова значителен, он может изнашиваться намного сильнее. Здесь рекомендован осмотр, очистные работы и корректировка. Касательно четвертой причины: ускоренный износ детали и появление на ней следов коррозии зачастую связано с применением низкокачественного моторного масла. При этом особняком стоит выход вкладышей из строя вследствие грязевой эрозии (пятый пункт списка). На вид все просто: из-за скопления грязи на вкладышах, а в иных случаях и в области вокруг масляных отверстий, детали изнашиваются быстрее. На деле же причин, по которым в системе появляется так много грязи, несколько. Рекомендована замена масла, а также масляных и воздушных фильтров.

Одной из самых частых причин, по которой любые вкладыши приходится менять чаще обычного, кроется в невысоком качестве смазывания (шестой пункт списка). Вследствие возникновения сухого трения вкладыши могут изнашиваться очень сильно. Рекомендуется проверить систему смазывания агрегата, а также убедиться в опор вкладышей и общей целостности вала. Касательно седьмой причины: проверьте, нет ли в моторном масле примесей антифриза от утечки. Также имеет смысл убедиться в правильности зазоров вкладышей. В иных случаях эрозия из-за кавитация может быть вызвана частой детонацией топлива и слишком большой скоростью тока моторного масла в системе. Сам вкладыш при этом будет иметь хорошо заметные точки вымывания. И, наконец, что касается восьмой причины: если вкладыш сильно изнашивается ближе к кромке, нужно проверить правильность расположения осей вкладышей и шейки.

Выявить поломку вкладыша зачастую удается лишь в самый последний момент. Именно по этой причине производители автомобилей рекомендуют периодически проводить диагностику двигателя, менять вкладыши, опционально производить шлифовку шеек коленчатого вала. Если вы слышите глухой металлический стук в районе двигателя, критически высока вероятность того, что его источником является вал с изношенными вкладышами. Как показала практика, стук шатунных вкладышей имеет высокую резкость и очень хорошо прослушивается, если вы удерживаете холостые обороты и затем резко подгазовываете.

Немного о подборе вкладышей

Самостоятельный подбор вкладышей – довольно рисковое дело, так как вероятность выбрать деталь, которая не вполне подходит к коленвалу вашего автомобиля, будет сложно. Дело в том, что потенциальному покупателю важно учитывать не только совместимость запчасти с автомобилем, но еще и состояние некоторых его узлов. В данном случае речь идет об коленчатом вале, который еще и придется отшлифовать. Так что без обращения к эксперту, который разберет двигатель и проведет диагностику, зачастую не обойтись. Вполне вероятно, что придется устанавливать ремонтные вкладыши большой толщины. Такие детали можно искать по следующим параметрам:

• Данные автомобиля;
• VIN-код;
• Код подходящего вкладыша.

Проще всего вести поиски в каталогах интернет-магазинов. Там автолюбитель сможет, к примеру, найти оригинальные вкладыши и, отталкиваясь от них, подобрать ремонтные. Если старые вкладыши просто износились по причине длительной эксплуатации и значительных нагрузок, есть вероятность того, что дефектовка коленчатого вала не потребуется. Из этого следует, что подходящие вкладыши будет подобрать несколько проще.

Если вы хотите выполнить как можно более значительный объем работ самостоятельно, то для начала вам придется определить показатель зазора. Для этого нужен динамометрический ключ и специальная калибровочная проволока. Если зазор большой, это говорит о необходимости расточки вала и дальнейшей установки ремонтных вкладышей. Работу с валом можно доверить исключительно профессионалам. Размер подходящих вкладышей можно определить микрометром. В технических руководствах тоже можно найти полезную для поиска вкладышей информацию.

Вывод

Вкладыши коленчатого вала – простые и, на первый взгляд, невероятно живучие элементы современных двигателей. Практика успела показать, что с необходимостью замены вкладышей за весь период пользования автомобилем приходится сталкиваться один-два раза. Но не стоит думать, что это именно та деталь, которая не должна ломаться. Напротив, вкладыши иногда называют защитными элементами коленчатого вала, так как они одними из первых принимают на себя удар. Если вы столкнулись с необходимостью замены вкладышей, ни в коем случае не медлите. Обратитесь к специалисту по двигателям и доверьте все ему, или же попытайтесь сделать часть работы самостоятельно.

Подбор вкладышей коленвала. На что обратить внимание?

Двигатель автомобиля — это сложный механизм, состоящий из большого количества деталей. В функционировании любого мотора вкладыши коленвала (шатунные и коренные) считаются очень важными деталями. В данной статье речь пойдет именно о них.

Описание

 

Вкладыши представляют собой подшипники скольжения шеек и шатунов, которые установлены между шейками коленвала и отверстиями в головках шатунов. Их задача — выдерживать существенные нагрузки между шейкой и шатуном, а также снижать трение. На современных двигателях вкладыши покрываются специальным антифрикционным покрытием и сделаны из пластичных сплавов, чтобы увеличивалось противостояние нагрузкам.

При покупке таких запчастей нужно обязательно учитывать параметры собственного автомобиля. Например, если вы владелец ВАЗа, тогда нужно знать, что отечественные машины имеют 4 разных размера вкладышей. Другими словами коленвал есть возможность растачивать не более 4-х раз. Благодаря специальному сервису по поиску автозапчастей, который находится здесь: https://zap360.ru/, можно без труда найти любую запчасть для вашего автомобиля.

Назначение вкладышей

Коренные вкладыши коленвала осуществляют роль подшипников, которые служат для улучшения скольжения шатунов. Так как детали в процессе эксплуатации изнашиваются, автолюбитель должен периодически их менять, что соответственно сопровождается расточкой вала. Внутренние узлы в процессе работы двигателя подвергаются существенным нагрузкам. Поэтому в двигателе нужно снизить трение, ведь в противном случае он может выйти из строя.

Для уменьшения силы трения, каждый элемент двигателя функционирует в микронной масляной пленке, такая прослойка появляется только при достаточном давлении жидкости. Вкладыши из металла являются надежной защитой, благодаря которой увеличивается ресурс работы вала в целом. Перечислим по каким причинам работа ДВС будет невозможной:

• если нет смазывающей жидкости или когда в нее попал абразив;
• если применяется очень вязкое либо недостаточно вязкое масло;
• когда мотор постоянно эксплуатируется в условиях перегрузок;
• если при монтаже крышек подшипников был слабый натяг.

Рассмотрим какие бывают вкладыши и какая их роль:

1. Коренные вкладыши. Они устанавливаются в блоке двигателя в «постелях». Их трения с коренными шейками коленвала осуществляются в 5-ти местах в нижней части блока. В коренных вкладышах присутствуют отверстия/канавки для лучшего попадания смазки. На них вращается и держится весь коленчатый вал, поэтому техническое состояние этой детали является очень важным.

2. Шатунные вкладыши. Они находятся в нижних головках шатунов, которые закрепляются на шатунные шейки коленвала. Их устройство более простое, они представляют собой опоры (подшипники скольжения) для шатунных шеек коленвала и нижних головок шатунов. После определенного пробега мотора, даже с исправной системой смазки и качественным маслом, шатунные и коренные вкладыши изнашиваются, из-за чего их обязательно следует менять. О такой проблеме оповещает потеря давления масла и стуки в двигателе.

Нужно понимать, что эксплуатация автомобиля с изношенными деталями способствует выходу из строя всего двигателя.

вкладыши коленвала

Вкладыши коленвала коренные и шатунные являются важнейшими деталями любого двигателя, несмотря на свои небольшие размеры. В этой статье, больше рассчитанной на новичков, будет подробно описано об этих деталях, о их установке, зазорах, стуках, о том, когда их следует менять и многое другое.

Вообще долговечность подшипников скольжения, именуемых вкладышами, как коренных, так и шатунных, очень сильно зависит от состояния и зазоров между вкладышами и сопрягаемыми с ними деталями, а именно коренных и шатунных шеек коленчатого вала. О правильных (допустимых) рабочих зазорах вкладышей и шеек коленвала мы поговорим чуть позже, а сначала рассмотрим что из себя представляют такие детали, как вкладыши коренные и шатунные и какую роль они играют.

Не для кого не секрет, что двигатель внутреннего сгорания работает от горения топлива в камерах сгорания и расширения появляющихся в процессе горения газов, которые под высоким давлением толкают поршни двигателя, а те в свою очередь с большой силой толкают шатуны.

Ну а шатуны своими нижними отверстиями (нижними головками) упираются и толкают с огромной силой шейки коленчатого вала, имеющего форму кривошипа и коленчатый вал при этом преобразует возвратно-поступательное движение поршней и шатунов во вращательное движение маховик, который через трансмиссию передает вращение на ведущие колёса автомобиля (мотоцикла и т.д). Нетрудно догадаться, что при этом между отверстиями в нижних головках шатунов и шейками коленвала возникают огромные нагрузки и трение.

И именно вкладыши коренные и шатунные, являющиеся подшипниками скольжения шатунов и шеек, установлены между отверстиями в головках шатунов и шейками коленвала и они обязаны снизить трение и выдержать огромные нагрузки между шатуном и шейкой коленчатого вала.

Чтобы снизить трение, (кроме подачи моторного масла под давлением с помощью системы смазки) вкладыши современных двигателей имеют антифрикционное покрытие и к тому же изготовлены из пластичных сплавов (чаще алюминиевых), чтобы противостоять большим нагрузкам и при этом не разрушиться.

К тому же пластичный и антифрикционный материал вкладышей не позволяет быстро износиться шейкам коленчатого вала. Вкладыши постепенно изнашиваясь сами, не дают быстро износиться шейкам коленчатого вала, ведь вкладыши мягче самих поверхностей шеек. Конечно же при работе двигателя на поверхностях шеек коленвала не даёт образоваться задирам, прихватам (или вообще разрушиться) создаваемая системой смазки масляная плёнка, но и сам качественный материал вкладышей тоже имеет огромное значение.

Вкладыши бывают коренными и шатунными.

Коренные вкладыши  — место их установки в блоке мотора в специальных местах (постелях), и места установки и трения их с коренными шейками коленвала на чтырёхцилиндровых двигателях имеются в пяти местах (опорах) в нижней части блока двигателя.

 

 

Коренные вкладыши коленвала как правило имеют канавки и отверстия для лучшего подвода смазки (см. фото) и по сути они являются опорами для коленчатого вала при укладке его в блок двигателя ну и разумеется являются опорами и подшипниками скольжения коленвала при вращении коленвала в блоке мотора.

И конечно же коренные вкладыши являются подшипниками скольжения для коренных шеек коленчатого вала. Вообще на коренных вкладышах держится и вращается весь коленчатый вал двигателя и от этого вполне понятна важность этих деталей и их технического состояния.

Шатунные вкладыши место их расположения понятно из названия и конечно же устанавливаются они в нижние головки шатунов, а шатуны в свою очередь крепятся через шатунные вкладыши на шатунных шейках коленвала.

Шатунные вкладыши как правило имеют более простое устройство и  являются опорами и подшипниками скольжения для нижних головок шатунов и шатунных шеек коленвала. Через шатунные вкладыши передаются большие нагрузки от шатунов (их нижних головок) на шатунные шейки коленчатого вала. И естественно важность этих деталей вполне понятна.

Разумеется после определённого пробега двигателя, даже при самом качественном моторном масле и исправной системе смазки, как коренные так и шатунные вкладыши постепенно изнашиваются и их следует менять ( о замене чуть позже). Об износе вкладышей как правило водителя оповещают стуки и потеря давления масла.

Стуки шатунных и коренных изношенных вкладышей отличаются по звуку и опытный водитель или механик легко может определить какой из вкладышей застучал.

Стук коренных вкладышей обычно металлический, глухого тона. Легко обнаруживается когда мотор работает на холостых оборотах при резкой подаче газа (резком увеличении оборотов коленвала). И частота стуков увеличивается при повышении оборотов коленвала.

Стук шатунных вкладышей резче стука коренных и он так же хорошо прослушивается на холостых оборотах двигателя при резкой подаче газа и резком увеличении оборотов коленвала. А вкладыши какого шатуна изношены и стучат, легко определить отключая по очереди свечи зажигания или форсунки дизельного двигателя (если при отключении какого то цилиндра стук пропадёт, значит именно в этом цилиндре и изношены шатунные вкладыши).

Что касается падения давления масла, то это происходит не только от износа вкладышей, но и по другим причинам, например от износа масляного насоса, или от износа постелей распредвала, ну или от износа сопряжения редукционного клапана.

Поэтому прежде чем менять вкладыши, сначала следует убедиться в точной причине падения давления, возможно причиной падения давления масла являются не вкладыши коренные и шатунные (особенно если они работают без шумов и стуков).

Замена вкладышей коленвала ремонтными.

Как было сказано выше, с ростом общего пробега двигателя, вкладыши постепенно изнашиваются, зазоры между ними и шейками коленвала увеличиваются, появляются шумы (стуки), давление масла падает и требуется замена изношенных вкладышей на новые. Кроме вкладышей постепенно изнашиваются и шейки коленвала, при этом требуется шлифовка коленвала и требуются уже ремонтные вкладыши, которые имеют бóльшую на 0,25 мм толщину.

Обо всём этом (а также о замерах и подборе ремонтных вкладышей, шлифовке шеек и другие нюансы) я уже очень подробно написал в статье «Шлифовка коленвала» вот здесь. Но и в этой статье следует описать основные важные моменты, касающиеся вкладышей коленвала, как коренных, так и шатунных.

Для начала следует сказать, что ремонтные вкладыши для большинства автомобилей и мотоциклов выпускают с увеличенной на 0,25 мм толщиной (0,25; 0,5; 0,75; и 1 мм) и это позволяет для большинства двигателей сделать четыре ремонта. Однако в некоторых случаях, например когда после халатной эксплуатации двигателя появляются прихваты, задиры, глубокие царапины на шейках коленвала, после устранения этих дефектов с помощью шлифовки шеек, иногда приходиться перескакивать через ремонтный размер.

То есть после более глубокой шлифовки шеек коленвала (чтобы избавиться от дефектов на шейках) приходится устанавливать ремонтные вкладыши которые толще не на о,25 мм, а уже на 0,5 мм.

Или бывает наоборот, что при небольшом пробеге мотора и профилактическом ремонте двигателя (например замене поршневых колец) кто то решает заменить и вкладыши, и при нормальном состоянии шеек коленвала, вкладыши заменяют не ремонтными, а всего лишь новыми стандартного размера.

Все эти нюансы и какого размера вкладыши коленвала установить, следует определить замерами шеек кленвала и замерами рабочего зазора между вкладышами и шейками коленвала. Вообще рабочий зазор (который имеет определённые допустимые значения, которых следует придерживаться) и является главной отправной точкой при решении, что делать с двигателем (точнее с коленвалом и вкладышами) при ремонте.

Поэтому после разборки двигателя, первым делом следует осмотреть шейки коленвала и произвести их замеры , а также замеры рабочего зазора между вкладышами и шейками коленвала. Но сначала, при осмотре шеек, убеждаемся в отсутствии на них царапин, рисок, следов прихватов.

Далее следует с помощью микрометра замерить диаметр шеек в двух диаметрально противоположных плоскостях, чтобы выявить овальность шейки и если имеется овальность превышающая допуск, то необходимо обязательно устранить её с помощью шлифовки шеек (о допусках овальности шеек я напишу чуть ниже).

 

 

Овальность коренных шеек коленвала можно легко выявить не только с помощью микрометра, но и с помощью индикатора часового типа, при этом уложив коленвал на две призмы (см. фото) и прокручивая его рукой.

 

 

Вообще две призмы и индикатор часового типа позволяют полностью проверить коленвал на биение, допуски которого показаны на рисунке слева и которое не должны превышать:

• коренных шеек и посадочной поверхности коленвала под ведущую шестерню масляного насоса — не более 0,03 мм.
• посадочная поверхность на коленвале под маховик — не более 0,4 мм.
• посадочная поверхность коленвала под шкивы и поверхности трения кромок сальников коленвала — не более 0,05 мм.

Все вышеописанные допуски поаказны на рисунке 1.

Ещё (как было сказано выше) необходимо с помощью микрометра измерить диаметры шеек коленвала, как коренных, так и шатунных. И если при замерах выяснится, что износ шеек более чем 0,03 мм (стандартный размер новых шеек ищите в мануале вашего двигателя), а также если на шейках имеются задиры, риски, царапины, то шейки обязательно следует шлифовать до ближайшего ремонтного размера.

Также замеряем микрометром шейки в диаметрально противоположных местах и если при замерах выяснится, что овальность шеек превышает допуск в 0,03 мм, то необходимо избавиться от овальности шеек с помощью их шлифовки до ближайшего ремонтного размера.

Овальность и конусность шатунных и коренных шеек коленвала после их шлифовки не должна превышать 0,005 мм. А смещение осей шатунных шеек от плоскости, проходящей через оси шатунных и коренных шеек, после шлифовки должно быть в пределах ±0,35 мм. — имейте это в виду, забирая свой коленчатый вал из шлифовальной мастерской.

Для проверки выше описанных допусков на грамотную шлифовку, опять же устанавливаем коленчатый вал крайними коренными шейками на две призмы и выставляем коленвал так, чтобы ось шатунной шейки первого цилиндра была в горизонтальной плоскости, проходящей через оси коренных шеек. После этого индикатором часового типа проверяем смещение в вертикальном направлении шатунных шеек второго, третьего и четвёртого цилиндров относительно шатунной шейки первого цилиндра двигателя.

Основные размеры для ремонтной шлифовки коленвала ВАЗ 2108-09

После шлифовки шеек коленчатого вала до ближайшего ремонтного размера, можно устанавливать новые ремонтные вкладыши коленвала.  Для большинства двигателей изготавливают сталеалюминиевые тонкостенные вкладыши. И как правило верхние вкладыши (для отечественных переднеприводных вазовских машин) первой, второй четвёртой и пятой опор имеют канавку на внутренней поверхности, а нижние вкладыши не имеют канавок. А верхние и нижние вкладыши третьей опоры не имеют канавки. Ну и все шатунные вкладыши (как верхние, так и нижние)  не имеют канавок.

Следует помнить, что на вкладышах коленвала нельзя производить никаких подгоночных работ. А если ваши бэушные вкладыши имеют задиры, риски, или отслоения антифрикционного слоя, то разумеется такие вкладыши следует заменить новыми.

Рабочий зазор между вкладышами и шейками коленвала можно проверить расчётом после промерки деталей микрометром. Но гораздо легче проверить зазор с помощью специально предназначенной для этого пластиковой калиброванной проволоки (наподобие рыболовной лески).

Купив проволоку и сняв крышки подшипников скольжения, перед проверкой тщательно очищаем рабочие поверхности вкладышей и шеек коленвала и укладываем кусочек проволоки между проверяемой шейкой и вкладышем.  Далее устанавливаем шатун с крышкой или крышку коренного подшипника скольжения (зависит от того, зазор какой шейки вы проверяете) и затем остаётся затянуть гайки илиболты крепления крышек подшипников.

Гайки шатунных болтов следует затянуть с моментом 51 Н•м (5,2 кгс•м). Ну а болты крышек коренных подшипников следует затянуть с моментом 80,4Н•м (8,2кгс•м). Это данные требуемого момента затяжки для вазовских переднеприводных машин, а для двигателей иномарок и других машин следует уточнить данные в мануале конкретного (вашего) двигателя.

После затяжки вышеописанным моментом, крышка опять снимается, сплющенная проволока изымается и с помощью специальной шкалы, показанной на фото 3 слева (шкала имеется в комплекте с проволокой) проверяется рабочий зазор между вкладышем и шейкой коленвала.

Для большинства двигателей с объёмом не более 1,5 литра номинальный расчётный рабочий зазор должен быть в пределах 0,02 — 0,07 мм для шатунных шеек, и 0,026 — 0,073 мм для коренных шеек коленвала. Однако эти данные советую уточнить в мануале конкретного (вашего) двигателя.

Если зазор меньше предельно допустимого 0,1 мм для шатунных и 0,15 мм для коренных шеек, то можно снова использовать эти вкладыши. Если же замеренный с помощью проволоки рабочий зазор больше предельно допустимого, то вкладыши на этих шейках можно установить стандартные новые. Однако если зазор больше предельно допустимого, то советую промерить на износ шейки, возможно их пора шлифовать. Вообще шейки по любому сперва следует проверить на износ и овальность.

Если же шейки коленвала изношены (допуски были описаны выше) то их следует шлифовать до ближайшего ремонтного размера и вкладыши соответственно устанавливаются новые ремонтные, увеличенной толщины.

Разумеется перед снятием шатунов и крышек (как шатунных, так и коренных), вы пометили где какая деталь стояла и теперь остаётся установить все детали на свои места, но уже с новыми вкладышами (старые изношенные вкладыши разумеется вытащены).

Следует помнить, что шатуны на автомобильных заводах обрабатываются вместе с зажатой крвшкой и поэтому нельзя менять местами крышки и шатуны, а также не рекомендуется менять и крышки коренных подшипников (они тоже обрабатываются совместно с блоком). Поэтому перед разборкой помечаем все детали маркером или чертилкой и при сборке устанавливаем строго на свои места.

вкладыши коленвала — места установки замка

Ещё следует обратить внимание, что в посадочных местах имеются выемки — так называемые замки (они указаны жёлтыми стрелками на фото слева). Эти выемки служат для укладки замков вкладышей и позволяют не ошибиться при сборке и также не допускают проворота вкладышей.

При установке все шейки коленвала и новые вкладыши смазываем новым моторным маслом и устанавливаем на свои места. Ну и останется затянуть все крышки подшипников с требуемым моментом, с помощью динамометрического ключа и можно устанавливать на место другие детали двигателя (о разборке и сборке двигателя я уже писал, например вот тут).

Ну а замену вкладышей наглядно можно посмотреть в видеоролике ниже, на примере автомобиля Форд Транзит.

Надеюсь эта статья о вкладышах коленвала будет полезна начинающим водителям и ремонтникам, а если кому то что-то непонятно, то задавайте вопросы в комментариях, успехов всем.

Технология изготовления вкладышей

Вкладыши ДЗВ – надежность, долговечность, прочность

 

Вкладыш подшипника скольжения является критической деталью двигателя внутреннего сгорания т.е. функционирование двигателя напрямую связано с качеством вкладыша, а отказ в его работе неминуемо приводит к аварийной остановке и дорогостоящему ремонту.

Чаще всего преждевременный выход из строя подшипников скольжения связан с особенностями материалов, из которых он изготовлен. Вкладыши, произведенные разными компаниями-изготовителями, могут внешне выглядеть одинаковыми и иметь размеры, соответствующие чертежу. Однако уровень надежности их работы в двигателе в значительной мере зависит от типа и параметров микроструктуры материалов, из которых они изготовлены.

 

С середины 70-х годов прошлого века, т.е. в течение почти сорока лет Димитровградский завод производит вкладыши подшипников скольжения для тяжелонагруженных двигателей внутреннего сгорания.

За это время за продукцией завода закрепилась прочная репутация высокого качества и надежности. Такой результат стал возможен только благодаря сочетанию совершенной сиcтемы обеспечения качества с высоким технологическим уровнем производства.

 

Триметаллические вкладыши ДЗВ производятся по технологии, используемой только ведущими мировыми производителями подшипников скольжения. Ни один другой завод на территории СНГ не обладает подобной технологией.

 

В чем же преимущество технологии ДЗВ перед другими известными технологиями?

Прежде всего в процессах производства материалов, формирующих триметаллическую структуры вкладыша.

Для того, чтобы разобраться в этих преимуществах, необходимо понять, каковы основные характеристики материала вкладыша, необходимые для его надежной работы.

1.Характеристики материалов подшипников скольжения

 

Преимущества и недостатки различных подшипниковых материалов проявляются в их влиянии на основные эксплуатационные свойства вкладышей:

• Усталостная прочность — максимальная величина циклической нагрузки, при которой вкладыш может работать неограниченное время без образования трещин усталостного разрушения.

В двигателях внутреннего сгорания энергия горящего топлива превращается в возвратно-поступательное движение поршня, который посредством шатуна вращает коленчатый вал. Работа двигателя происходит циклически: впуск-сжатие-рабочий ход-выпуск. За один цикл (два полных оборота вала ) давление в цилиндре повышается до пикового значения в начальный период рабочего хода и затем падает до уровня, близкого к атмосферному при выпуске.

В соответствии с изменениями давления меняется и нагрузка на подшипники, передаваемая шатуном. Таким образом, материал вкладыша функционирует в условиях циклического (переменного) нагружения.

Известно, что металлы в условиях переменной нагрузки разрушаются при напряжениях, существенно меньших их статического предела прочности. Это явление называется усталостью материала.

Усталостное разрушение рабочего слоя вкладыша – одна из основных причин отказа подшипников. Микроструктура материала, наличие дефектов (пор, микро-трещин) и внутренних напряжения решающим образом влияют на величину его усталостной прочности.

• Износостойкость – способность материала подшипника сопротивляться износу т.е.изменению размеров, формы и массы вследствие трения.

 

В двигателях внутреннего сгорания подшипники скольжения работают преимущественно в гидродинамическом режиме, при котором поверхности вкладыша и шейки вала разделены масляной пленкой. Масляный слой предотвращает прямой металлический контакт и также способствует более равномерному распределению нагрузки по рабочей поверхность вкладыша.

Однако полностью избежать металлического контакта невозможно. Особенно это касается тяжело нагруженных двигателей, в которых толщина масляной пленки может быть меньше уровня шероховатости трущихся поверхностей. Другой причиной прямого контакта может стать непараллельность поверхностей, вызванная дефектами шлифовки вала или несоосностью.

Износ рабочей поверхности вкладыша может быть также результатом абразивного воздействия чужеродных частиц в масле.

• Анти-фрикционные свойства характеризуют способность материала снижать эффект трения с валом: уменьшать коэффициент трения, сопротивляться схватыванию с материалом вала (задиру), быстро прирабатываться и быть способным поглощать чужеродные включения, находящиеся в масле.

Свинец, будучи очень мягким и пластичным металлом, наилучшим образом сочетает все анти-фрикционные свойства. Именно поэтому анти-фрикционные покрытия три-металлических вкладышей делаются из свинцовистых сплавов.

Итак, материалы вкладыша подшипника скольжения должны обладать высокой усталостной прочностью и износостойкостью. В то же время его поверхность должна быть мягкой для обеспечения необходимого уровня анти-фрикционных свойств.

 

2.Триметаллический вкладыш

 

Наилучшим сочетанием всех требуемых характеристик подшипникового материала обладает триметаллический вкладыш на основе свинцовистой бронзы.

Конструкция триметаллического вкладыша представлена на рис.1.

 

Рис.1 Триметаллический вкладыш

• Стальное основание обеспечивает жесткость, натяг и плотное прилегание вкладыша к поверхности постели, сохраняющиеся при повышенных температурах и под воздействием радиальных и тангенциальных сил.

 

• Промежуточный слой служит подложкой для анти-фрикционного покрытия. Промежуточный слой, как правило, изготавливается из свинцовистой бронзы и должен обладать анти-фрикционными свойствами, необходимыми для предотвращения задира в местах локального износа анти-фрикционного покрытия. В то же время промежуточный слой должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать циклические нагрузки без риска образования усталостных трещин. Свинец, благодаря своим высоким анти-фрикционным свойствам, является неотъемлемым компонентом бронз, используемых для формирования промежуточного слоя. Содержание свинца в бронзе может доходить до 25%.

 

• Никелевый подслой толщиной 1-2 микрона наносится на поверхность промежуточного слоя непосредственно перед нанесением анти-фрикционного покрытия. Подслой никеля служит барьером, предотвращающим диффузию олова из материала покрытия в бронзу промежуточного слоя. В отсутствии никелевого диффузионного барьера содержание олова в свинцовистом сплаве покрытия постепенно уменьшится, что может привести к снижению его коррозионной стойкости. Кроме того, никелевый подслой предотвращает образование хрупкого интерметаллического слоя соединения олова и меди на поверхности бронзы.

 

• Анти-фрикционное покрытие обеспечивает анти-фрикционные свойства: низкий коэффициент трения, задиростойкость, прирабатываемость и способность поглощать твердые включения в масле. Как правило анти-фрикционные покрытия производятся из свинцовистого сплава, легированного оловом и медью. Олово защищает свинцовистый сплав от коррозии в окисленном масле. Медь повышает прочность и износостойкость покрытия.

 

Только сбалансированность свойств, состава и толщин слоев триметаллического вкладыша гарантирует высокий уровень его эксплуатационных свойств.

1. 3.Технология производства литой сталебронзовой ленты на ДЗВ

 

Характеристики и особенности сталебронзовой ленты в решающей мере определяют прочность и анти-фрикционные свойства вкладышей, из нее изготовленных.

В ДЗВ сталебронзовая лента производится по технологии непрерывного литья, схематично изображенной на рис.2.

Рис.2 Схема процесса производства литой сталебронзовой ленты (ДЗВ)

 

В этом процессе стальная полоса вначале обезжиривается и зачищается абразивной лентой. После зачистки полоса подогревается в востановительной атмосфере и входит в зону литья, где бронзовый расплав через специальный питатель поступает на зачищенную поверхность стали. В зоне охлаждения тепло расплава отводится вертикально вниз через стальную полосу.

Направление теплоотвода и его интенсивность исключительно важны для формирования требуемой столбчатой структуры бронзы с кристаллитами перпендикулярными поверхности раздела сталь-бронза.

Фотография типичной микроструктуры литой сталебронзовой ленты ДЗВ представлена на рис.3.

Рис.3 Микроструктура литой сталебронзовой ленты

 (сканирующий электронный микроскоп)

 

На фото отчетливо видна вертикальная направленность (столбчатость) структуры бронзы, представляющей собой дендритные кристаллиты, между ветвями которых находятся включения свинца.

Поверхность раздела сталь-бронза не имеет дефектов и не содержит свинцовых включений, что гарантирует прочную адгезию слоев стали и бронзы.

 

Функциональные характеристики литой структуры:

• Столбчатые кристаллиты меди обеспечивают усталостную прочность — сопротивляемость бронзового слоя циклическим нагрузкам, направленным перпендикулярно поверхности вкладыша.
• Свинец, заполняющий пространство между ветвями дендритов, придает бронзе анти-фрикционные свойства, “смазывая” её поверхность при прямом трении с поверхностью вала.
• Прочная адгезия со сталью, сформировавшаяся при температуре литья (выше 1000 °С) предотвращает отслоение бронзового слоя при высоких нагрузках на вкладыш во время его эксплуатации.

 

Таким образом, структура сталебронзового материала, произведенного по литейной технологии, гарантирует максимально высокую прочность в сочетании с хорошими антифрикционными свойствами.

Кроме ДЗВ, единственного на территории СНГ, только еще четыре ведущих мировых производителей вкладышей подшипников скольжения обладают подобной

Остальные компании используют для получения сталебронзовой ленты альтернативные методы, прежде всего — порошковую технологию.

 

1. 4.Альтернативные процессы производства сталебронзовой ленты и их недостатки

 

• Производство сталебронзовой ленты методом спекания

 

Наиболее распространенной альтернативой литейной технологии является процесс производства сталебронзовой ленты методом порошковой металлургии (спекания).

Этот процесс популярен среди компаний, производящих вкладыши для средненагруженных двигателей.

 

В процессе производства спеченной бронзы на предварительно обезжиренную и зачищенную поверхность стали насыпается порошок бронзы, после чего лента входит в длинную муфельную печь спекания. В печи создается восстановительная атмосфера, способствующая разложению окисной пленки, покрывающей поверхность частиц порошка.

По выходе из печи лента со спеченной пористой бронзой подвергается компактизации на прокатном стане, после чего процесс спекания и прокатки повторяется.

Как видно на фото (рис.4) микроструктура спеченной бронзы состоит из округлых кристаллитов меди, окруженных свинцом.

Рис.4 Микроструктура спеченной сталебронзовой ленты

(сканирующий электронный микроскоп)

В отличии от литой столбчатой структуры спеченная бронза в меньшей степени способна сопротивляться нагрузкам. Кроме того, спеченная бронза часто содержит незакрытые поры, дополнительно снижающие ее усталостную прочность.

По данным английской фирмы Glacier усталостная прочность спеченной бронзы на 20% ниже, чем у литой. Именно поэтому вкладыши, предназначенные для эксплуатации при экстремально высоких нагрузках (например в дизельных двигателях с непосредственным впрыском топлива), всеми ведущими компаниями в мире изготавливаются только из литой сталебронзовой ленты.

 

• Производство сталебронзовой ленты методом плакирования

 

Еще одной альтернативной технологией является процесс получения сталебронзовой ленты методом холодной прокатки (плакирования).

 

Этот процесс заключается в совместной прокатке двух обезжиренных и зачищенных лент стали и бронзы с обжатием около 60%. Бронзовая лента предварительно плакируется с обеих сторон медной фольгой для обеспечения адгезии со сталью.

После совместной прокатки сталебронзовая лента отжигается в печи в восстановительной атмосфере для снятия внутренних напряжений.

После отжига лента прокатывается на окончательный размер.

 

На приведенной ниже фотографии представлена микроструктура ленты, полученной методом холодной прокатки.

Рис.5 Микроструктура плакированной сталебронзовой ленты

(сканирующий электронный микроскоп)

 

Совершенно очевидны два недостатка представленной микроструктуры: дефекты в виде пор в слое медной фольги и очень низкое содержание свинца в бронзе.

Поры несомненно снижают надежность и усталостную прочность вкладышей, изготовленных из такой ленты.

 

Что касается содержания свинца в бронзе, то оно составляет всего 2.5%, что примерно в 10 раз ниже концентрации, необходимой для надежного функционирования триметаллических вкладышей. Анти-фрикционные свойства такой бронзы очень низки, и при возникновении металлического контакта с материалом вала создаются условия для задира и схватывания.

 

1. 5.Покрытия триметаллического вкладыша ДЗВ

 

Основная функция покрытия триметаллического вкладыша заключается в обеспечении антифрикционных свойств в условиях прямого металлического контакта с поверхностью вала.

Покрытие играет роль твердой смазки, снижающей коэффициент трения, обеспечивающей прирабатываемость вкладыша, предотвращающей задир и абсорбирующей чужеродные частицы, циркулирующие с маслом. В этом смысле, чем мягче покрытие, тем в лучшей мере оно выполняет эти функции.

 

• Гальваническое покрытие из свинцовистого сплава

 

С точки зрения анти-фрикционных свойств из всех металлов свинец как нельзя лучше подходит в качестве материала покрытия. Однако нельзя забывать, что покрытие должно противостоять ударным нагрузкам и износу, т.е. быть достаточно прочным.

Для повышения твердости и усталостной прочности свинец легируется медью в небольших концентрациях. Покрытие вкладышей ДЗВ содержит 2-3% меди. Другая легирующая добавка — олово (8-12%), подавляюшее коррозию свинцовистого сплава в окисленном масле.

 

Помимо химического состава, очень важным параметром покрытия является его толщина. С одной стороны, толстое покрытие в большей степени обеспечивает анти-фрикционные свойства. Однако повышение толщины покрытия отрицательно сказывается на величине его усталостной прочности. Оптимальное значение толщины зависит от минимально допустимой величины ударной прочности и уровня анти-фрикционных свойств, требуемых для конкретного вкладыша.

 

На приведенной ниже диаграмме показано, каким образом определяется оптимальная толщина покрытия для вкладышей ДЗВ, предназначенных для эксплуатации в тяжелонагруженных двигателях КАМАЗ.

 

Рис.6 Оптимизация толщины гальванического покрытия

Как видно из графика, с ростом толщины покрытия его усталостная прочность падает, а анти-фрикционные свойства улучшаются. Наилучшее сочетание эксплуатационных свойств вкладыша для данного типа двигателей достигается при толщине покрытия 22 мкм. Несоответствие толщины покрытия оптимальной величине снижает надежность и долговечность вкладыша и двигателя вцелом. Слишком тонкое покрытие приводит к преждевременному износу и возможному задиру. Покрытия с толщиной, превышающей оптимальное значение, склонно к разрушению в результате усталости.

 

Как анти-фрикционное покрытие, так и никелевый подслой наносятся на поверхность вкладышей ДЗВ гальваническим методом на высокопроизводительных автоматических линиях электролитических покрытий.

 

Таким образом, химический состав и толщина гальванического свинцовистого покрытия вкладышей ДЗВ тщательно сбалансированы, что обеспечивает оптимальное сочетание прочности, износостойкости и анти-фрикционных свойств.

• Покрытие ПВД из сплава алюминий-олово

 

Последние инженерные разработки в области конструирования двигателей внутреннего сгорания выдвигают новые требования к подшипниковым материалам.

В первую очередь это касается повышения уровня необходимой усталостной прочности.

В современных дизельных двигателях с турбонаддувом и системой топливоподачи типа «Common Rail давление в цилиндрах превышает 200 атм. Соответственно велика и нагрузка на вкладыши, как шатунные, так и коренные. Давление на верхние шатунные и иногда на нижние коренные вкладыши в таких двигателях превышает предел усталостной прочности относительно мягкого покрытия из свинцовистого сплава, составляющий около 60 МПа.

Для двигателей такого типа необходимы вкладыши, имеющие значительно более прочное покрытие с пределом усталостной прочности порядка 120 МПа.

 

Для создания покрытий такого уровня прочности используется метод напыления из газовой фазы (ПВД). Покрытие ПВД (на западе используется термин sputter/спаттер) наносится отдельными атомами или небольшими кластерами атомов, выбиваемыми положительными ионами аргонной плазмы из материала катода (мишени) в пространстве вакуумной камеры.

Вкладыши с покрытием ПВД изготавливаются только из литой сталебронзовой ленты, поскольку только ее структура обеспечивает необходимый уровень усталостной прочности.

Вначале наносится подслой (диффузионный барьер) из сплава никель-хром, после чего наносится само покрытие, представляющее собой сплав алюминий-олово.

Метод нанесения покрытия позволяет сформировать сплав твердостью порядка 100 НV, что почти на порядок выше твердости гальванического свинцовистого покрытия. Покрытие ПВД содержит 20% олова для придания сплаву анти-фрикционных свойств.

 

Фрагмент микроструктуры три-металлического вкладыша ДЗВ с покрытием ПВД представлен на рис.7.

 

Рис.7 Покрытие ПВД на вкладыше ДЗВ

(сканирующий электронный микроскоп)

Микроструктуру покрытия отличает мелкодисперсность, химическая однородность, бездефектность и плотное прилегание к поверхности литой бронзы вкладыша ДЗВ.

 

Вкладыши ДЗВ на основе литой сталебронзовой ленты с особо прочным покрытием ПВД из сплава алюминий-олово имеют уровень усталостной прочности, необходимый для надежной работы в экстремально нагруженных дизельных двигателях с турбонаддувом и системой топливоподачи типа «Common Rail.

 

 

 

 

 

1. 6.Заключение

 

• Материалы вкладыша подшипника скольжения должны обладать высокой усталостной прочностью и износостойкостью. В то же время его поверхность должна быть мягкой для обеспечения необходимого уровня анти-фрикционных свойств.

 

• Структура сталебронзового материала, произведенного по литейной технологии ДЗВ, в отличие от альтернативных технологий (спекания и плакирования), гарантирует максимально высокую прочность в сочетании с хорошими антифрикционными свойствами.

 

• Химический состав и толщина гальванического свинцовистого покрытия вкладышей ДЗВ тщательно сбалансированы, что обеспечивает оптимальное сочетание прочности, износостойкости и анти-фрикционных свойств.

 

• Вкладыши ДЗВ с покрытием ПВД имеют уровень усталостной прочности, необходимый для надежной работы в экстремально нагруженных дизельных двигателях с турбонаддувом и непосредственным впрыском топлива.

 

• Производства триметаллических вкладышей ДЗВ находится на технологическом уровне ведущих мировых производителей подшипников скольжения. Ни один другой завод на территории СНГ не обладает подобной технологией.