Продажа квадроциклов, снегоходов и мототехники
second logo
Пн-Чт: 10:00-20:00
Пт-Сб: 10:00-19:00 Вс: выходной

+7 (812) 924 3 942

+7 (911) 924 3 942

Содержание

Справочная и техническая информация о деталях двигателей

Вкладыши и втулки (подшипники скольжения) условно можно разделить следующим образом:

  1. По направлению восприятия нагрузки:
    • Радиальные подшипники скольжения.
    • Осевые (упорные) подшипники скольжения.
    1. По назначению:
      • Шатунные вкладыши коленвала. Это подшипники скольжения, обеспечивающие вращение шатуна относительно шатунной шейки.
      • Коренные вкладыши коленвала. Это подшипники скольжения, обеспечивающие вращение коренных шеек коленчатого вала в постели блока цилиндров. Наши поставщики, изготавливают коренные вкладыши как комплектом на весь двигатель, так и поштучно на каждую шейку. Для удобства при монтаже выпускаются комплекты коренных вкладышей, в комплект которых входит одна опора, в которой соединены фланец упорного подшипника (полукольцо) с самим коренным вкладышем.

        • Упорные полукольца/кольца (упорный подшипник коленвала). Это подшипники скольжения, предназначенные для ограничения осевого перемещения коленчатого вала.

          • Втулки (вкладыши) распредвала. Втулки распредвала предназначены для обеспечения вращения распределительного вала в блоке или головке блока цилиндров.
          • Втулки верхней головки шатуна (ВГШ). Втулки ВГШ обеспечивают вращение поршневого пальца относительно верхней головки шатуна.
          • Втулки привода вспомогательных агрегатов. Втулки, которые обеспечивают вращение дополнительных валов (балансирного вала, вала привода вспомогательных агрегатов, вала привода масляного насоса) в блоке цилиндров.
          • Втулки вала привода коромысел клапана (оси коромысел). Втулки, обеспечивающие защиту от износа оси коромысел и сами коромысла.

          1. По типу покрытия:
            • Цельнометаллический (монометаллический) подшипник (вкладыш).
               Сделаны полностью из одного материала, обладающего достаточной жесткостью и износостойкостью.
            • Двухслойный подшипник (биметаллический). Самый распространенный тип подшипников скольжения. Такие подшипники используются для снижения нагрузки в бензиновых и безнадувных дизельных двигателях в легковых автомобилях. Состоят из стальной основы, среднего слоя и слоя антифрикционного покрытия.
            • Трехслойные. Вкладыши используются, главным образом, в двигателях с более тяжелой нагрузкой. Трехслойные вкладыши состоят из стального слоя являющегося основанием, слоя заливки (изоляционной прокладки) обеспечивающего оптимальные условия для прилегания третьего слоя - антифрикционного.
            • SPUTTER. В отдельную группу выделяют трехслойные подшипники скольжения изготовленные с помощью технологии ионно-плазменного напыления (SPUTTER)

            Коренные и шатунные вкладыши | Oil-club.ru

             

            Как часто в разговорах и бывалых водителей и механиков, и новичков можно услышать фразу: «Движок стуканул!» или «Провернуло вкладыш».

            И все, или почти все, понимают, что разговор идет об аварии двигателя внутреннего сгорания, а именно, о выходе из строя подшипников скольжения коленчатого вала, будь то коренных, или шатунных. Эти аварии занимают одно из первых мест по частоте из всех серьезных происшествий с двигателем. Причем, чего греха таить, вину за происшедшее чаще всего возлагают на моторное масло. «Я, мол, залил масло такое-то, вот его качество и виновато!». А между тем, с одной стороны, имеется достаточное количество причин выхода из строя подшипников коленчатого вала, и далеко не все из них напрямую связаны с качеством моторного масла, а с другой стороны, имеется громадный опыт безаварийной эксплуатации таких же подшипников с не укладывающемся в нашем представлении пробегом в один, два и даже более миллионов километров.

            Так какие же факторы могут стать причиной выхода подшипников из строя? Как по внешнему виду аварийного подшипника можно выявить эту причину? Как добиться того, чтобы за время эксплуатации автомобиля исключить хотя бы этот тип аварии двигателя? Вот с этими вопросами мы и попытаемся разобраться в этой статье.


            Но для начала посмотрим, как устроен обычный подшипник коленчатого вала.

            Рис. 1. Типичная конструкция коренного подшипника

            На рисунке показан типичный состав слоев (от коленчатого вала по направлению к ложу подшипника) и их толщина:

            1. Защитный оловянный слой толщиной 1 микрон;
            2. Покровный слой — сплав медь (3%) – олово (8-12%) — свинец (до 100%), толщина 12-25 микрон;
            3. Никелевая прокладка (никелевый барьер), толщина 1-2 микрон;
            4. Вкладыш подшипника — сплав меди (69-75%), свинца (21-25%) и олова (3-4%), общей толщиной 250-400 микрон;
            5. Стальная основа толщиной 2-4 миллиметра и
            6. Защитный оловянный слой толщиной 0.5 микрон.

            В некоторых случаях вкладыш подшипника изготавливают не из меди, свинца и олова, а из специального алюминиевого сплава.
            Такая конструкция подшипника обеспечивает его следующие положительные характеристики:

            Согласованность покровного слоя: мягкий гладкий материал этого слоя должен поддаваться (изнашиваться) для соответствия отклонениям размеров вала и незначительной несогласованностью с осью вращения, особенно при обкатке. Материал покровного слоя легко поддается без ущерба шейке вала.
            Поглотительная емкость покровного слоя: мельчайшие частицы твердых веществ (грязи, продуктов износа и т.п.) могут поглощаться мягким материалом покровного слоя и покрываться мягкой пленкой, предотвращая вредные задиры, а, следовательно, износ шейки вала и самого подшипника.
            Стойкость к заклиниванию: задир, истирание и рифление поверхности может вызываться твердофазной сваркой между скользящими поверхностями в случае, когда масляная пленка между подшипником и шейкой вала тонка или разорвана. Основной компонент покрытия, а именно, свинец является мягким металлом, который может работать в условиях граничной (плохой) смазки при запуске или останове двигателя. Исследователи подтвердили, что пленка с малым напряжением сдвига (т.е. покровный слой) на металле с высоким напряжением сдвига (т.е. на вкладыше) обеспечивает наименьшее трение. Опыт эксплуатации показывает, кроме того, что подшипники дизельных двигателей до 1996 года, не содержащие покровного слоя, часто заклинивали и проворачивались, особенно при запуске.

            Коррозионная устойчивость покровного слоя: Она необходима для предотвращения коррозионного разъедания медно-свинцового вкладыша. Свинец легко поддается разрушению окисленным маслом или маслом с недостаточным общим щелочным числом (TBN), и значит, не способен бороться с кислотными продуктами сгорания топлива. Без покровного слоя, свинец вкладыша будет энергично растворяться, вызывая снижение его прочностной структуры. Для снижения разъедания покровного слоя, свинец в нем сплавлен с устойчивым к кислотам оловом, который, кроме того, упрочняет структуру покрытия.
            Никелевый барьер: тонкий слой никеля между покровным слоем и вкладышем необходим для предотвращения миграции олова из покровного слоя в медно-свинцовый вкладыш при высоких рабочих температурах, а также со временем. Без никелевого барьера олово из покровного слоя будет проникать в материал вкладыша и образовывать нежелательные хрупкие сплавы с медью. При диффузии олова в медь наблюдаются два вредных эффекта.
            Уменьшение количества олова в сплаве покровного слоя уменьшение коррозионную устойчивость этого слоя. С другой стороны, хрупкие интерметаллические сплавы олова с медью могут вызывать проворачивание подшипника в случае, если до них достанет шейка вала. Чтобы избежать необходимости нанесения никелевого слоя, некоторые изготовители подшипников применяют свинцово-индиевый покровный слой.
            Защитный слой: оловянное покрытие, которое защищает подшипник от атмосферной коррозии (ржавление стальной основы) и позволяет длительное хранение в обычных условиях.
            Подшипники с алюминиево-кремниевым сплавом применяются реже медно-свинцовых. Они значительно сильнее подвергаются кавитации в высокоскоростных высоконагруженных двигателях. Технология их изготовления несколько сложнее, так как для того чтобы на алюминиевый сплав вкладыша нанести покровный слой приходится использовать специальную технологию для получения высококачественного сцепления.
            Полевые испытания выпускаемых в США дизельных двигателей показали, что подшипники этих двигателей могут работать 1 миллион (1. 6 млн. км) и более миль без замены. Но чтобы достигнуть такого срока службы, требуется комбинация нескольких факторов:

            1. Качественные подшипники, которые правильно установлены.
            2. Коленчатый вал с правильными контурами шеек с соответствующим качеством обработки поверхности.
            3. Надлежащая практика технического обслуживания по срокам замены масляного и воздушного фильтров.
            4. Рекомендованные изготовителем двигателя интервалы замены масла.
            5. Предотвращение попадания в моторное масло охладителя и топлива.
            6. Использование масла соответствующих градаций вязкости SAE и стандарта качества API.
            7. Контроль эксплуатационных условий двигателя для исключения сильной перегрузки, чрезмерных оборотов, перегрева двигателя.

            Эксперимент проводился в транспортных парках, имеющих грузовики Cummins, Detroit Diesel, Caterpillar и Mack. В результате этого испытания было упразднено ранее действующее правило «критерия обобщенного износа» в 300 000 миль (483 000 км), т. е. после такого пробега двигатель ставился на капитальный ремонт.
            Испытуемые двигатели имели мощность 220-260 кВт (300-365 л.с.) с заменами масла в интервале от 15 000 до 32 000 миль (23 000 – 50 000 км). Однако подшипники одного из новых грузовиков Mack проработали 1 млн. миль при интервалах смены масла в двигателе через 50 000 миль (80 000 км). Более чем десятилетние полевые испытания показали, что при соответствующей эксплуатации наиболее нагруженные подшипники, а именно, шатунные, имеют безаварийный пробег от 1 до 1.5 млн. миль (до 2 400 000 км)!
            Такие интервалы безаварийной работы моторных подшипников не в последнюю очередь зависят от улучшения в стандартах качества масел API. Внутри этой системы определены строгие проверочные испытания, в том числе и на коррозию подшипников. Это тесты:

            • моторный бензиновый тест L-38 на износ подшипника
            • стендовый тест Cummins на коррозию подшипника
            • дизельный тест Mack T-9.

             

            Тест L-38

            Тест L-38 был разработан для оценки влияния смазочного материала на медно-свинцовый подшипник и стабильность масла к сдвигу. Все моторные масла, имеющие действующие спецификации API (CD, CF-2, CF-4, CG-4, SH, SJ) должны пройти тест L-38 на износ подшипника. Тест использует одноцилиндровый двигатель Labeco, который был разработан в 1950 году и до сих пор работает на этилированном бензине. Для теста используются медно-свинцовые подшипники без покровного слоя.
            Цель теста – оценить коррозионную способность окисленного смазочного материала на подшипник. Окисленное масло содержит в своем составе органические кислоты, корродирующие свинец. Для этого температура масла в главной масляной магистрали двигателя L-38 поддерживается при 143°С во время всего 40-часового испытания. Двигатель гоняется при очень маленькой нагрузке при 3150 об/мин. Эти скорости и нагрузки гарантируют постоянный поток масла вдоль поверхностей подшипника. Если масло окисляется, то коррозия верхних и нижних подшипников произойдет однородно поперек вкладышей. Уровень воздействия определяется потерей веса подшипника до и после испытания.

            В современных высококачественных маслах (т. е. API CF-4/CG-4/SH/SJ) окисление масла хорошо подавляется ингибиторами окисления, моющими и противозадирными присадками. Однако, в масле могут происходить сложные химические взаимодействия с образованием продуктов, способных корродировать медно-свинцовый сплав, или активная сера из пакета присадок будет разрушать вкладыш подшипника. В этом случае тест L-38 еще до поступления масла в продажу будет гарантировать, что его состав правильно сбалансирован по присадкам.
            В 2001 году этот тест должны перевести на неэтилированный бензин для новой бензиновой спецификации API SL.
             

            Стендовое испытание на коррозию Cummins

            В 1985 году было установлено коррозионное разрушение бронзового пальца ролика толкателя клапанов. Это разрушение было обусловлено высокими уровнями дитиофосфата молибдена, добавляемого к маслу API CD/SF в качестве присадки для экономии топлива. Масла, использующие эту присадку, проходили тест L-38.
            Такой бронзовый палец изготавливается из сплава, содержащего 95% меди и 5% олова и используется во многих дизельных двигателях и по сей день. Однако, дитиофосфат молибдена вызвал серьезный коррозионный износ пальца, образуя легко изнашиваемый сульфид меди.
            Такое разрушение можно смоделировать в стендовых испытаниях и этот тест добавился при испытании масел API CG-4/CH-4. В тесте используются четыре металлических пластины из чистых свинца, меди и олова и фосфористой бронзы. Эти пластины погружаются в 100 мл масла, нагретого до 135°С с барботажем воздуха на 168 часов. По окончанию теста масло анализируется на содержание в нем вышеназванных металлов, а пластинка меди – на изменение цвета.
             

            Тест Mack T-9

            Хотя тесты L-38 и Cummins успешно применяются для исключения коррозии подшипников, они ничего не могут сказать о продленных интервалах смены масла, в результате которых общее щелочное число (TBN) масла может упасть ниже допустимого уровня и вызвать кислотное разрушение подшипников.
            Тест Mack T-9 имеет продолжительность 500 часов. За это время, масла прошедшие тесты L-38 и Cummins, но имеющие недостаточное общее щелочное число вызовут износ колец и гильз и коррозию подшипников. Тест был введен в спецификацию CH-4 и из-за него TBN масел CH-4 возрос до 9-12.5.
            Тест Mack T-9 показал, что он является точным инструментом для измерения коррозии медно-свинцовых подшипников с оловянно-свинцовым покрытием. Двигатель Mack 1994 года, рядный, 6-ти цилиндровый, 12-ти литровый развивает мощность 269 кВт (350 л.с.) при 1800 об/мин. Устанавливаются такие моторные условия, что первые 75 часов теста протекают при расчетной нагрузке, а остальные 425 часов при максимальном вращающем моменте (1250 об/мин) с 15% передозировкой топлива, что дает возможность получить 290 кВт мощности (390 л.с.). Максимальное давление сгорания в этих условиях 20.7 МПа. Понятно, что пиковый вращающий момент производит высокий износ колец и гильз, а также высокий износ подшипников. Температура масла в главной масляной магистрали 104°С, содержание серы в топливе 0.05 вес. %.
            Высококачественные моторные масла, прошедшие эти тесты, в сочетании с высококачественными подшипниками и соответствующей практикой техобслуживания позволят эксплуатировать двигатели до пробега в 1 млн. миль
            Однако за длительный период наблюдений набрались факты выхода моторных подшипников из строя. Далее приводится анализ причин, вызвавших эти аварии.
             

            Утечка охлаждающей жидкости (антифриза)

            Коррозия подшипников, обусловленная утечкой охлаждающей жидкости на основе гликолей (антифриз и т.п.) обычно совершенно очевидна. Корродируют все медно-свинцовые подшипники (шатунные, коренные и полуподшипники опоры вала), а также масляный радиатор.
            Подшипники имеют яркий медный цвет. Здесь наблюдается полная потеря покровного слоя. На микрофотографиях сканирующей электронной микроскопии можно было увидеть значительную коррозию меди и свинца.

            Рис. 2. Электронная микрофотография коррозии шатунного подшипника, вызванная утечкой гликолевой охлаждающей жидкости. Увеличение 150х.

            Этиленгликоль, основа охлаждающих жидкостей, при попадании в моторное масло в столь суровых условиях (высокая температура и сильное насыщение воздухом) легко окисляется до щавелевой и муравьиной кислот. Это относительно сильные органические кислоты и легко реагируют с окислами меди и свинца. Химическое коррозионное разрушение органическими кислотами, как полагают, продолжает воздушное окисление меди и свинца. Образовавшиеся соли легко растворяются в потоке масла и уносятся с поверхности подшипника. В результате – яркая свежая поверхность металла, открытая для дальнейшего разъедания.
             

            Миграция олова из покровного слоя

            Подшипники были возвращены с полевых испытаний после проворачивания при относительно малом пробеге в 280 000 миль (450 000 км). Исследования показали, что два разных поставщика снабжали данные двигателя подшипниками, и подшипники одного из них выходили из строя чаще и в динамометрических, и в полевых испытаниях. Все они демонстрировали удаление покровного слоя.
            Ни один из этих аварийных подшипников не имел никелевой прослойки между покровным слоем и вкладышем. При исследовании новых подшипников было установлено, что при их производстве олово из покровного слоя продиффундировало в сплав вкладыша и прореагировало с медью. Рентгеновский дифракционный анализ показал на границе раздела покровного слоя и вкладыша слой интерметаллического соединения толщиной 2 μm состава εCu3Sn. В этом случае покрытие содержало 7% олова. Другой же подшипник, содержащий в покровном слое 19% олова, образовал слой интерметаллида толщиной 1.2 μm.
            Интерметаллическое соединение εCu3Sn является весьма твердым веществом с высокими фрикционными свойствами. И если в результате коррозии подшипник теряет покровный слой, то шейка коленчатого вала, войдя в контакт с твердым интерметаллидом, проворачивает подшипник и приводит к аварии двигателя. Решение проблемы – использование прослойки из никеля толщиной 1-2 микрона между покровным слоем и вкладышем в медно-свинцовых подшипниках. Никелевая прослойка выполняет функцию барьера, не позволяющему олову покровного слоя диффундировать во вкладыш со всеми вытекающими последствиями.
             

            Потеря подшипником покровного слоя из-за незначительных утечек охлаждающей жидкости

            Ранее мы рассмотрели коррозию подшипников из-за значительной утечки охлаждающей жидкости. Но оказывается, что и небольшие количества жидкости в моторном масле могут вызвать аварию подшипников.
            Аварийные подшипники были лишены покровного слоя с частичным или полным обнажением металла вкладыша красного цвета. Исследование подшипников сканирующей электронной микроскопией показало наличие белых сферических частиц (шариков) со средними размерами от 15 до 40 микрон. Эти шарики не только поглощались покровным слоем, но и как бы пахали его. В результате, покровный слой был удален как бы абразивным износом, хотя и не в классическом смысле режущим действием шлифовальным зерном, но деформацией и вспахиванием мягкого материала такими шариками.
            Было ясно, что сферические частицы были тверже покровного слоя, а по своему химическому составу (кальций, фосфор, сера и др.) они образовались из присадок моторного масла. Эти частицы назвали «масляными шариками».
            Лабораторные исследования показали, что «масляные шарики» можно получить энергичным перемешиванием 2% гликоля с обычным моторным маслом в лабораторном стакане при 150°С в течение 2 часов.

            Рис. 3. Электронная микрофотография «масляных шариков» вмурованных в покровный слой и вспаханный слой. Увеличение 1000х.

            Механизм их образования следующий. Моторное масло в работающем двигателе энергично перемешивается вращающимся коленчатым валом и ударами шатунов. При наличии в масле небольшого количества охлаждающей жидкости или воды, они распределены в объеме масла в виде микроскопических капелек. Так как растворимость веществ присадок в воде значительно большая, чем в масле, в этих капельках сосредотачивается большая концентрация химических компонентов. При высокой температуре очень быстро протекают химические реакции между веществами присадок, приводящие, в конечном счете, к образованию весьма твердых по своей природе фосфорным соединениям кальция и цинка. И как только такая капелька «рассола» попадет на поверхность масла или на поверхность горячей детали, вода мгновенно испаряется и остается сферический комочек твердого вещества – «масляный шарик». Ну а дальше все просто. Попадая с потоком масла в зазор между шейкой коленчатого вала и подшипником, эти шарики начинают вести свою разрушительную работу – покровный слой подшипника по мере размеров «шариков» или поглощает их, если они меньше его толщины, или слой вспахивается, если «шарики» более крупные. Вспаханный слой обладает значительно худшей адгезией (прилипанием) к нижележащему вкладышу и начинает энергично смываться. Результат видели многие водители и механики – поверхность подшипника из серебристой становится сплошь красной или пятнистой. А в этом случае и до «стука» недалеко.
            Однако, иногда наблюдается потеря покровного слоя на краях шатунных подшипников. Этот феномен не приводит, как правило, к аварии, но вызывает интерес механиков-мотористов. Это явление вызывается постелью шатунного подшипника, не являющейся совершенно ровной и прогибающейся по краям, где она менее жестка. Часто повышенная нагрузка на краю подшипника вызывается вогнутой поверхностью шейки вала, которая объясняется чрезмерной полировкой шейки в середине. Кроме того, масляная пленка на краю подшипника минимальна по толщине и несущей способности из-за срыва подъемной силы масляного клина на открытом участке.
             

            Нарушение сцепления: отделение медно-свинцового сплава вкладыша от стальной основы

            Достаточно редко, но наблюдается выход одного подшипника за другим в совершенно нормальных условиях эксплуатации. На таких подшипниках невооруженным глазом видны открытые свищи на поверхности вкладыша и рядом по направлению вращения коленчатого вала вчеканеные в покровный слой выколовшиеся фрагменты вкладыша. Другие же фрагменты, унесенные потоком масла, могут явиться причиной вторичных повреждений. Микроскопические исследования поперечного среза такого свища показывают наличие пустоты. Оплавленный вид стенки раковины (свища) дает основание предположить о производственном дефекте таких подшипников при литье.
             

            Рис. 4. Расслоение. Показана дыра в медно свинцовом сплаве и соответствующий кусок из этой дыры. Увеличение 3х.

            Кавитационные повреждения подшипников

             Кавитация, или правильнее, кавитационная эрозия, не вызывает аварии подшипника, но результатом ее является пятнистый вид поверхности подшипника. Обломки слоев подшипника, образовавшиеся в результате кавитационной эрозии, попадают между шейкой вала и покровным слоем и впечатываются в него.

            Рис. 5. Прогрессирующая кавитационная эрозия алюминиевого шатунного подшипника вблизи поверхности разъема.

            Кавитационная эрозия – результат действия микроструй высокого давления, образующихся в момент схлопывания пустот в объеме масла в зоне отрицательного давления. В масле в подшипниках отрицательные давления возникают в двух случаях – при вибрации и наличии быстро разбегающихся трущихся поверхностей, разделенных масляной пленкой. Разрыв непрерывной жидкой фазы в области пониженных давлений порождает образование пустот в виде пузырьков, которые с огромной скоростью схлопываются при попадании в область повышенных давлений. В этот момент образуется реактивная микроструя, несущая огромную (для размеров пузырька) энергию. Ее направление и удар могут быть направлены в любую сторону, но если струя попадает на поверхность мягкого покровного слоя подшипника, она как кумулятивный снаряд, разрывает ее. Микрооспины разрушений постепенно разрастаются, объединяются и вот они уже становятся заметны невооруженным глазом. В микротрещины между поврежденным покровным слоем и вкладышем проникает масло, ослабляя силы сцепления покрытия с вкладышем. Кроме того, тепловые перепады влияют на масло и металл, опять же раскачивая зоны сцепления двух слоев. Через некоторое время крупные куски покровного слоя отваливаются и уносятся потоком масла, вызывая затем вторичные разрушения, или вчеканиваются в еще целую поверхность покрытия, меняя ее прочностные и эксплуатационные характеристики. Подшипники выходят из строя.
            По данным исследователей процесса кавитационной эрозии подшипников, она может происходить в результате:

            • флуктуации (колебаниям) давлений в потоке масла из-за особенностей поверхности подшипника и шейки вала, таких как канавок и сверлений;
            • инерционных эффектов масла внутри сверлений шатуна, используемых для подачи масла к шатунному пальцу и для охлаждения поршня;
            • вибрации шейки вала в пределах зазора подшипника.

            Зона скопления кавитационных повреждений в основном сосредоточена на верхнем шатунном подшипнике из-за упругой деформации верхнего бугеля при различных тактах двигателя, вызывающей образование пустот и их схлопывание в масляной пленке. Кроме того, не последнее место в образование пустот занимает и сверление шейки вала для подачи масла к подшипнику.
            Хотя кавитационная эрозия наблюдалась и на медно-свинцовых подшипниках, более часто она проявляется на алюминиевых подшипниках из-за их более низкой усталостной прочности.
             

            Абразивный износ покровного слоя

            Это один из самых распространенных механизмов аварии подшипников. Однако этот тип аварий в настоящее время с успехом устраняется применением превосходных систем фильтрации моторного масла. Современные двигатели работают с 25-40 микронными полнопоточными фильтрами в комбинации с 10-15 микронными байбасными фильтрами. В некоторых случаях 25-40 микронные фильтры объединены с центрифужными фильтрами.
            Однако, поломки подшипников, обусловленные грязью, происходят в очень мощных двигателях. С середины 90-х годов мощности транспортных грузовиков и внедорожных транспортных средств значительно возросла. Из-за увеличения нагрузок на подшипники, некоторые производители двигателей склоняются к «напыленным покрытиям» для увеличения их грузоподъемности. Эти гетерогенные алюминиево-оловянные покрытия имеют большую стойкость к износу и усталости, но меньшую поглотительную способность для грязи. Их безаварийная работа еще в большей степени зависит от чистоты двигателя и очистительной системы моторного масла.

            Рис. 6. Поверхность шатунного подшипника. Показан абразивный износ вблизи масляного отверстия.

            Начиная с 1991 года, растет уровень сажи в моторном масле. Это вызвано ограничениями по выбросам окислов азота в атмосферу с выхлопными газами. Для снижения уровня окислов азота в выхлопных газах необходимо снизить температуру сгорания топлива в цилиндрах дизельных двигателей. Для этого применяют более поздний впрыск топлива. Но в этом случае, вместе со снижением уровня окислов азота, происходит повышенное образование сажи, которая накапливается в моторном масле. Весьма актуальным становится вопрос борьбы с сажевым износом подшипников, и особенно подшипников и деталей кулачкового вала газораспределительного механизма верхнего расположения.
             

            Разрыв масляного потока: авария одиночных подшипников

            Во время эксперимента встречались случаи выхода одиночных подшипников из строя без видимых причин. Анализ аварийных подшипников показал наличие контакта «металл-металл» между подшипником и шейкой вала. Вид такого подшипника приведен на рис. 7.
            Очевидно, несущая способность масляной пленки в какие то моменты оказывалась недостаточной. Такое может произойти из-за не соответствующей подачи масла, чрезмерной нагрузки, неточного попадания размеров в допуски, перегрев подшипника или какой-нибудь комбинации перечисленных факторов.
            На ряде внедорожных транспортных средств, все такие аварии происходили во время резкого снижения нагрузки в процессе работы. Проворачивало только по одному подшипнику, в то время как остальные были в хорошем состоянии. Это значит, что количества масла, поступающего на аварийный подшипник, вдруг стало недостаточно. На минимальную величину масляной пленки могут влиять два основных фактора – вибрация мотора и разбаланс распределения нагрузки. При этом может произойти разрыв масляного потока. У подшипника, к которому на мгновение не поступает масло, резко подскакивает температура. Увеличение температуры производит двойной эффект: понижение вязкости масла и уменьшение зазора между подшипником и валом. С уменьшением вязкости масла происходит изтоньшение масляной пленки, а с уменьшением зазора уменьшается количество поступающего масла. Такой цепной процесс быстро приводит к заклиниванию и проворачиванию подшипника.

            Рис. 7. Авария подшипника распределительного вала. Показан размазанный свинец вблизи центра подшипника, расплавленный свинец вокруг масляного отверстия и на краю подшипника.

            Исследования показали, что температура подшипника начинает резко возрастать при достижении потока масла некоторого критического значения. Кроме того, температура подшипника была обратно пропорциональна потоку масла, и находится в прямой зависимости от удельной нагрузки и поверхностной скорости.
            Как видно, причин выхода из строя подшипников скольжения коленчатого и распределительного валов достаточно много. Но сейчас уже имеется большой опыт работы таких подшипников при пробеге 1 миллион и более миль. Залог такого пробега кроется в качественном изготовлении деталей двигателя и правильной эксплуатации.

            М. Н. Чистяков, техн. специалист фирмы «Май Тау»
            Источник: J. A. Mc Geehan and P. R. Ryason «Million Mile Bearings: Lessons From Diesel Engine Bearing Failure Analysis»

            http://www.autolub.info/

            Коренные и шатунные вкладыши двигателя вилочного погрузчика, провернуло вкладыши-решение проблемы

            В чем разница между коренными и шатунными вкладышами, основные поломки связанные с ними.

            Коренные и шатунные вкладыши двигателя очень похожи между собой, как по внешнему виду, размеру и свойствам, так и по функциям, которые они выполняют в двигателе вилочного погрузчика.

            Что такое шатунные и коренные вкладыши и в чем их функция

            В двигателе погрузчика есть элемент, называемый коленчатым валом. Это высоконагруженный элемент, и конструкционно устанавливается он не на обычные, шариковые подшипники, а на подшипники скольжения.

            Подшипники скольжения представляют собой металические  пластины, покрытые специальным антифрикционным слоем.

            Эти пластины и есть шатунные вкладыши. Они крепятся в специальных местах, называемых постелями. Необходимость крепления шатунных вкладышей обусловлена несколькими причинами.

            Во-первых, на вкладыше имеется отверстие, которое предназначено для движения масла и должно быть совмещено с аналогичным отверстием в постелях.

            Во-вторых, правильное крепление обеспечивает трение на поверхностях, специально для этого предназначенных.

            В чем разница между коренными и шатунными вкладышами

            А- коренной вкладыш

            В- шатунный вкладыш

            Разница между вкладышами в их расположении, первые находятся в том  месте, где коленвал проходит в корпусе двигателя, шатунный же находится между шатуном и шейкой коленвала.

            Причины замены шатунных и коренных вкладышей ДВС вилочного погрузчика

            Основных причин, по которым владельцы вилочных погрузчиков должны заменить вкладыши, несколько.

            Первая причина-естественный износ трущихся поверхностей, этот процесс неизбежен, так как коленчатый вал работает в условиях высоких температур при постоянных нагрузках. 

            Специальное покрытие изнашивается, что приводит к неправильной работе коленвала и ДВС.

            Вторая причина-это проворачивание вкладышей, к этому приводит излишне густое масло с частичками металла, которое оказывает абразивное действие на поверхность вкладыша.

            Часто, одной из причин, особенно у бывших в ремонте двигателей, является недостаточный натяг. Это следствие неправильного подбора и установки вкладыша неквалифицированными механиками. В процессе работы коленвала происходит проворот вкладыша, остановка мотора-финансовые потери владельца погрузчика в этом случае неизбежны.

            Как правильно подобрать и установить вкладыш

            Какой бы не была причина замены вкладыша, даже если повреждена только шейка, шлифовать и подгонять нужно полностью весь коленвал.

            Вкладыши коленвала - что это такое?

            Двигатель внутреннего сгорания – сложный механизм, состоящий из не одной сотни деталей. И все они до одной важны для сбалансированной и корректной работы сложной системы, в той или иной степень. Но в тот же момент ни в коем случае нельзя равнозначно расценивать степень важности каждой из них. Одним из самых важных элементов, безусловно, является коленчатый вал и все его детали, что сопрягаются с ним, который передаёт энергию сгорающего топлива на колёса, тем самым вращая их. Речь далее пойдёт о составляющих данного механизма, а именно о вкладышах коленвала, что представляют собой небольшие полукольца из мягкого металла с антифрикционным покрытием. Во время длительной работы мотора машины именно они должны самыми первыми покидать свой пост, а не шейки коленчатого вала.

            Что такое ремонтные вкладыши коленвала, их виды

            По сути, вкладыши коленвала – это подшипники скольжения для шатунов, что вращают коленчатый вал. Данное вращение является результатом микровзрыва в камерах сгорания цилиндров двигателя. В этой системе довлеют высокая скорость и большие нагрузки, в результате этого приходится минимизировать трение деталей, ибо в противном случае двигатель попросту выйдет из строя, причём мгновенно. Для того, чтобы трение было максимально снижено, все значимые детали двигателя внутреннего сгорания облачены в так называемую «масляную пелену» - тонкую микронную плёнку, что обеспечивается специальной системой смазки автомобильного двигателя. Появление плёнки, что обволакивает металлические детали, возможно только в том случае, если давление масла достаточно сильное. И между шейкой коленвала и его вкладышами так же присутствует подобная масляная прослойка. И только благодаря ей сила трения минимизируется, насколько это возможно. Из этого можно сделать вывод, что вкладыши коленвала представляют собой определённую защиту, действие которой увеличивает срок эксплуатации такой важной для мотора детали.

            Для начала, вкладыши коленвала необходимо условно разделить на две категории: шатунные и коренные. Шатунные вкладыши, как мы говорили выше, расположены между шатунами коленвала и его шейками. Коренные же в свою очередь играют сходную роль, но располагаются они между коленчатым валом и местами его прохода через корпус ДВС.

            Для разных двигателей на заводах изготавливают вкладыши коленвала, которые различаются между собой своим внутренним диаметром. Ремонтные вкладыши имеют отличия друг от друга и, безусловно, от новых, установленных на только что выпущенный автомобиль. Их минимальное различие исчисляется с отметки в четверть миллиметра и нарастает с аналогичным шагом. Таким образом, мы имеем размерный ряд ремонтных вкладышей коленвала с шагом в 0,25 мм по внутреннему диаметру: 0,25; 0,5; 0,75; 1 мм и т.д.

            Причины замены вкладышей коленчатого вала?

            В условиях экстремальных температурных и физических нагрузок, что постоянно переносит коленчатый вал, помогают ему удержаться на оси, обеспечивая деятельность кривошипно-шатунного механизма, только лишь вкладыши коленвала. Коренные и шатунные шейки работают по принципу внутренних обойм, а вкладыши коленвала выполняют функцию наружных, соответственно. В системе моторного блока продумана целая сеть маслопроводов, через которые на вкладыши подаётся моторное масло под большим давлением. Оно то и создаёт ту самую микроскопическую плёнку, о которой говорилось выше, что и позволяет вращаться коленвалу.

            Первопричиной замены вкладышей коленвала является их физическое изнашивание. Каково бы ни было желание уберечь вкладыши от износа, но физика есть физика. Поверхности шеек вкладышей коленвала со временем стираются, увеличивая между ними зазор, что приводит свободному ходу коленвала и меньшей подаче масла из-за резкого снижения давления. А это уже приводит к поломкам автомобильных двигателей.

            Второй причиной вынужденного ремонта является проворачивание вкладышей коленчатого вала. О таких ситуациях доводилось слышать, наверное, каждому автовладельцу, но вот о причинах данного положения вещей знают, увы, но далеко не все. Так как же и почему это случается? Тончайшая пластина вкладыша ложиться в импровизированную постель. Наружные стенки полуколец обрамлены специальными выступами, которые в новом двигателе упираются во фронтальные части блока. При определённых условиях усики попросту не выдерживают вкладыш, и он начинает проворачиваться, слипаясь с шейкой коленчатого вала. Если такое случилось и вкладыш повернуло, двигатель попросту перестаёт функционировать. Типичными причинами таковой поломки являются:

            - предельная вязкость смазки, попадание в неё абразивных соединений или вообще её пропадание;

            - недостаточный натяг установленных крышек подшипников;

            - слишком жидкая смазка и эксплуатация двигателя в режимах постоянных перегрузок.

            Как определить износ вкладышей коленвала и помочь механизму?

            После того как случилось так, что ремонт двигателя уже неизбежен, возникает вопрос о том, как же определять далее износ коленвальных вкладышей и какого размера необходимо их будет приобретать для следующей замены? В основном для замеров используется микрометр, но всё же достаточно точно это вычисляется и визуально, как говорится «на глаз». Сразу же оцените возможность следующей расточки коленчатого вала.

            Незамедлительная замена необходима в случае поворота вкладышей коленвала. Показателем данной проблемы послужит громкий стук коленвала и постоянные попытки мотора заглохнуть. Если заклинит шейки, то ехать Вам дальше уже не получится никак. В любом из случаев следует проводить детальный осмотр механизмов. Если Вы обнаружите на шейках волнообразные рытвины, которые вполне осязаются руками, то не избежать расточки коленвала и последующей установки ремонтных вкладышей соответствующего размера. Настоятельно рекомендуем приобретать вкладыши только по факту его расточки. Ведь большой износ может повлечь провести данную процедуру на один, а то и на два размера.

            Как поставить вкладыши на коленвал – порядок действий?

            По большей части случаев заменять вкладыши коленвала автолюбители отправляются на СТО. Но при сильном желании каждый из Вас, кто имеет навыки ремонта и неплохого обращения с инструментом, вполне справиться в данной ситуации с возложенной на него задачей. Для этого необходимо просто соблюдать последовательность следующих действий:

            1. Самое первое и важное – это проверка зазора между коленвалом и его вкладышем. Для этого необходимо воспользоваться калиброванной проволокой из пластмассы, что расположена на соответствующей шейке. После крышку с вкладышем установите и затяните с нужным усилием, которое равно 51 Н·м (измерение данной величины можно произвести при помощи динамометрического ключа). После того как крышка снята, размер зазора будет равен степени сплющивания проволоки. Чтобы оценить данный параметр необходимо воспользоваться номинальным зазором, который соответствует каждой автомобильной марке. И если степень сплющивания проволоки говорит о том, что зазор более номинального, значит необходима установка ремонтного вкладыша.

            2. После того как все зазоры были проверены, следует снять шатуны со всех шеек, демонтировать коленвал и расточить его. Шлифовка коленчатого вала производится на центростремителе, наличием которого, конечно, похвастает не каждый. Поэтому данную часть процедуры лучше сделать у мастера. После того как коленчатый вал расточили, можно заняться подбором ремонтных вкладышей. Тут снова Вам придёт на помощь микрометр и дальнейшая примерка ремонтных вкладышей коленвала.

            3. Когда вкладыши окончательно подобраны, следует производить монтаж коленвала в обратном порядке. Когда элементы вставлены в свои посадочные места, закрутите крышки коренных подшипников.

            4. Далее решаем вопрос установки вкладышей коленвала и шатунов на свои места. Для этого вкладыши просто смазываем моторным маслом и закручиваем их крышки. Так что, как Вы видите их установка занимает очень мало времени, в отличии от подготовительных работ и приготовлений.

            Помните, что коленвал – одна из самых дорогих деталей каждого автомобиля. Кроме того он испытывает огромные нагрузки. А посему стоит принимать все возможные меры, дабы продлить его эксплуатационный период. И актуальным действием будет своевременная расточка коленчатого вала, которая сыграет основополагающую роль. После выполнения данной процедуры все шейки снова идеально гладкие и готовы к последующим «рабочим будням».

            Важно! Автомобильный двигатель – агрегат достаточно сложный и специфичный. Многие автолюбители и умельцы полностью разбирают, ремонтируют и собирают его, можно сказать с закрытыми глазами. Но установка вкладышей коленвала требует дополнительных специальных навыков. Лучше доверить эту работу опытному мотористу. Нужно это во избежание недостаточного или избыточного натяга, что может привести к проворачиванию вкладышей.

            Как правильно подобрать вкладыши коленвала?

            Какой бы ни была причина разборки автомобильного двигателя и замены вкладышей коленвала, тут без его шлифовки не обойтись. Новые вкладыши монтируют либо на новый коленвал, либо уже на расточенный. Даже если повреждениям подвержена лишь одна шейка, то шлифовальную подгонку под неё обязаны пройти и все остальные.

            При сборке мотора на конвейере производится установка стандартных вкладышей коленвала. Например, для моделей ВАЗ вкладыши выпускают в четырёх ремонтных вариациях. Следовательно, и растачивать коленвал можно будет не более четырёх раз. Двигателям, которые устанавливают на ГАЗ и Москвич доступны пятая и шестая расточки до 1,25 и 1,50 мм. Размеры коленвальных вкладышей определяет только тот, кто производил расточку коленвала. В зависимости от глубины повреждений шеек, шлифовка может уйти на два размера вперёд. Вкладыши продаются комплектно для всех, как для коренных, так и для шатунных шеек.

            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.

            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.

            Разработка вкладышей для современных двигателей

            Об авторе: Др. Дмитрий Копелиович.

            Зам. Ген. Директора компании King Engine Bearings Ltd. (Израиль) по исследованиям и разработкам.

            Ведущий мировой эксперт по проектированию, технологиям производства и материалам для вкладышей двигателей внутреннего сгорания.

            Основатель и владелец SubsTech (Substances & Technologies), www.substech.com– ведущего профессионального вебсайта по технологии материалов.

            Основатель и владелец Smooth Sliding (www.smoothsliding.com), инженерной консалтинговой компании, предоставляющей услуги по вопросам функционирования вкладышей двигателей и других гидродинамических подшипников.

            Автор многочисленных научных и инженерных публикаций и патентов.


            1. Двигатели и вкладыши

            Первый рабочий двигатель внутреннего сгорания (ДВС) был запатентован в 1860 году бельгийским инженером Жаном Жозефом Этьеном Ленуаром.

            Его термодинамический цикл был менее эффективен, чем в более поздних двигателях, изобретенных Отто и Дизелем. Однако основные механические части ранних двигателей были теми же: цилиндр, поршень, шатун, коленчатый вал, маховик и вкладыши (коренной и шатунный).

            Источником механической энергии вращающегося колен вала является процесс горения топливно-воздушной смеси, протекающий внутри цилиндра. Образующиеся в результате горения газы увеличивают давление в цилиндре. Давление действует на поршень, производящий возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра. Поршень соединен с шатунной шейкой колен вала посредством шатуна. Вместе они образуют кривошипно-шатунный механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение колен вала.

            Шатунные вкладыши обеспечивают вращение шатунной шейки внутри шатуна.

            Функция коренных вкладышей, установленных в корпусе блока цилиндров, поддерживать вращающийся колен вал.

            Поразительно, что, несмотря на огромный прогресс в конструкции двигателей, достигнутый за последние 150 лет, основные термодинамические принципы и механическая структура ДВС остались неизменными.

            Конструкция вкладышей также принципиально не изменилась за это время. Фактически вкладыши были изобретены задолго до изобретения ДВС. Они использовались в паровых двигателях, работавших на тех же принципах преобразования возвратно-поступательной энергии во вращательную.

            С самого начала вкладыши работали со смазкой. Вначале это был жир животного происхождения, а позже – масло.

            Автомобильные двигатели смазываются моторным маслом, а вкладыши к ним могут быть принципиально отнесены к гидродинамическим подшипникам, то есть к подшипникам, работающим в режиме гидродинамического трения, при котором поверхности подшипника и вала разделены масляной пленкой, образующейся в результате вращения вала [1].

            К сожалению гидродинамическая смазка в чистом виде является лишь идеальной ситуацией, недостижимой в реальных двигателях. Непосредственный контакт между поверхностями вкладыша и вала происходит довольно часто.

            Однако, металлический контакт — это не единственная проблема, с которой должны справляться вкладыши. В процессе работы они подвергаются нагрузкам, образующимся в цилиндре и передаваемым шатуном. Поскольку процесс сгорания является циклическим, нагрузки также имеют циклический характер. Материал вкладыша работает в условиях переменного нагружения, который может вызвать усталостное разрушение.

            Нежелательные условия непосредственного (не гидродинамического) трения в сочетании со значительными циклическими нагрузками особенно критичны для высоко нагруженных современных двигателей, работающих на высоких оборотах, имеющих высокие показатели удельной литровой мощности (отношение мощности к объему двигателя).

            Конструкция ДВС находится в условиях постоянного развития и совершенствования. Особенно это касается двигателей гоночных автомобилей, находящихся на переднем крае этих инженерных тенденций. Гонки всегда служили источником, стимулом и испытательным полигоном для усовершенствований автомобильных двигателей.

            Первая в истории авто гонка (Indy 500) была проведена в Индианаполисе в 1911 году. Гонку выиграл Рэй Харроун со средней скоростью 123 км/ч [2]. Его автомобиль (Стоддард-Дэйтон) имел 6 цилиндровый двигатель, развивавший мощность 50 л.с. при объеме цилиндров 477 куб. дюймов (7.82 л). То есть удельная литровая мощность была около 6.4 л.с./л.

            Современный двигатель Chevrolet Indy V6 имеет объем 134.3 куб. дюйма (2.2 л) и развивает мощность до 700 л.с. Таким образом, его удельная литровая мощность равняется 318 л.с/л.

            Этот параметр в 50 раз больше, чем в двигателе 1911 года. Современный двигатель в 3.5 раза меньше, но при этом в 14 раз мощнее.

            Конечно, такая огромная разница в показателях двигателя требует более совершенных вкладышей.

            Следующие требования к геометрии, конструкции и материалам вкладышей, выдвигаемые тенденциями развития современных двигателей, рассматриваются в этой статье:

            •   Прочность материала вкладыша достаточная для безотказной работы в условиях циклических нагрузок.

            •   Антифрикционные свойства материалов вкладыша, обеспечивающие износостойкость, снижение трения и предотвращение схватывания.

            •   Геометрия вкладыша, обеспечивающая стабильный режим гидродинамической смазки.

            Приведенные аспекты функционирования вкладышей рассмотрены в свете тенденций развития современных двигателей.

            2. Объемная эффективность

            Объемная эффективность — это отношение объема топливной смеси, входящей в цилиндры к рабочему объему двигателя.

            Факторы, снижающие эффективность:

            - Ограничения при впуске воздуха.

            - Ограничения при выпуске выхлопных газов.

            - Нагрев входящей смеси в цилиндрах.

            При полной мощности и полностью открытых заслонках объемная эффективность двигателей без турбо наддува достигает 80%. В гоночных двигателях этот параметр может превышать 100%.

            Следующие методы используются для повышения объемной эффективности:

            • Перекрытие клапанов. Этот метод повышения эффективности особенно результативен при высоких оборотах.

            • Инерционный наддув. В этом методе для повышения давления впускаемого воздуха используется инерция воздушного потока. И этот метод наиболее эффективен на высоких оборотах двигателя.

            Увеличение энергии горения и более высокое давление воздуха повышают давление газов в цилиндре. В результате повышается нагрузка на верхний шатунный и нижние коренные вкладыши.

            Вкладыши в двигателях с большей объемной эффективностью работают в условиях повышенной циклической нагрузки, что предъявляет требования к усталостной прочности материалов вкладышей.

            3. Принудительное нагнетание

            Принудительное нагнетание воздуха (наддув) это один из наиболее эффективных методов повышение мощности и крутящего момента двигателей.

            Наддув позволяет увеличить массу воздуха, входящего в цилиндры.

            Соответственно увеличивается масса впрыскиваемого и сгораемого в каждом цикле топлива. В результате мощность и крутящий момент двигателя с принудительным нагнетанием воздуха больше, чем в двигателе того же объема, но без наддува.

            Типичный уровень давления воздуха, производимое нагнетателем, 0.5-1 бар. Однако в двигателях гоночных автомобилей давление может достигать 4.8 бар (Драгстер).

            В современных гибридных двигателях Формулы 1 давление достигает 3. 5 бар. Давление в цилиндре в результате доходит до 200 бар, что в три раза выше максимального давления в цилиндрах двигателей без принудительного нагнетания.

            Высокое давление в цилиндрах двигателей с наддувом передается посредством шатуна вкладышам, повышая вероятность усталостного разрушения. Кроме того, повышение нагрузок на вкладыш приводит к снижению толщины масляной пленки и может вызвать металлический контакт вкладыша с валом.

            4. Степень сжатия и октановое число

            Термодинамический анализ ДВС показывает, что к.п.д. двигателя определяется его степенью сжатия. Одно и то же количество топлива, сгораемого в одном цикле, производит больше мощности в двигателе, имеющем выше степень сжатия.

            Поэтому с любой точки зрения (мощность, расход топлива, снижение выхлопа в атмосферу, стоимость) степень сжатия должна быть максимально возможной.

            Однако величина степени сжатия ограничена повышенной вероятностью детонации двигателя. Детонация — это аномально быстрое горение топлива в цилиндре. Она производит экстремально высокие скачки давления. Двигатель, что называется, стучит. Параметром топлива, показывающем вероятность детонации, является октановое число.

            Октановая шкала была изобретена в 1927 году Грэмом Эдгаром. На тот момент среднее автомобильное топливо имело октановое число 50. Такое топливо позволяло увеличить степень сжатия двигателя до 4-4.5:1.

            К настоящему времени октановое число бензина выросло почти вдвое. Примерно в той же пропорции выросли коэффициент сжатия и к.п.д. двигателей.

            Современное топливо для гоночных автомобилей, содержащее метанол или этанол, может иметь октановое число, превышающее 100. Такое топливо не приводит к детонации при степени сжатия до 15:1.

            Что касается эффекта повышения степени сжатия на работу вкладышей, то он подобен эффекту наддува. Более сжатая воздушно-топливная смесь производит давление перед началом горения. И сам процесс горения более энергетически эффективен. Образующиеся в процессе горения газы разогреваются до большей температуры, что увеличивает так же их давление и, в конечном счете, нагрузку на вкладыши.

            У верхних шатунных и нижних коренных вкладышей увеличивается риск усталости материала и перехода гидродинамического режима трения в смешанный.

            5.  Отношение хода поршня к диаметру цилиндра

            Объем двигателя определяется величинами хода поршня и диаметром цилиндра. На первый взгляд количество энергии, получаемой в одном цикле горения, просто пропорционально массе топлива (то есть объему двигателя). Однако более длинные цилиндры обеспечивают меньшие термические потери благодаря меньшей площади поверхности теплопереноса. Поэтому двигатели с большим соотношением между ходом поршня и диаметром цилиндра (S/B), имеют выше к.п.д. и производят больше механической энергии.

            Кроме того, более длинные цилиндры обладают повышенным эффектом продувки. В таких цилиндрах во время перекрытия клапанов свежий воздух выталкивает сгоревшие газы, не смешиваясь с ними.

            Поэтому, в низкооборотных двигателях высокие значения S/B предпочтительны. Обычно значение S/B находится в пределах 1-1.5.

            Двигатели гоночных автомобилей, где необходима максимальная мощность, работают на очень высоких скоростях, достигающих 18,000 об/мин. При высоких скоростях значительная часть генерируемой энергии расходуется на ускорение и замедление частей двигателя (шейка шатуна, поршень, шатун). Эти части создают силы инерции, величина которых, пропорциональна квадрату скорости вращения.

            Более короткий ход поршня позволяет снизить силы инерции.

            Величина S/B влияет на работу вкладышей. Ee уменьшение фактически означает увеличение площади поверхности поршня, а значит и силы давления газов, передаваемой на вкладыши посредством шатуна.

            Повышение нагрузки на вкладыши может вызвать его выход из строя из-за усталости. Повышенная нагрузка также снижает величину масляной пленки и повышает износ.

            6.      Скорость вращения

            Силы инерции пропорциональны скорости вращения в квадрате. При высоких скоростях вращения (в основном характерных для гоночных двигателей) величины сил инерции, развиваемых вращающимися, ускоряющимися и замедляющимися деталями, могут достичь уровня сил, генерируемых горящими газами в цилиндрах.

            Однако в отношении вкладыша, направление этих сил противоположно направлению силы давления газов. Это означает, что равнодействующая сила, действующая на верхний шатунный вкладыш при высоких скоростях вращения ниже силы при низких скоростях.

            Этот эффект играет положительную роль, так как он снижает риск усталостного напряжения верхнего шатунного вкладыша.

            С другой стороны, нижний шатунный вкладыш, не нагруженный при низких и средних скоростях вращения, в высокоскоростных двигателях испытывает значительную нагрузку, производимую инерционными силами. При определенных условиях эта нагрузка может превысить предел усталости материала вкладыша, и он выйдет из строя.

            Силы инерции могут "перевернуть" распределение удельной нагрузки не только в шатунных, но также и в коренных вкладышах.

            При высоких скоростях верхний коренной вкладыш становится нагруженным. Эффект увеличения удельной нагрузки дополнительно усиливается тем, что площадь рабочей поверхности верхнего коренного вкладыша уменьшена на величину площади масляной канавки и масляного отверстия.

            7. Вязкость масла

            Моторное масло обеспечивает условия гидродинамического смазки, снижает трение и удаляет тепло, генерируемое вкладышами.

            Индекс вязкости масла является параметром, определяющим величину гидродинамического трения и также величину гидродинамической подъемной силы, противодействующей внешней силе, действующей на вкладыши со стороны коленчатого вала. Эта гидродинамическая сила не позволяет валу приблизиться вплотную к поверхности вкладыша. Более вязкое масло производит большую гидродинамическую силу, которая остается стабильной даже при относительно высоких значениях масляного зазора.

            В то же время вязкое масло увеличивает энергетические потери, производимые гидродинамическим трением.

            Снижение вязкости моторного масла дает выигрыш механической энергии двигателя.

            Этот эффект определяет тенденцию в двигателестроении по снижению вязкости моторного масла.

            Однако в условиях повышенных нагрузок масло с низкой вязкостью не всегда формирует пленку толщиной, превышающей шероховатость поверхностей вкладыша и вала, что нарушает гидродинамический режим смазки, вызывая металлический контакт. Такой режим смазки приводит к повышенному износу вкладыша или даже схватыванию с валом. Материал вкладыша, работающего в таких условиях, должен иметь способность противостоять схватыванию и износу.

            8. Дизельные двигатели

            Дизельные двигатели характеризуются высокими значениями степени сжатия (17-22). Поэтому они имеют преимущество в к.п.д по сравнению с двигателями с зажиганием.

            Благодаря высоким степеням сжатия давление в цилиндре дизельного двигателя очень высоко, достигает 200-230 бар.

            Соответственно, циклическая нагрузка, действующая на вкладыши, особенно верхний шатунный, так же очень высока. Для работы в таких условиях вкладыши должны быть сделаны из специальных высокопрочных материалов.

            9. Гибридные двигатели и двигатели старт-стоп

            Опустим описание достоинств гибридных и старт-стоп двигателей, которые совершенно очевидны и не требуют разъяснений.

            Перейдем сразу к недостаткам.

            Основной из них это частая работа при низких скоростных оборотах. Такие условия реализуются при каждом выключении ДВС из-за переключения на электрический мотор или при остановке автомобиля.

            В условиях низкой скорости вращения гидродинамическая сила недостаточна для противодействия внешней силе. Это приводит к нестабильной масляной пленке и металлическому контакту. Из-за частого отключения двигателя такой режим непосредственного трения происходит так же часто, приводя к повышенному износу вкладыша.

            Сочетание высокой несущей способности с хорошими антифрикционными свойствами, требующееся для работы в таких условиях, может быть обеспечено специальными покрытиями, содержащими частицы твердой смазки.

            10. Уменьшение размеров двигателей

            Современные двигатели в сравнении с двигателями старой конструкции производят намного больше механической энергии, имея при этом существенно меньшие размеры. Коленчатые валы в этих двигателях так же много меньше. Поэтому и размеры современных вкладышей так же меньше.

            Из-за этого нагрузка, генерируемая в цилиндре, действует на относительно небольшую площадь вкладыша. То есть удельная нагрузка (нагрузка на единицу площади) значительно возросла.

            Небольшим по размерам, но мощным современным двигателям требуются вкладыши из материалов с высокой несущей способностью и пределом усталости. Кроме того, повышенная удельная нагрузка приводит к уменьшению толщины масляной пленки, разделяющей поверхности вала и вкладыша. В таких условиях становится все трудней предотвратить металлический контакт.

            Другой проблемой современных компактных двигателей является недостаточная жесткость коленчатого вала и постелей вкладышей.

            Вал изгибается под действием циклических нагрузок. Поверхности вала и вкладыша становятся не параллельными. Это вызывает локальное нарушение гидродинамического режима и износ.

            Деформация постелей вкладышей, происходящая в условиях значительных нагрузок, искажает геометрию вкладыша, что так же может приводить к потере гидродинамического режима смазки.

            Материал вкладышей, работающих в таких двигателях, должен обладать хорошей прирабатывающей способностью – способностью к аккомодации геометрических дефектов коленчатого вала и постели вкладыша.

            11. Условия работы вкладышей в современных двигателях

            Таким образом, влияние различных параметров и особенностей конструкции современных двигателей на работу вкладышей можно заключить в следующих условиях:


            •    Высокие удельные нагрузки, величина которых может достигать 120 Мпа.

            •   Очень низкие значения минимальной толщины масляной пленки (1 микрон и менее).

            •   Смешанный режим трения с частым металлическим контактом.

            •   Не параллельность трущихся поверхностей как результат эластической деформации коленчатого вала и постели вкладыша.

            •   Повышенная скорость вращения.

            • Пониженная вязкость моторного масла.

            12. Разработка современных вкладышей в King Engine Bearings Ltd.

            King Engine Bearings Ltd. разрабатывает и производит вкладыши для ДВС с 1960 года. Весь технологический процесс производства, начиная от литья сплавов и заканчивая упаковкой готовых вкладышей, происходит на заводе в г. Кирьят Гат (Израиль).

            Там же располагается подразделение компании, занимающееся исследованиями и разработками новых видов продукции и технологий.

            Компания King Engine Bearings Ltd. осознаёт, что традиционные вкладыши не способны выдерживать тяжелые условия работы, характерные для современных двигателей.

            Активность компании в исследованиях и разработках вкладышей для современных приложений осуществляется в трех основных направлениях:

            •     Материалы с высокой усталостной прочностью и несущей способностью.

            •     Покрытия для работы в условиях режима смазки смешанного типа.

            •   Совершенствование конструкции вкладышей.

            12.1 Разработка материалов с высокой несущей способностью

            SV

            Для высоконагруженных дизельных и некоторых бензиновых двигателей с турбо наддувом требуются вкладыши, сделанные из особо прочных материалов.

            Как правило, в таких случаях используются вкладыши с покрытием, напыляемым в вакууме (Спаттер).

            King Engine Bearings Ltd. так же обладает этой технологией и производит вкладыши Спаттер.

            Однако наряду с технологией Спаттер, Кинг разработал альтернативную технологию SV. Вкладыши, произведенные по этой технологии, имеют серебряное покрытие, нанесенное на особо прочную висмутовую бронзу (рис. 1). Для повышения антифрикционных свойств вкладыша на серебряный слой наносится дополнительное покрытие из баббита или антифрикционного полимера.

              

                    Рис.1 Вкладыши SV

            Вкладыши SV имеют ту же несущую способность 120 МПа, как и Спаттер.

            Гоночная версия материала с серебряным покрытием носит название GP.

            SM

            SM - это биметаллический сталеалюминевый материал, разработанный Кингом для двигателей, имеющих повышенную нагрузку (рис. 2).

                Рис. 2 Вкладыши SM

            Алюминиевый сплав SM упрочнен специальными легирующими добавками, повышающими усталостную прочность материала.

            pMax Black™ and pMax Kote™

            В King Engine Bearings Ltd. разработан упрочненный триметаллический материал pMax Black™ [3].

            Эта разработка включает инновационную технологию формирования ультратонкого прочного защитного "щита" на поверхности покрытия.

            pMax Black™ обладает усталостной прочностью 70 МПа, что на 17% выше конвенциональных триметаллических вкладышей.

            Вкладыши pMax Black™ легко узнаваемы по их характерному черному цвету (рис. 3).

            В последнее время Кинг начал производство и продажу вкладышей из материала pMax Kote™ имеющих дополнительное антифрикционное покрытие.

            Рис. 3 Вкладыши pMax Black™

            Вкладыши, изготовленные из материалов pMax Black™ и pMax Kote™ завоевали прочные позиции на американском и европейском рынках изделий для гоночных автомобилей.

            MC

            МС – одна из последних разработок Кинга. МС это триметаллический материал, имеющий стальную основу, промежуточный слой из прочного алюминиевого сплава, покрытого износостойким антифрикционным полимерным покрытием.


            Рис.4. Вкладыш МС

            Вкладыши МС прекрасно зарекомендовали себя в гибридных и старт-стоп двигателях. Полимерное покрытие обеспечивает стабильно низкое трение в условиях непосредственного контакта вкладыша с поверхностью вала, что часто случается в двигателях, оснащенных технологией старт-стоп.

            Вкладыши МС так же успешно работают и в других двигателях, заменяя традиционные биметаллические и триметаллические материалы.

            12.2 Разработка покрытий для работы в условиях смешанной смазки

            Недостаток масла во время работы в режиме смешанной смазки может быть компенсирован твердой смазкой, распределенной в форме мелких частиц внутри полимерной матрицы. Этот материал наносится на поверхность вкладышей в форме покрытия.

            Помимо твердой смазки полимерные покрытия, разработанные в Кинге, содержат упрочняющие фазы в форме частиц нано-размера. Подобно масляной пленке полимерное покрытие разделяет металлический материал вкладыша и поверхность вала.


            Fig. 4 Вкладыши Кинга с полимерным покрытием

            Три разных типа полимерных покрытий, предназначенных для различных приложений, разработаны в Кинге: К-340, К-334 и К-40.

            K-340

            К-340 это наиболее прочное покрытие, обладающее очень высокой износостойкостью, ударостойкостью и усталостной прочностью.

            Покрытие может работать при нагрузках вплоть до 120 МПа.

            K-334 для вкладышей pMax Kote™

            К-334 это износостойкое покрытие, предназначенное для нанесения на относительно мягкую основу. К-334 был разработано для модификации материала pMax Black™. Модифицированный материал pMax Kote™ обладает повышенной износостойкостью в условиях металлического контакта, а также лучшей стойкостью к кавитационной эрозии.

            K-40

            К-40 это относительно мягкое покрытие. Оно обладает исключительной прирабатываемостью и другими антифрикционными свойствами. К-40 был разработан для двигателей, вкладыши которых испытывают постоянный металлический контакт, как, например, вкладыши в двигателях в гонках Драгстер.

            12.3 Разработка элементов конструкции вкладышей

            U-Groove™

            При повышенных скоростях вращения двигателей абсолютные величины нагрузок, воздействующей на верхний и нижний коренные вкладыши, становятся близкими друг к другу. В этом случае удельная нагрузка, приложенная к верхнему вкладышу, имеющему масляную канавку, может превысить удельную нагрузку, приложенную к нижнему вкладышу.


            Fig.5 Масляная канавка U-Groove™ с прямоугольным сечением

            Конструкция канавки U-Groove™ с прямоугольным сечением позволяет увеличить эффективную площадь поверхности верхнего вкладыша. Это приводит к снижению удельной нагрузки на вкладыш.

            ElliptiX™

            В новой конструкции масляного отверстия его площадь сечения была увеличена за счет сочетания круглого отверстия с овальным, находящемся внутри масляной канавки.


            Fig.6 Масляное отверстие ElliptiX™

            Конструкция ElliptiX™ позволяет увеличить пропускную способность масляного отверстия без снижения эффективной рабочей площади вкладыша.

            EccentriX™

            Эксцентриситет вкладыша (разница между максимальной и минимальной толщинами) помогает установить стабильный режим гидродинамической смазки и сохранить форму масляного клина даже при деформации постели вкладыша [4].


            Fig. 7 Оптимальный эксцентриситет вкладыша EccentriX™

            Оптимизированная конструкция вкладыша EccentriX™ (рис. 7) обеспечивает стабильный гидродинамический режим его работы.

            RadiaLock ™

            Конструкция RadiaLock ™ обеспечивает оптимальную величину выступа стыка.


                 

            Fig. 8 Оптимальная конструкция выступа стыка RadiaLock ™

            RadiaLock ™ обеспечивает надежный натяг и плотное прилегание вкладыша, в результате чего не происходит его проворачивания в постели, а тепло, образующееся при трении, уходит через вкладыш.

            Выводы.

            Следующие тенденции в развитии конструкций двигателей бросают вызов разработчикам и производителям вкладышей:

            •   Повышение объемной эффективности,

            • Принудительное нагнетание,

            •   Увеличение степени сжатия и октанового числа,

            •   Снижение соотношения ход поршня-к-диаметру,

            •   Повышенная скорость вращения,

            •   Низкая вязкость моторного масла,

            •   Дизельные двигатели,

            • Гибридные и старт-стоп двигатели,

            •  Уменьшение размеров двигателей

            Вкладыши современных двигателей должны выдерживать повышенные циклические нагрузки и быть способными работать в режиме смешанной смазки.

            Представлены инновационные разработки King Engine Bearings Ltd., обеспечивающие надежную работу вкладышей в условиях современных двигателей внутреннего сгорания:

            Материалы вкладышей

            ·         SV

            ·         GM

            ·         SM

            ·         pMax Black™

            ·         pMax Kote™

            ·         МС

            Полимерные покрытия

            ·         К-340

            ·         К-334

            ·         R-40

            Детали конструкции вкладышей

            ·         U-Groove™

            ·         ElliptiX™

            ·         EccentriX™

            ·         RadiaLock ™

            Источники:

            [1] Dmitri Kopeliovich, “Lubrication regimes” SubsTech (Substances & Technologies). Retrieved from www.substech. com/dokuwiki/doku.php?id=lubrication_regimes

            [2] "Indianapolis 500 automobile race" Encyclopædia Britannica. Retrieved from https://www.britannica.com/sports/Indianapolis-500

            [3] Dmitri Kopeliovich, “Bearing Materials for Race Engines” SubsTech (Substances & Technologies). Retrieved from http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=bearing_materials_for_race_engines

            [4] Dmitri Kopeliovich, “EccentriX™ Optimal Eccentricity for High Performance Bearings” SubsTech (Substances & Technologies). Retrieved from

            www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=eccentrix_optimal_eccentricity_for_high_performance_bearings



            Др. Дмитрий Копелиович

            испытания на износ" на сайте компании Механика по ремонту автомобилей

            Жизненный путь вкладышей подшипников коленчатых валов двигателя внутреннего сгорания может быть очень тернистым. Как правило, к их подбору подходят удручающе рутинно, а ремонтники относятся к ним как к расходному материалу. Чаще всего на вкладыши обращают внимание в связи с их конструкцией, зазорами в подшипниках и теорией подачи масла. Но как только двигатель обкатан и запущен в работу, внимание сразу переключается на другие проблемы…

            Сегодня порассуждаем о том, насколько конструкция вкладыша, его покрытие и масло, которые выбираются, могут иметь драматичные последствия для его жизни.

            Инженеры компании King Bearings во главе с доктором Дмитрием Копелиовичем, ведущим специалистом по конструкции и технологии вкладышей подшипников двигателя, недавно разработали новый вид шатунных и коренных вкладышей, получивших название pMaxBlack. Новинка создана из инновационных материалов с тем, чтобы вкладыш оставался всё еще достаточно «мягким» для работы в двигателе с высокой удельной мощностью, но одновременно обеспечивал повышенные усталостную прочность и несущую способность. Каких-либо подробностей о своей новой разработке King, естественно, не сообщает, но очевидно, что найден способ сделать вкладыш прочнее, чтобы он выдерживал повышенное давление в форсированном двигателе, но при этом оставался достаточно «мягким» – для должного выполнения своих функций.  

            Немного теории

            Триметаллические вкладыши, предназначенные для гоночных или форсированных двигателей, изначально сделаны «мягкими», так как если под большой нагрузкой шейка вала деформируется, или гнется сам коленвал, шейка может коснуться поверхности вкладыша. Если вкладыш достаточно «мягкий», то он просто слегка изнашивается со временем. К сожалению, при холодных запусках двигателя этот износ вкладышей становится критичным, так как шейка вала делает несколько оборотов «насухую» прежде чем между вкладышем и шейкой образуется надежный несущий масляный клин. Поэтому можно часто видеть, как гоночные команды заполняют систему смазки двигателя маслом под давлением непосредственно перед холодным пуском.

             

            В новом вкладыше pMaxBlack производства King твердость верхнего слоя вкладыша увеличена на 24%, при увеличении усталостной прочности на 17%! А покрытие pMaxKote делает такие вкладыши еще более износостойкими.

            Материал вкладыша King на основе алюминиевого сплава (вкладыши с индексом HP) применяется в двигателях с очень высокой нагрузкой. По словам Рона Следжа из King Bearings: «… продолжительность нагрузки определяет, какой вкладыш надо использовать – HP, XP или XPC. Вкладыш типа HP выдерживает очень высокую нагрузку, но сравнительно недолго (например, в гонках дрегстеров – на максимальное ускорение), в то время как вкладыши типа XP или XPC гораздо лучше ведут себя в длительных кольцевых или внедорожных гонках».

            Преимущество вкладыша типа HP состоит в том, что он лучше выдерживает работу при наличии загрязнений или отклонений коленвала, чем вкладыши XP или XPC, из-за большей толщины алюминиевого антифрикционного слоя – 0,30 мм. Меж тем толщина баббитового верхнего слоя на вкладыше типа XP/ХРС составляет всего лишь 0,013 мм. Столь тонкий слой легко повреждается различными загрязнениями, а также «кривыми» шейками коленвала.

            Твердость вкладыша

            Вид материала вкладыша

            Показатели твердости

            Алюминий

            40 HV

            Триметалл

            11…14 HV

            pMaxBlack

            18 HV

            pMaxKote

            ~40 HV

             

            Идти в ногу с технологией

            Двигатели современных дорожных автомобилей сейчас часто имеют бо́льшую литровую мощность Nл, чем чисто гоночные моторы всего два десятилетия назад. А механики-ремонтники, естественно, ожидают, чтобы вкладыши, поставляемые в запчасти, соответствовали степени форсировки подобных двигателей. Именно для этого King Bearings разработал вкладыши типа pMax Black.

            Забегая вперед, можно сказать: King разработал и особое покрытие для такого вкладыша, названное pMaxKote. Этой маркировкой компания обозначает «нанокомпозитное полимерное покрытие». По словам Следжа, термин «нанокомпозитный» означает лишь то, что покрытие выполнено из наноматериалов на полимерной основе. Новое покрытие, толщиной всего 0,005 мм, наносится прямо на поверхность верхнего слоя pMaxBlack, причем толщина вкладыша остается неизменной, поскольку King пропорционально уменьшил толщину промежуточной медной подложки. Неизменная толщина вкладышей позволяет сохранять те же монтажные/масляные зазоры в подшипниках коленвала, что и прежде. Покрытие pMaxBlack защищает вкладыш от небольшой перегрузки и обеспечивает износостойкость – даже когда происходит непосредственный контакт вкладыша с шейкой коленвала.

            Вот что происходит, когда шатунный вкладыш недолго работает при максимальной нагрузке и с недостатком смазки. Шатунные вкладыши выходят из строя чаще коренных, так как они сильнее нагружены и масло к ним подается в последнюю очередь.

            Проверить испытаниями

            На словах всё кажется прекрасным, однако, как новое покрытие будет функционировать в реальной жизни?

            И King решил проверить свои разработки в сотрудничестве с компаниями Driven Racing Oils и Shaver Specialties, использовав V-образный восьмицилиндровый двигатель Chevrolet, рабочим объемом 6,3 л и относительно небольшой мощностью – 440 л.с., установив его на динамометрический стенд. Программа испытаний была составлена таким образом, чтобы создать явную перегрузку шатунных и коренных вкладышей. Для получения необходимых исходных данных в двигатель поочередно устанавливали комплекты вкладышей King типа XP и триметаллических. Для испытаний мотор заправляли моторными маслами на минеральной и синтетической основе, но с одинаковой вязкостью – 5W-20, производства Driven Racing Oils.

            Это пример листа отчета, сформированного компанией SPEEDiagnostix. Любые отклонения от допусков немедленно выделяются желтым или красным цветом. Если все в порядке, символы отмечаются зеленым цветом.

            Столь низкая вязкость масла была выбрана сознательно, с тем, чтобы изначально уменьшить толщину масляной пленки в подшипниках и увеличить возможность непосредственного контакта и износа вкладышей.

            Чтобы получить максимально точные результаты, специалисты Driven Racing Oils промывали систему смазки после каждого из четырех испытательных циклов. Промывка включала слив «рабочего» масла, замену масляного фильтра Wix и заправку «обкаточным» маслом (BR30, производства Driven), после чего двигатель работал в течение 30 минут, в том числе дважды включалась полная мощность. Затем промывочное масло сливалось, фильтр менялся, и двигатель заправлялся свежим маслом. Та же самая процедура повторялась и при смене вкладышей.

             

            На этом фото справа – шатунный вкладыш XP без покрытия после работы под нагрузкой более трех часов, с использованием масла 5w20, без присадок. Такая же проверка была проведена для вкладышей XP pMaxBlack – на фото слева. Снижение износа очевидно.

            В сопроводительной диаграмме также перечислены присадки, которые добавлялись в базовое масло. Цинк и фосфор (ZDDP) – противоизносные присадки. Молибден и бор – присадки, снижающие трение, а кальций – моющая присадка.

            Первый цикл испытаний проводился со вкладышами типа XP и с минеральным маслом. Затем первый комплект вкладышей XP был сменен вторым аналогичным комплектом. На этот раз двигатель заправили синтетическим маслом 5w20. Третий цикл испытаний включал в себя установку нового комплекта шатунных и коренных вкладышей pMaxKote и заправку двигателя традиционным минеральным маслом 5w20. Четвертая, и последняя проба была выполнена с другим комплектом вкладышей pMaxKote, но на этот раз с синтетическим маслом.

            Это пять нижних коренных XP-вкладышей без покрытия после тестовой работы на обычном минеральном масле. Налицо значительный износ.

            Критерием оценки каждого испытания было сравнение степени износа деталей двигателя по содержанию различных металлов (в ppm – «частиц на миллион») в моторном масле, слитом после каждого испытания. Спектрометрический анализ выполняла компания SPEEDiagnostix.

            Лучший способ испытания вкладышей для их максимального нагружения заключался в том, чтобы заставить работать вышеназванный двигатель Chevy на низких оборотах, но при высокой нагрузке. Динамометрический стенд SuperFlow периодически «тормозил» работающую на полную мощность, шестилитровую «восьмерку» Chevy до 1450 об/мин, а затем вновь позволял ей разогнаться до максимальных оборотов. И так 14 раз на протяжении трех часов и пятнадцати минут, в каждом из четырех циклов испытаний. При этом тщательно отслеживались температуры масла и воды.

            Такие испытания лучше всего подходят для проверки долговечности вкладышей. В приложенных таблицах мы показываем результаты. Наиболее важными элементами, показывающими износ, являются железо, медь, свинец, олово и алюминий. Как стандартные, так и триметаллические вкладыши King сделаны главным образом из меди, олова и свинца, поэтому их содержание в слитом масле указывает на износ самого вкладыша. Алюминий попадает в масло в основном с поршней, а железо – со стенок цилиндров.

            И хотя измеренное количество (ppm) примесей относительно невелико, различия между каждым циклом испытаний выглядят убедительно. Начнем с объяснения каждой категории в листе результатов. Тип масла – минеральное или синтетическое. Тип вкладыша означает, есть ли на вкладышах покрытие или нет. Индекс вязкости масла указывает, насколько вязкость масла меняется в широком диапазоне температур. Чем выше число, тем меньше «разжижается» масло с ростом температуры.

             

            Эти испытания потребовали многократного демонтажа двигателя для замены всех вкладышей, но результаты стоили того. Для экономии времени моторист заменял коренные вкладыши, не вынимая коленвала. Он ослаблял все крышки коренных подшипников и осторожно устанавливал новые вкладыши, проворачивая вал и выталкивая старый вкладыш.

            Обратите также внимание, что мы указали в таблице каждый элемент присадок в масло, что показывает идентичность пакета присадок как для минерального, так и для синтетического масел. Это значит, что любое уменьшение продуктов износа (при сравнении масел) должно быть связано с качеством базового масла, а не с присадками.

            Таким образом, результаты показывают, что сочетание вкладыша pMaxKote производства King Bearings и синтетического масла является прекрасным способом радикально уменьшить износ деталей в двигателе. Как можно видеть, общая величина износа в 35 ppm (полученная сложением показателей износа каждого отдельного элемента), при использовании обычного вкладыша и «минералки», была уменьшена на 74% при использовании высококачественного синтетического масла и вкладышей pMaxKote.

            Простая установка вкладышей с покрытием, при использовании минерального масла, также дало значительное улучшение, сократив общий показатель износа с 36 до 21 ppm, что равносильно увеличению износостойкости на 40%. Это стоит учитывать при сравнении соотношения расходов и долговечности, так как вкладыши King с покрытием дороже обычных.

            В таблице результатов видно несколько большее, чем ожидалось при применении синтетического масла, содержание свинца в третьем цикле испытаний (с вкладышами без покрытия и синтетическим маслом). Свинец – основной металл в верхнем слое триметаллического вкладыша (свинцовистый баббит), поэтому, возможно, его износ и был несколько выше, чем с «минералкой». Несмотря на то, что испытания всеми силами делались как можно более стантартизованными, остается масса возможностей, за счет которых могло возникнуть это повышенное число. Но суммарный показатель количества продуктов износа все же был ниже, чем у вкладышей без покрытия с минеральным маслом.

            Двигатель Chevy, объемом 6,3 л., пережил множество этапов испытаний, но до сих пор уверенно работает.

            Результаты испытаний

            Статья подготовлена по материалам с сайта www.enginelabs.com

            ХОТИТЕ СТАТЬ АВТОРОМ?

            Пришлите свою статью


            Установка стержня и главного подшипника

            с подшипниками King Engine

            Сборка двигателя

            - один из тех процессов, который по понятным причинам пугает большинство энтузиастов DIY-типа, и не зря. Вы собираете воедино сердце своего двигателя, компоненты которого вращаются сотни раз в секунду , при этом подшипники двигателя и другие зазоры измеряются с точностью до тысячных, а в некоторых случаях даже десятых долей дюйма! Излишне говорить, что здесь первостепенное значение имеют точность и терпение.

            При установке подшипников главного двигателя и шатунных подшипников соблюдение правильных процедур снизит чрезмерный износ и трение, чтобы гарантировать долгую и здоровую жизнь вращающегося узла вашего двигателя. Для тех из вас, кто делает все возможное, чтобы сделать это самостоятельно или кому просто интересно узнать больше о том, что при этом происходит, компания King Engine Bearings создала простое двенадцатиступенчатое руководство по установке стержня и коренных подшипников!

            В этой статье мы рассмотрим несколько основных шагов, описанных в руководстве King Bearing, и немного углубимся в каждую тему.

            Подходящие крышки

            Один из наиболее важных шагов (и первый, упомянутый в руководстве), важность которого многие энтузиасты могут даже не осознавать, - это убедиться, что каждый шатун и крышка коренного подшипника правильно идентифицированы по положению и ориентации.

            Это связано с тем, что каждая крышка идеально обработана, чтобы соответствовать сопрягаемой поверхности блока, а также форме самого отверстия подшипника. Если не принять надлежащих мер предосторожности для идентификации каждой крышки, чтобы убедиться, что они не перепутались, произойдет чрезмерный износ подшипников и шейки и, возможно, даже серьезное повреждение двигателя.

            Поддержание чистоты

            Поддержание чистоты поверхностей, таких как коленчатый вал, сопрягаемые поверхности блока цилиндров и шейки, также чрезвычайно важно для долговечности двигателя. King рекомендует сначала использовать проволочную щетку для очистки масляных каналов и удаления любого осадка или мусора, которые накопились с течением времени, а затем очистить каждый компонент в горячей мыльной воде. После того, как деталь будет тщательно очищена, просто высушите деталь сжатым воздухом и удалите остатки мусора.

            Невыполнение очистки этих компонентов, вероятно, приведет к тому, что отстой и мусор будут смещаться во время снятия или установки, задирать поверхности подшипников и цапф и забивать соленоиды или масляные каналы, что приведет к повреждению или чрезмерному износу, связанными с масляным голоданием, при следующем запуске двигателя.

            Затяжка колпачков и проверка люфта

            Очистив и правильно смазав все компоненты, поместите коленчатый вал на верхние главные подшипники, установите главные крышки на место (убедившись, что каждая крышка вернулась в правильное положение и ориентацию), затем слегка постучите по крышке, чтобы она встала на место. до полной фиксации и затягивайте только что очищенные застежки только от руки.

            Чтобы выровнять упорный подшипник (который используется для ограничения осевого люфта), используйте монтировку или резиновый молоток, чтобы перемещать кривошип вперед и назад, чтобы он оказался в крайнем переднем положении; затем, начиная с центральной главной крышки и продвигаясь оттуда, осторожно начните затягивать каждую застежку крышки с нагрузкой, указанной производителем. При правильной установке коленчатый вал должен по-прежнему свободно вращаться после затяжки каждой крышки.

            Перед установкой шатунов проверка того, что осевой люфт коленчатого вала (осевой зазор) находится в пределах допуска, является одним из последних и наиболее важных шагов в закреплении вашего вращающегося узла.

            Неспособность проверить осевой люфт может привести к целому ряду проблем - будет оставлено слишком мало места для расширения металлов при нагревании, что приведет к повышению температуры масляной пленки, полному отсутствию смазки в целом или даже заедание самой рукоятки; слишком свободно, и коленчатый вал будет буквально подпрыгивать, вызывая проблемы с синхронизацией и чрезмерный износ подшипников и коленчатого вала.

            Опять же, установив коленчатый вал в крайнее переднее положение, установите циферблатный индикатор на торце коленчатого вала и обнулите его.Если у вас есть алюминиевый блок, просто прикрутите небольшую стальную пластину где-нибудь в пределах досягаемости к блоку, чтобы на нее можно было установить магнитное основание циферблатного индикатора. Затем, используя монтировку или резиновый молоток, поверните коленчатый вал в другом направлении до упора, а затем снимите показания шкалы.

            Люфт в конце от 0,002 до 0,008 дюйма обычно является предпочтительным для большинства приложений, но это значение может быть больше или меньше в зависимости от специфики вашей сборки, приложения и того, как оно будет работать.Поэтому не забудьте сверить свои показания с заводским руководством по обслуживанию или производителем коленчатого вала для справки.

            Полное руководство из двенадцати шагов, а также ряд других технических описаний, связанных с подшипниками двигателя, можно найти в полном техническом репозитории на веб-сайте King Engine Bearing.

            Смазочные характеристики шатуна и главного подшипника в различных условиях эксплуатации двигателя | Китайский журнал машиностроения

            Метод и формула

            Орбиты оси шейки всех подшипников рассчитываются динамическим методом при анализе смазки всех шатунных или коренных подшипников [32].{3} \ frac {\ partial p} {\ partial y}} \ right) = 6 \ eta R_ \ text {b} \ left ({u \ frac {\ partial h} {\ partial \ theta} + 2R_ \ текст {b} \ frac {\ partial h} {\ partial t}} \ right), $$

            (1)

            где p - давление масляной пленки, h - толщина масляной пленки, η - динамическая вязкость смазочного масла, u = u j + u b , u j - скорость поверхности шейки, а u j = R j ω j , R j - радиус шейки, ω j - угловая скорость журнала, у б есть скорость несущей поверхности и у б = R б ω б , R б радиус подшипника, ω b - угловая скорость подшипника.

            Уравнение Рейнольдса решается методом конечных разностей.

            Толщина масляной пленки [34]

            $$ h = c + e \ cos (\ theta - \ psi) + \ delta, $$

            (2)

            где c - радиальный зазор подшипника, e - эксцентрическое расстояние подшипника цапфы, ψ - угол наклона подшипника, δ - изменение толщины масляной пленки, вызванное упругой деформацией втулки. поверхность подшипника под давлением масляной пленки, а упругая деформация поверхности втулки подшипника под давлением масляной пленки рассчитывается методом матрицы податливости.

            Уравнение равновесия нагрузки

            Если влияние инерции масляной пленки не учитывается, движение осей шейки подшипника соответствует второму закону Ньютона, то есть

            $$ \ varvec {P} + \ varvec { F} = m _ {\ text {j}} \ frac {{{\ text {d}} \ varvec {v}}} {{{\ text {d}} t}}, $$

            (3)

            , где P - вектор нагрузки подшипника, F - результирующий вектор силы масляной пленки подшипника, v - вектор скорости осей шейки. {2 \ pi} {\ left ({\ frac {h} {2} \ frac {\ partial p} {{R_ \ text {j} \ partial \ theta}} + \ frac {u \ eta} {h}} \ right) R_ \ text {j} \ text {d} \ theta \ text {d} y}}.{720} {(F_ \ text {j}) _ {i} u} /720.$$

            (6)

            Результаты и обсуждение

            Орбиты осей шейки, максимальное давление масляной пленки, минимальная толщина масляной пленки, расход концевых утечек и коэффициенты трения шатунного подшипника и коренного подшипника № 2 в рабочем цикле двигателя при полной нагрузке двигателя при 1200 об / мин и 3200 об / мин показаны на рисунках 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14. В различных условиях работы двигателя есть большие различия в смазочных характеристиках подшипников, и есть очевидные различия в изменениях и числовых значениях орбит осей шейки, максимальном давлении масляной пленки, минимальной толщине масляной пленки, расходах утечки на конце и коэффициентах трения подшипников в рабочем цикле двигателя.

            Рисунок 5

            Орбита шейки шатуна

            Рисунок 6

            Орбита оси шейки коренного подшипника № 2

            Рисунок 7

            Максимальное давление масляной пленки шатунного подшипника

            Рисунок 8

            Максимальное давление масляной пленки коренного подшипника № 2

            Рисунок 9

            Минимальная толщина масляной пленки шатунного подшипника

            Рисунок 10

            Минимальная толщина масляной пленки коренного подшипника № 2

            Рисунок 11

            Расход утечки на конце шатунного подшипника

            Рисунок 12

            Расход конечной утечки №2 коренных подшипника

            Рисунок 13

            Коэффициент трения шатунного подшипника

            Рисунок 14

            Коэффициент трения коренного подшипника № 2

            Максимальное давление масляной пленки, минимальная толщина масляной пленки и средние потери мощности на трение шатунного подшипника и всех коренных подшипников в рабочем цикле двигателя при полной нагрузке двигателя и при 1200, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2800 и 3200 об / мин соответственно показаны в таблицах 4, 5, 6.

            Таблица 4 Максимальные давления пленки шатунного подшипника и коренных подшипников при полной нагрузке и различной скорости Таблица 5 Минимальная толщина пленки шатунного подшипника и коренных подшипников при полной нагрузке и различной скорости Таблица 6 Средние потери мощности на трение шатунного подшипника и коренных подшипников при полной нагрузке и различной частоте вращения

            При одинаковой нагрузке на двигатель максимальное давление масляной пленки шатунного подшипника в рабочем цикле двигателя обычно снижается с увеличением частоты вращения двигателя, а максимальное давление масляной пленки (372.52 МПа) шатунного подшипника при 1200 об / мин в 4,02 раза больше, чем (92,74 МПа) при 3200 об / мин, что показывает, что максимальное давление масляной пленки шатунного подшипника при более низких оборотах двигателя заметно больше, чем на более высоких оборотах двигателя при той же нагрузке двигателя. Основная причина, по которой максимальное давление масляной пленки в шатунном подшипнике при более низких оборотах двигателя больше, чем при более высоких оборотах двигателя при той же нагрузке двигателя, заключается в том, что при одинаковой нагрузке на двигатель максимальная нагрузка на шатун составляет уменьшается в основном с увеличением оборотов двигателя, а максимальная нагрузка на шатун при 1200 об / мин заметно больше, чем при 3200 об / мин.

            При одинаковой нагрузке на двигатель изменения максимального давления масляной пленки всех коренных подшипников в рабочем цикле двигателя отличаются друг от друга при изменении частоты вращения двигателя. Максимальное давление масляной пленки коренных подшипников № 1 и № 5 не претерпевает явных изменений при разных оборотах двигателя, максимальное давление масляной пленки коренных подшипников № 2 и № 4 больше при более низких оборотах двигателя, а максимальное давление. Давление масляной пленки коренных подшипников № 3 больше при более высоких оборотах двигателя.

            При одинаковой нагрузке на двигатель минимальная толщина масляной пленки шатунного подшипника и всех основных подшипников в рабочем цикле двигателя не меняются одинаково при изменении частоты вращения двигателя. Минимальная толщина масляной пленки шатунного подшипника и всех коренных подшипников в рабочем цикле двигателя при более высоких оборотах двигателя (3200 об / мин), как правило, меньше в дополнение к индивидуальным обстоятельствам.

            При одинаковой нагрузке на двигатель средние потери мощности на трение шатунного подшипника и всех коренных подшипников увеличиваются с увеличением частоты вращения двигателя, а средние потери мощности на трение в шатунном подшипнике и всех коренных подшипниках являются наибольшими при более высокая частота вращения двигателя (3200 об / мин).

            Максимальное давление масляной пленки, минимальная толщина масляной пленки и средние потери мощности на трение шатунного подшипника и всех коренных подшипников в рабочем цикле двигателя при 2200 об / мин при 20%, 40%, 60%, 80% и полном Нагрузки на двигатель приведены в таблицах 7, 8, 9.

            Таблица 7 Максимальное давление пленки шатунного подшипника и коренных подшипников при 2200 об / мин и разном проценте нагрузки Таблица 8 Минимальная толщина пленки шатунного подшипника и коренных подшипников при 2200 об / мин и разном проценте нагрузки Таблица 9 Средние потери мощности на трение шатунного подшипника и коренных подшипников при 2200 об / мин и разном проценте нагрузки

            При одинаковых оборотах двигателя максимальное давление масляной пленки шатунного подшипника и всех основных подшипников в рабочем цикле двигателя обычно увеличивается с увеличением нагрузки на двигатель, но максимальное значение максимального давления масляной пленки, равное No.3 коренной подшипник появляется при меньшей нагрузке двигателя (40%).

            При одинаковых оборотах двигателя минимальная толщина масляной пленки шатунного подшипника уменьшается с увеличением нагрузки двигателя, а максимальное значение появляется при полной нагрузке двигателя (100%). Минимальная толщина масляной пленки всех коренных подшипников не изменяется одинаково с изменением нагрузки двигателя, минимальные значения минимальной толщины масляной пленки коренных подшипников №№ 1, 4, 5 появляются при полной нагрузке двигателя (100 %), а также минимальные значения минимальной толщины масляной пленки №№.2, 3 коренных подшипника появляются при меньшей нагрузке на двигатель.

            Когда частота вращения двигателя одинакова, средние потери мощности на трение шатунного подшипника и всех основных подшипников в рабочем цикле двигателя, очевидно, не изменяются с изменением нагрузки двигателя. Средние потери мощности на трение шатунного подшипника и всех коренных подшипников в рабочем цикле двигателя обычно немного увеличиваются с увеличением нагрузки двигателя в дополнение к отдельным нагрузкам двигателя.

            Кроме того, соответствующие сравнения между характеристиками смазки шатунного подшипника и одним из основных подшипников при одинаковых рабочих условиях двигателя (показаны в таблицах 4, 5, 6, 7, 8, 9) показывают, что максимальное количество масла Давление пленки шатунного подшипника в рабочем цикле двигателя больше, чем у всех коренных подшипников, минимальная толщина масляной пленки шатунного подшипника в рабочем цикле двигателя меньше, чем у всех коренных подшипников, а средняя сила трения потери шатунного подшипника в рабочем цикле двигателя меньше, чем у всех коренных подшипников. Кроме того, существует соответствующая разница между характеристиками смазки (максимальное давление масляной пленки, минимальная толщина масляной пленки и средняя потеря мощности на трение в рабочем цикле двигателя) всех основных подшипников друг друга при одинаковых условиях работы двигателя, а некоторая разница больше .

            Что такое смазка Straight-Shot

            Смазка является источником жизненной силы любого высокопроизводительного двигателя. Это особенно верно для вращающегося узла, который поглощает давление сгорания в несколько тысяч фунтов и преобразует его из возвратно-поступательного движения во вращательное движение для привода транспортного средства.В этих суровых условиях большую роль играет прямая смазка. Вот почему.

            Коренные подшипники и шатунные подшипники должны постоянно снабжаться свежим чистым моторным маслом для правильного выполнения своей работы. Меньшее означает мгновенный катастрофический отказ двигателя. Производители двигателей прилагают значительные усилия для обеспечения стабильной подачи холодного неаэрированного моторного масла на штоки и сеть высокопроизводительных или гоночных двигателей.

            Поддержание гоночного двигателя в рабочем состоянии требует соответствующей смазки! Шатуны и коренные подшипники, некоторые из наиболее нагруженных компонентов двигателя, не могут жить без надлежащего давления масла даже на короткое время.

            Отличительной чертой всех послепродажных высокопроизводительных и гоночных блоков цилиндров является приоритетная основная система смазки. Основная система приоритета обеспечивает прямой масляный канал от главной масляной галереи к каждому коренному подшипнику. Это гарантирует, что коренные подшипники, а затем и стержневые подшипники будут смазаны до того, как начнется смазка верхней части. После того, как сеть смазана надлежащим образом, через дополнительные каналы в коленчатом вале масло направляется к подшипникам штока, где происходит реальное сгорание.Вот здесь-то и проявляется преимущество смазывания прямой струей масла.

            В том же смысле, что приоритетная основная смазка обеспечивает прямую подачу масла в сеть, прямая смазка коленчатого вала обеспечивает прямую подачу масла из магистрали в подшипники штока, поэтому они никогда не испытывают недостатка масла. Так было не всегда. В пятидесятые и шестидесятые годы гонщики считали, что просверливание дополнительного отверстия прямо в шейках коренных подшипников лучше смазывает подшипники, но они забыли о стержневых подшипниках.Вероятно, это произошло из-за ошибочных усилий по устранению проблемы с смазкой, вызванной неправильными зазорами, масляными насосами большого объема или подшипниками, которые изначально не были рассчитаны на нагрузку в гоночных условиях. Это вызвало всевозможные проблемы нижнего уровня.

            Сварочный стержень, проходящий через шейки, показывает прямой путь от основной шейки до шейки стержня.

            По словам Майка Скина из K1 Technologies, «более высокие обороты двигателя выявили недостатки в практике поперечного сверления коленчатых валов из-за повышенных центробежных сил, которые масло должно преодолевать, чтобы достичь подшипников штока.”

            Эта модификация особо не повлияла на нормальные обороты двигателя, но было быстро обнаружено, что более высокие обороты двигателя заставляли кривошип с перфорированным отверстием фактически центрифугировать масло с поверхности смазки основной шейки, не давая ему свободно течь к шейкам штока. Ранние масляные насосы не создавали давления, достаточного для преодоления эффекта центрифуги, и шток подшипника страдал от последствий. Отказы шатунов и коленчатого вала были быстро объяснены этой проблемой, но некоторые производители все еще применяли шатуны для поперечного сверления и в семидесятые годы, и, что еще хуже, некоторые люди все еще верят в эту идею.

            Ранее в кривошипах с поперечным отверстием использовались питающие отверстия, просверленные полностью через коренные шейки, а в некоторых случаях также и в шейках штока. Угловой проход просверливается от шатуна к основному прямо по средней линии кривошипа. При более высоких оборотах двигателя масло центрифугируется к внешней части главной шейки, насос не может создать давление, достаточное для заполнения централизованного прохода к шейке штока. Повышенное давление масла и больший объем не могут справиться с центробежным эффектом, и подшипники штока выйдут из строя из-за недостаточной смазки именно там, где это больше всего необходимо. Майк Скин сказал нам: «Во всех высокопроизводительных двигателях должен использоваться коленчатый вал с прямой смазкой».

            На этом виде показано, как каждая основная цапфа питает соседнюю цапфу стержня по обе стороны от нее.

            Все современные высокопроизводительные и гоночные коленчатые валы включают в себя стратегию «прямой смазки». Подшипники штока получают смазку под полным давлением через прямой канал от сети непосредственно к шейкам штанги, а основные шейки не имеют поперечных отверстий. На прилагаемой фотографии показано, как это работает, если вставить кусок сварочного стержня через проход от основной шейки к шейке стержня.Канал для смазки представляет собой прямой проход, и, поскольку кривошип не имеет поперечных отверстий, масло вынуждено следовать по прямому пути к шейкам штока.

            Если вы изобразите шток и коренные шейки с торца, вы можете связать поток масла с тем, где синхронизируются каналы. Когда ход кривошипа установлен на двенадцать часов, масло поступает в коренной подшипник между шестью и девятью часами в зависимости от размера шейки и длины хода. Масляный канал прямого выстрела смещен от центра и направляется непосредственно к ходу штока.Он выходит примерно за два часа до точки максимальной загрузки. Следовательно, частота вращения двигателя не оказывает отрицательного влияния на подачу масла к шейке штока, и штоки получают такую ​​же жизненно важную смазку, как и сеть.

            Масло подается в каждую из основных шейек через проходы в блоке. После смазки магистрали давление масла направляется через прямую смазку на каждую шейку штока.

            Изготовители двигателей Sharp всегда используют трюк со сварочным стержнем, чтобы проверить прямые смазочные каналы на каждом коленчатом валу, который они используют.Все коленчатые валы K1 Technologies имеют прямую смазку, но хорошей практикой в ​​двигателестроении является проверка и повторная очистка всех каналов щеткой для масляных каналов с жесткой щетиной. Это гарантирует безошибочную сборку системы смазки. Оглядываясь назад, вы видите, что приоритетная основная смазка и прямая смазка - это две отдельные функции, разработанные для совместной работы, чтобы обеспечить идеальную смазочную среду для оптимального смазывания двигателя. Майк Скин подтверждает это: «Коленчатые валы, спроектированные с прямой смазкой, обеспечивают адекватную смазку подшипников штока без использования системы смазки с сухим картером под высоким давлением.”

            Коленчатый вал поддерживается очень тонкой пленкой масла на подшипниках типа баббит, подобных этим. Небольшое количество масляной пленки требует идеального давления масла, чтобы шатун выжил.

            Многие производители двигателей начинают склоняться к уменьшению зазоров. Это означает, что минимальная масляная пленка на шейках стержней должна иметь полное давление позади себя, чтобы поддерживать полную смазку при поглощаемых ею сильных толчках. Они также переходят на синтетические и легкие масла, для чего требуется оптимальная целостность масляной пленки на каждой шейке стержня.Прямое смазывание - это решение, которое доступно для всех современных коленчатых валов, таких как K1 Technologies.

            Подшипник двигателя - работа, признаки неисправности, причины и профилактика

            Подшипник двигателя - работа, признаки неисправности, причины и меры по предотвращению

            Подшипник двигателя небольшой и относительно; недорогой компонент двигателей внутреннего сгорания.

            Однако выход из строя подшипника двигателя обычно приводит к: серьезный ремонт двигателя.

            Чаще всего, включая его разборку; переточка коленвала и замена подшипника двигателя.

            Пока есть постоянный поток чистого масла; подшипник двигателя обычно служит долго. Но, если масло грязное или если подача отключена; вот тогда и начинаются проблемы. Вот почему смазка подшипников так важна. Со второго поворота двигатель, пока он не заглохнет. А также выявление первопричины выхода из строя подшипника; имеет решающее значение для предотвращения повторного сбоя.

            Иногда сбои являются результатом простых ошибок установки.

            Как работают подшипники двигателя

            Масляная пленка подшипника двигателя Иллюстрация
            Хотя, на первый взгляд, подшипник двигателя не так много; это настоящее чудо инженерной мысли. Для всех подшипников двигателя используется масляная пленка, которая разделяет валы и поверхности подшипников:
            • В состоянии покоя вал и подшипник всегда в контакте.
            • При запуске вал на короткое время касается подшипника.
            • Ходовая , вал вытягивает масло из зазора; в клиновидную область между валом и подшипником.

            Этот клин масла поднимает вал с поверхностью подшипника и поддерживает ее во время работы двигателя. Следовательно, при нормальных условиях эксплуатации и постоянной подаче чистого масла; вал и опорные поверхности останутся разделенными.

            Свойства, необходимые для материалов подшипников двигателя:

            • Усталостная прочность (грузоподъемность)
            • Устойчивость к схватыванию (совместимость)
            • Износостойкость
            • Соответствие
            • Встраиваемость
            • Коррозионная стойкость
            • Устойчивость к кавитации

            Общие подшипники двигателя, используемые в двигателях:

            Коренные подшипники

            Большинство двигателей имеют как минимум два коренных подшипника. По одному на каждом конце коленчатого вала. Коренные подшипники поддерживают коленчатый вал в блоке цилиндров. Коренной подшипник состоит из двух частей. Верхний и нижний. Верхняя часть коренного подшипника обычно имеет масляную канавку на внутренней поверхности.

            В нижней части коренного подшипника имеется отверстие для прохождения масла; к подающим отверстиям в коленчатом валу. Наконец, некоторые коренные подшипники могут иметь упорные элементы; поддерживая осевые нагрузки и предотвращая перемещения по оси коленчатого вала.

            Подшипники шатуна

            Подшипники шатуна устанавливаются в большой конец шатуна.Подшипник состоит из двух частей (обычно взаимозаменяемых). Подшипники шатуна обеспечивают вращательное движение шейки кривошипа; внутри шатуна.

            Втулки шатуна

            Малые концевые втулки обеспечивают относительное движение поршня. Относительно шатуна, соединенного с поршнем.

            Подшипники распредвала

            Подшипники распределительного вала поддерживают распределительный вал в двигателе и позволяют ему вращаться.


            Итак, правильный выбор подшипников будет иметь большое значение для успешного восстановления двигателя.Кроме того, рекомендуется проверить старые подшипники; перед началом любой новой перестройки или ремонта. Потому что они рассказывают историю и помогают найти исходную проблему.

            Изношенные подшипники двигателя

            Итак, определение первопричины отказа подшипника; имеет решающее значение для предотвращения повторения сбоя. Простая замена подшипников не устранит следующие факторы: привело к провалу. Важно отметить, что во многих случаях происходит преждевременный выход подшипников из строя; происходит из-за сочетания причин.Одна из частых причин - неправильный зазор подшипника. Так что, если не найти первопричину, отказ подшипника может повториться.

            Признаки неисправности - причины и профилактика

            Потому что производители подшипников проделывают огромную работу по их производству; у них всегда будет самая лучшая информация. Мы позволим им говорить за себя. Поскольку у их инженеров есть вся необходимая информация. Итак, вот список наиболее распространенных, которые мы нашли.

            Следующие примечания и иллюстрации помогут вам в диагностике и причинах неисправности подшипников:

            Clevite - Подшипники двигателя

            Clevite 77 - отказ подшипника

            King - Подшипники двигателя

            Mahle - Подшипники двигателя


            Отказ подшипника двигателя также может произойти в результате неправильной обработки или небрежной сборки.

            Коленчатый вал

            Иногда отказы являются результатом простых ошибок установки:

            • Если есть половина подшипника без масляного отверстия; неправильно поставлен в положение, где необходимо отверстие.
            • Когда шатун или крышка коренного подшипника; установлен в неправильном положении.
            • Если подшипник установлен ненадежно; смазка будет недостаточной и вызовет отказ.

            Другие причины выхода из строя подшипников двигателя:

            • Чрезмерный холостой ход может привести к образованию масляной пленки; которые не могут выдержать необходимую нагрузку.
            • Буксировка двигателя может деформировать картер и / или коленчатый вал; влияющие на шатун и / или коренные подшипники.
            • Чрезмерные нагрузки также могут повлиять на подшипники.

            Заключение

            Итак, подшипники старого двигателя могут многое рассказать о вашем двигателе. А также условия, которые могли способствовать их провалу. Все подшипники будут иметь некоторый износ. Но при более внимательном рассмотрении могут быть обнаружены царапины, протирание, грязь или; другой мусор, застрявший в поверхности подшипников.

            Наконец, воспользуйтесь ссылками выше, чтобы сравнить ваши старые подшипники с теми, что изображены на фотографиях. Следовательно, эта информация может помочь вам понять, почему оригинальные подшипники вышли из строя. В результате вы экономите время и деньги.

            Поделитесь новостями Danny’s Engineportal.com

            Смазочные характеристики шатуна и главного подшипника в различных рабочих условиях двигателя

            Метод и формулировка

            Орбиты оси шейки всех подшипников рассчитываются динамическим методом при анализе смазки всех шатунных или коренных подшипников [32] .{3} \ frac {\ partial p} {\ partial y}} \ right) = 6 \ eta R_ \ text {b} \ left ({u \ frac {\ partial h} {\ partial \ theta} + 2R_ \ текст {b} \ frac {\ partial h} {\ partial t}} \ right), $$

            (1)

            где p - давление масляной пленки, h - толщина масляной пленки, η - динамическая вязкость смазочного масла, u = u j + u b , u j - скорость поверхности шейки, а u j = R j ω j , R j - радиус шейки, ω j - угловая скорость журнала, у б есть скорость несущей поверхности и у б = R б ω б , R б радиус подшипника, ω b - угловая скорость подшипника.

            Уравнение Рейнольдса решается методом конечных разностей.

            Толщина масляной пленки [34]

            $$ h = c + e \ cos (\ theta - \ psi) + \ delta, $$

            (2)

            где c - радиальный зазор подшипника, e - эксцентрическое расстояние подшипника цапфы, ψ - угол наклона подшипника, δ - изменение толщины масляной пленки, вызванное упругой деформацией втулки. поверхность подшипника под давлением масляной пленки, а упругая деформация поверхности втулки подшипника под давлением масляной пленки рассчитывается методом матрицы податливости.

            Уравнение равновесия нагрузки

            Если влияние инерции масляной пленки не учитывается, движение осей шейки подшипника соответствует второму закону Ньютона, то есть

            $$ \ varvec {P} + \ varvec { F} = m _ {\ text {j}} \ frac {{{\ text {d}} \ varvec {v}}} {{{\ text {d}} t}}, $$

            (3)

            , где P - вектор нагрузки подшипника, F - результирующий вектор силы масляной пленки подшипника, v - вектор скорости осей шейки. {2 \ pi} {\ left ({\ frac {h} {2} \ frac {\ partial p} {{R_ \ text {j} \ partial \ theta}} + \ frac {u \ eta} {h}} \ right) R_ \ text {j} \ text {d} \ theta \ text {d} y}}.{720} {(F_ \ text {j}) _ {i} u} /720.$$

            (6)

            Результаты и обсуждение

            Орбиты осей шейки, максимальное давление масляной пленки, минимальная толщина масляной пленки, расход концевых утечек и коэффициенты трения шатунного подшипника и коренного подшипника № 2 в рабочем цикле двигателя при полной нагрузке двигателя при 1200 об / мин и 3200 об / мин показаны на рисунках 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14. В различных условиях работы двигателя есть большие различия в смазочных характеристиках подшипников, и есть очевидные различия в изменениях и числовых значениях орбит осей шейки, максимальном давлении масляной пленки, минимальной толщине масляной пленки, расходах утечки на конце и коэффициентах трения подшипников в рабочем цикле двигателя.

            Рисунок 5

            Орбита шейки шатуна

            Рисунок 6

            Орбита оси шейки коренного подшипника № 2

            Рисунок 7

            Максимальное давление масляной пленки шатунного подшипника

            Рисунок 8

            Максимальное давление масляной пленки коренного подшипника № 2

            Рисунок 9

            Минимальная толщина масляной пленки шатунного подшипника

            Рисунок 10

            Минимальная толщина масляной пленки коренного подшипника № 2

            Рисунок 11

            Расход утечки на конце шатунного подшипника

            Рисунок 12

            Расход конечной утечки №2 коренных подшипника

            Рисунок 13

            Коэффициент трения шатунного подшипника

            Рисунок 14

            Коэффициент трения коренного подшипника № 2

            Максимальное давление масляной пленки, минимальная толщина масляной пленки и средние потери мощности на трение шатунного подшипника и всех коренных подшипников в рабочем цикле двигателя при полной нагрузке двигателя и при 1200, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2800 и 3200 об / мин соответственно показаны в таблицах 4, 5, 6.

            Таблица 4 Максимальные давления пленки шатунного подшипника и коренных подшипников при полной нагрузке и различной скорости Таблица 5 Минимальная толщина пленки шатунного подшипника и коренных подшипников при полной нагрузке и различной скорости Таблица 6 Средние потери мощности на трение шатунного подшипника и коренных подшипников при полной нагрузке и различной частоте вращения

            При одинаковой нагрузке на двигатель максимальное давление масляной пленки шатунного подшипника в рабочем цикле двигателя обычно снижается с увеличением частоты вращения двигателя, а максимальное давление масляной пленки (372.52 МПа) шатунного подшипника при 1200 об / мин в 4,02 раза больше, чем (92,74 МПа) при 3200 об / мин, что показывает, что максимальное давление масляной пленки шатунного подшипника при более низких оборотах двигателя заметно больше, чем на более высоких оборотах двигателя при той же нагрузке двигателя. Основная причина, по которой максимальное давление масляной пленки в шатунном подшипнике при более низких оборотах двигателя больше, чем при более высоких оборотах двигателя при той же нагрузке двигателя, заключается в том, что при одинаковой нагрузке на двигатель максимальная нагрузка на шатун составляет уменьшается в основном с увеличением оборотов двигателя, а максимальная нагрузка на шатун при 1200 об / мин заметно больше, чем при 3200 об / мин.

            При одинаковой нагрузке на двигатель изменения максимального давления масляной пленки всех коренных подшипников в рабочем цикле двигателя отличаются друг от друга при изменении частоты вращения двигателя. Максимальное давление масляной пленки коренных подшипников № 1 и № 5 не претерпевает явных изменений при разных оборотах двигателя, максимальное давление масляной пленки коренных подшипников № 2 и № 4 больше при более низких оборотах двигателя, а максимальное давление. Давление масляной пленки коренных подшипников № 3 больше при более высоких оборотах двигателя.

            При одинаковой нагрузке на двигатель минимальная толщина масляной пленки шатунного подшипника и всех основных подшипников в рабочем цикле двигателя не меняются одинаково при изменении частоты вращения двигателя. Минимальная толщина масляной пленки шатунного подшипника и всех коренных подшипников в рабочем цикле двигателя при более высоких оборотах двигателя (3200 об / мин), как правило, меньше в дополнение к индивидуальным обстоятельствам.

            При одинаковой нагрузке на двигатель средние потери мощности на трение шатунного подшипника и всех коренных подшипников увеличиваются с увеличением частоты вращения двигателя, а средние потери мощности на трение в шатунном подшипнике и всех коренных подшипниках являются наибольшими при более высокая частота вращения двигателя (3200 об / мин).

            Максимальное давление масляной пленки, минимальная толщина масляной пленки и средние потери мощности на трение шатунного подшипника и всех коренных подшипников в рабочем цикле двигателя при 2200 об / мин при 20%, 40%, 60%, 80% и полном Нагрузки на двигатель приведены в таблицах 7, 8, 9.

            Таблица 7 Максимальное давление пленки шатунного подшипника и коренных подшипников при 2200 об / мин и разном проценте нагрузки Таблица 8 Минимальная толщина пленки шатунного подшипника и коренных подшипников при 2200 об / мин и разном проценте нагрузки Таблица 9 Средние потери мощности на трение шатунного подшипника и коренных подшипников при 2200 об / мин и разном проценте нагрузки

            При одинаковых оборотах двигателя максимальное давление масляной пленки шатунного подшипника и всех основных подшипников в рабочем цикле двигателя обычно увеличивается с увеличением нагрузки на двигатель, но максимальное значение максимального давления масляной пленки, равное No.3 коренной подшипник появляется при меньшей нагрузке двигателя (40%).

            При одинаковых оборотах двигателя минимальная толщина масляной пленки шатунного подшипника уменьшается с увеличением нагрузки двигателя, а максимальное значение появляется при полной нагрузке двигателя (100%). Минимальная толщина масляной пленки всех коренных подшипников не изменяется одинаково с изменением нагрузки двигателя, минимальные значения минимальной толщины масляной пленки коренных подшипников №№ 1, 4, 5 появляются при полной нагрузке двигателя (100 %), а также минимальные значения минимальной толщины масляной пленки №№.2, 3 коренных подшипника появляются при меньшей нагрузке на двигатель.

            Когда частота вращения двигателя одинакова, средние потери мощности на трение шатунного подшипника и всех основных подшипников в рабочем цикле двигателя, очевидно, не изменяются с изменением нагрузки двигателя. Средние потери мощности на трение шатунного подшипника и всех коренных подшипников в рабочем цикле двигателя обычно немного увеличиваются с увеличением нагрузки двигателя в дополнение к отдельным нагрузкам двигателя.

            Кроме того, соответствующие сравнения между характеристиками смазки шатунного подшипника и одним из основных подшипников при одинаковых рабочих условиях двигателя (показаны в таблицах 4, 5, 6, 7, 8, 9) показывают, что максимальное количество масла Давление пленки шатунного подшипника в рабочем цикле двигателя больше, чем у всех коренных подшипников, минимальная толщина масляной пленки шатунного подшипника в рабочем цикле двигателя меньше, чем у всех коренных подшипников, а средняя сила трения потери шатунного подшипника в рабочем цикле двигателя меньше, чем у всех коренных подшипников. Кроме того, существует соответствующая разница между характеристиками смазки (максимальное давление масляной пленки, минимальная толщина масляной пленки и средняя потеря мощности на трение в рабочем цикле двигателя) всех основных подшипников друг друга при одинаковых условиях работы двигателя, а некоторая разница больше .

            Объяснение загадочной неисправности подшипника штока

            (Изображение / King Bearings)

            Могу я узнать ваше мнение о проблеме с двигателем? Я крутил шатунный подшипник в моем «Шеви» с наддувом.Двигатель развивает большую мощность и разогнал мой Chevy '55 года до 8-ки со скоростью более 170 миль в час. Я уже пару лет без проблем запускаю этот движок. Вся информация журнала данных из последнего запуска выглядит великолепно, но по-прежнему теряются два подшипника штока.

            Подшипники шатуна, которые вышли из строя, имели номера 5 и 6. Я думаю, что сначала вышел из строя № 6, а затем вынул № 5. Мой поставщик подшипников считает, что двигатель взорвался, и вынул подшипники. Проблема в том, что все остальные подшипники выглядят новыми. Коренные подшипники по обе стороны от вышедших из строя шатунов также выглядят великолепно.Даже вилки выглядят хорошо. Темпы EGT были близки. Я приложил несколько фотографий подшипников. Мне выдвигали кучу теорий, но ни одна из них не кажется правильным ответом. Спасибо за вашу помощь. - Д.Т.

            Джефф Смит: Это один из тех вопросов, которые могут вызвать бессонные ночи в попытках выяснить, что произошло.

            Этот случай необычный и потребовал нескольких электронных писем, прежде чем мы остановились на ответе, поскольку его первоначальный вопрос не содержал всей необходимой информации.

            Но его включенные фотографии хороших подшипников штока, вышедших из строя подшипников штока и хороших коренных подшипников действительно давали подсказки.

            Мы часто думаем, что решение должно быть экзотическим и одноразовым. Иногда бывает. Но обычно самое простое объяснение оказывается правильным. Часто решение оказывается менее сложным, чем мы думали. Так было с неисправным подшипником.

            Первое, что нам подсказало, так это разница во внешнем виде между коренными подшипниками и стержневыми подшипниками на фотографиях.

            Это фото вышедшего из строя шатунного подшипника. Трудно сказать, что это за конструкция, потому что она была так сильно искалечена. (Image / D.T.)

            Его фотография шатунных подшипников подозрительно напоминала стандартную замену алюминиево-кремниевого подшипникового материала. Это стандартные подшипники, изготовленные из сплава алюминия и кремния (Al-Si). Вкладыш подшипника сделан из стали, затем наносится алюминиевый связующий слой, а затем верхний слой из алюминиевого сплава.

            Согласно King Bearings , от 2 до 4 процентов кремния добавляются как для упрочнения материала, так и для действия как мягкий абразив, полирующий поверхность шейки.Это особенно полезно для чугунных кривошипов, которые, если смотреть под микроскопом, имеют тенденцию иметь очень шероховатую поверхность даже после окончательной обработки.

            Этот алюминий-силиконовый материал твердый и очень прочный, что делает его пригодным для стандартных двигателей или двигателей с умеренными характеристиками.

            Этот подшипник не подходит для высокопроизводительных двигателей или двигателей для дрэг-рейсинга.

            Подобные приложения с высокой удельной мощностью доводят двигатель до предела и могут выходить за пределы смазочного пограничного слоя масла, который отделяет вращающуюся шейку кривошипа от поверхности подшипника.В таких ситуациях необходим подшипник с высокими эксплуатационными характеристиками. Подшипник этого типа начинается со стальной основы, за которой следует слой из медного сплава с никелевым материалом поверх него. Верхний слой - это очень тонкий, очень мягкий верхний слой.

            Этот подшипник разработан для более легкого ношения и допускает контакт с вращающейся рукояткой в короткие сроки. Эти подшипники предназначены для износа, пока подшипники типа Al-Si подшипник, поскольку он более твердый, будет шелушиться, как лук. Когда это происходит отслаивание, оно быстро загрязняет соседние подшипники, и оба быстро выйдет из строя.

            Мы столкнулись с похожей ситуацией несколько лет назад, когда установили центробежный нагнетатель на заводской двигатель Chevy с большим блоком 502, установленный на заводе.

            Двигатель без наддува развивал 550 лошадиных сил и делал это несколько раз. Но после того, как мы добавили нагнетатель и увеличили мощность до 850 лошадиных сил (увеличение мощности на 55 процентов!), Кривошип немного изменился и начал отслаивать основной подшипник № 2.

            Этот двигатель был оснащен комплектом заводских алюминиево-кремниевых биметаллических стержней и коренных подшипников.Эти подшипники были бы хороши и прослужили годы на уровне 550-600 л.с. Но с добавленной мощностью от нагнетателя, кривошип слегка отклонился и коснулся главного подшипника № 2. Алюминиевый подшипник отслоился небольшими частями, и этот мусор попал прямо в соседние стержни, быстро разорвав стержень и коренные шейки.

            Трехметаллические подшипники, подобные подшипникам из Clevite , Speed-Pro , King и др., Спроектированы так, чтобы быть мягкими, так что если двигатель сильно толкает и стержень коленчатого вала или коренная шейка соприкасаются с поверхностью подшипника, более мягкий свинец -медно-оловянный материал быстро деформируется и изнашивается, предотвращая или сводя к минимуму любые серьезные повреждения.Если зазор слишком мал или масляная пленка разрушается и допускает постоянный контакт, подшипник все равно выйдет из строя. Любой подшипник в этой ситуации выйдет из строя. Но при высоких оборотах и ​​высокой нагрузке, когда кривошип может просто целовать поверхность на микросекунду, подшипник будет слегка изнашиваться без повреждения кривошипа.

            Это причина, по которой более твердый биметаллический подшипник Al-Si не следует использовать в приложение с высокой производительностью.

            Таким образом, решение заключается в приобретении качественного набора из трехметаллического стержня с характеристиками и коренных подшипников .

            Слева - трехметаллический стержневой подшипник Speed-Pro для большого блока, а справа - пара стержневых подшипников Federal-Mogul из алюминия и кремния. Небольшие царапины на трехметаллических подшипниках возникли в результате проверки зазоров с помощью стрелочного индикатора. (Изображение / Джефф Смит)

            Похоже, вы, очевидно, знаете, как измерять и устанавливать зазоры подшипников, так что это был просто случай, когда вы не осознавали разницу в материалах подшипников. Биметаллические подшипники значительно дешевле, и это большая причина, по которой некоторые энтузиасты предпочитают их трехметаллическим версиям.Теперь, когда вы знаете, как и почему сконструированы трехметаллические подшипники, вы можете понять, почему они стоят дороже и почему они являются лучшим вариантом для двигателя с экстремальными характеристиками.

            Если у вас повышенный уровень мощности, вы также можете рассмотреть возможность использования высококачественного масла, предназначенного для гоночных двигателей. Стандартное масло даже при вязкости 20w50 не содержит противоизносных присадок и противозадирных присадок, необходимых для двигателей соревнований. Гоночные масла, такие как Valvoline 20w50 или, возможно, Driven Racing Oil GP1 20w50, были бы хорошим выбором.Я видел некоторые результаты испытаний нового масла GP1, и его вязкость остается высокой даже при повышенных температурах масла. Тестирование Driven показывает, что это новое масло может предложить небольшое увеличение мощности по сравнению с другими гоночными маслами аналогичной вязкости.

            Мы также предполагаем, что у вас было хорошее давление масла на всех этапах работы двигателя. Опять же, на этих уровнях давление сплошного масла от 60 до 75 фунтов на квадратный дюйм помогает поддерживать эту масляную подушку между шейкой коленчатого вала и поверхностью подшипника. Чтобы подчеркнуть эту идею, мы изучили характеристики давления масла для двигателя Top Fuel.Эти нитро-сжигающие монстры сейчас вырабатывают примерно от 1200 до 1400 л.с. на цилиндр или чуть более 11000 л.с. На холостом ходу в холодном состоянии эти двигатели повышают давление масла до 200 фунтов на квадратный дюйм. Под нагрузкой на полной мощности давление масла все еще составляет от 160 до 170 фунтов на квадратный дюйм. Это необходимо, чтобы выдержать огромную нагрузку на шток и коренные подшипники.

            Было бы полезно также упомянуть подшипники с покрытием. Я смог присоединиться к тесту, проведенному Driven Racing Oil’s Lake Speed, Jr.который тестировал влияние подшипников с покрытием на подшипники без покрытия вместе с отдельной переменной синтетического и обычного масла, где пакеты присадок были точно такими же. Испытания проводились на 383 c.i.d. малоблочный Chevy при высокой нагрузке и низкой скорости, что является отличным способом реально нагружать подшипники двигателя.

            Используемый тест покрытые и стандартные трехметаллические подшипники Clevite и показали, что покрытие значительно улучшенный внешний вид подшипника и уменьшенный износ по сравнению с подшипник без покрытия.Лучшее сочетание с точки зрения снижения износа было покрыто подшипники в сочетании с синтетическим маслом, поскольку синтетическое масло обеспечивает более высокую термическую стабильность, которая сохраняет масляную пленку при экстремальных нагрузках и температурах. Все три из этих компаний предлагают подшипники с покрытием для популярных характеристик Приложения.

            Если хотите чтобы узнать больше о подшипниках или правильной установке и зазорах, Каталог эксплуатационных подшипников Mahle-Clevite доступен на их веб-сайте для скачать. King Bearings и Federal-Mogul (Speed-Pro) также предлагают материалы по их сайты, что очень информативно.

            Автор: Джефф Смит Джефф Смит страстно увлекался автомобилями с тех пор, как в 10 лет начал работать на заправочной станции своего деда. После окончания Университета штата Айова со степенью журналистики в 1978 году он объединил свои две страсти: автомобили и писательство. Смит начал писать для журнала Car Craft в 1979 году и стал редактором в 1984 году. В 1987 году он взял на себя роль редактора журнала Hot Rod, прежде чем вернуться к своей первой любви к написанию технических рассказов.С 2003 года Джефф занимал различные должности в Car Craft (включая редактора), написал книги о характеристиках автомобилей Small Block Chevy и даже собрал впечатляющую коллекцию Chevelles 1965 и 1966 годов. Теперь он регулярно пишет в OnAllCylinders.

            Типы главных подшипников судовых двигателей и их свойства

            Вращательная сила гребного винта судна определяется мощностью, производимой судовым двигателем для вращения коленчатого вала.Коленчатый вал главного двигателя поддерживается и соединяется с шатуном через главные подшипники, основная функция которых заключается в передаче нагрузки без контакта металла с металлом.

            Это достигается за счет выбора специальных материалов для изготовления коренных подшипников, которые смещают цапфу вращающегося коленчатого вала при подаче на него смазочного масла.

            Усилия на подшипниках

            Судовой двигатель состоит из тяжелых вращающихся частей, которые оказывают разное усилие на различные части коленчатого вала двигателя.Одной из важных несущих частей системы коленчатого вала являются коренные подшипники.

            Подшипники в судовом двигателе подвергаются воздействию нескольких сил, в том числе:

            - Давление газа внутри хвостовика

            - Динамические инерционные силы из-за различных возвратно-поступательных и вращательных движений деталей двигателя

            - Центробежные силы из-за разного возвратно-поступательного и вращательного движения деталей двигателя

            - Трение между коленчатым валом и подшипником из-за вибрации двигателя

            Связанное чтение: Как внутренние силы в морских двигателях влияют на их работу?

            Таким образом, главный подшипник предназначен для противодействия различным силам и поддержки коленчатого вала, вращающегося с высокой скоростью.Следовательно, материал, из которого изготовлен подшипник, важен для того, чтобы он мог поддерживать шейку коленчатого вала, а также приспосабливаться к мелким неровностям поверхности.

            Подшипник двигателя не может работать в одиночку. Им требуется совместимое смазочное масло, чтобы выдерживать нагрузку и обеспечивать плавное вращение шейки коленчатого вала. Смазочное масло позволяет подшипнику выдерживать абразивные частицы, которые создают трение между шейкой и подшипником.

            Свойства материалов коренных подшипников

            Для выбора коренного подшипника судового двигателя он должен иметь следующие характеристики:

            • Он должен быть антикоррозионным по своей природе, чтобы избежать коррозии материала подшипника и связанных с ним деталей, таких как шейка и опора подшипника
            • Он должен быть устойчивым к трению, чтобы между подшипником и шейкой были минимальные потери энергии.
            • Он должен иметь отличную несущую способность, так как на него действует динамическая нагрузка
            • Должен иметь хорошую приработку и притирку
            • Подшипник должен поддерживать масляную пленку, которая обеспечивает плавное вращение шейки
            • Материал подшипника должен быть таким, чтобы он не вступал в реакцию со смазочным маслом
            • Подшипник должен обладать подходящей способностью к заделке, чтобы мелкие частицы попадали в опорную поверхность, не повреждая шейный палец
            • Материал подшипника должен иметь отличную прочность на сжатие и растяжение
            • Он должен обладать термостойкостью, чтобы избежать повреждений, если он сильно нагревается

            Связанное чтение: Отслеживайте состояние подшипников и сокращайте поломки подшипников в современных морских двигателях на судах

            Общие дефекты подшипников

            Коррозия: Если масло, в которое помещен подшипник, является кислым, это может привести к коррозии.Поверхность подшипника обесцветится и станет шероховатой из-за коррозии

            Истирание: Если масло не фильтруется и не обрабатывается должным образом и содержит мельчайшие частицы, которые часто встречаются в двигателях, работающих на тяжелом топливе, оно может вызвать мелкие царапины на поверхности подшипника

            Эрозия: Если давление подачи масла не соответствует норме или наблюдается быстрое и необычное движение шейки, это приведет к снятию верхнего слоя подшипника.Эти явления чаще встречаются в среднеоборотных двигателях.

            Усталость: Слишком высокая нагрузка двигателя на подшипник может привести к снятию футеровки подшипника. Несущая поверхность нагружает треснувшее покрытие.

            Протирка: Это процесс, при котором верхний слой удаляется из-за высокой температуры. Когда подшипник новый, требуется протирание для удаления начального слоя, что помогает повторно выровнять подшипник относительно шейки. Однако слишком сильное протирание металла может привести к увеличению зазоров, влияющих на производительность подшипника

            .

            Связанное чтение: Способы измерения зазора в коренном подшипнике судового двигателя

            Искровая эрозия: Когда гребной винт находится в покое, кормовая труба, вал гребного винта и подшипники находятся в контакте друг с другом.Точно так же главный подшипник двигателя и цапфа находятся в контакте друг с другом, поддерживая непрерывность цепи. Когда судно движется, из-за вращения гребного винта и масляной пленки вал становится частично электрически изолированным. Это также может произойти на хвостовом валу, использующем неметаллический подшипник, который действует как изоляция.

            Пропеллер в кормовой части представляет собой большую площадь открытого металла, который притягивает защитный катодный ток, который создает дугу при разряде из смазочной пленки.Это приводит к искровой эрозии подшипников, что может ухудшить ситуацию, если смазочное масло загрязнено морской водой

            Несоосность коленчатого вала: Коленчатый вал судового двигателя является массивным компонентом, когда он полностью собран в двигателе. Первоначально весь коленчатый вал выровнен по прямой линии (соединение, проведенное из центра коленчатого вала, образует прямую линию) перед установкой его на верхнюю часть коренных подшипников. Но со временем из-за различных факторов прямая линия может отклоняться и смещаться, что может привести к повреждению коренных подшипников

            .

            Прочтите по теме: Причины отказа и несоосности коленчатого вала судовых двигателей

            Следовательно, увеличение зазора между подшипником и цапфой шейки может быть связано с указанным выше фактором, а также со следующим:

            -Если подшипник эксплуатируется при температуре выше рабочей в течение длительного периода

            -Если есть значительные и продолжительные колебания оборотов двигателя, e.г. превышение скорости двигателя

            -Если толщина масляной пленки уменьшилась из-за изменения потока масла

            –Если есть изменение вязкости смазки

            -При высокой температуре смазочного масла

            -Если используемое смазочное масло имеет несущую способность, отличную от рекомендованной.

            -Имеется изменение температуры окружающей среды двигателя.

            Связанное чтение: Объяснение судовой системы смазки главного двигателя

            Типы коренных подшипников

            В морской промышленности существуют три известных типа основных подшипников, используемых для обоих двигательных установок, которые обычно являются двухтактными двигателями, и двигателей для выработки энергии, которые являются четырехтактными двигателями, а именно:

            1.Подшипник из свинцовой бронзы : Эти подшипники состоят из следующих слоев

            • Флэш-слой : это самый верхний слой толщиной 0,035 мм, состоящий из олова и свинца. Он используется для защиты подшипника от коррозии и пыли, когда он не используется. Этот слой гаснет, когда подшипник работает.
            • Никелевый барьер : Это второй слой из никеля толщиной 0,02 мм. Его основная функция - предотвращение коррозии и попадание олова в металл подшипника.
            • Свинцовая бронза : Третий слой, состоящий из свинцовой бронзы, которая обладает отличными противозадирными свойствами и является основным компонентом, который действует как опора из всех слоев.
            • Стальная опора : Стальная опора - это последняя и опорная часть подшипника, используемая для придания формы и опоры, поверх которой все слои склеиваются вместе.

            Подшипник поршневого пальца в 4-тактном двигателе обычно изготавливается из свинцово-бронзового подшипника и также используется в качестве основного подшипника для небольших двигателей.

            2. Биметаллический подшипник : Этот подшипник состоит из следующих слоев

            • Алюминий олово : Первый слой биметалла состоит из алюминия и олова толщиной от 0,5 до 1,3 мм, и он является основным элементом подшипников этого типа.
            • Связующий слой : Связующий слой состоит из алюминия и имеет толщину 0,1 мм. Основная функция связующего слоя - обеспечить хорошее соединение между оболочкой и верхним слоем.
            • Стальная спинка : Опорная часть, используемая для придания формы и поддержки.

            Подшипники этого типа используются в коренных подшипниках 4-х тактных двигателей

            3. Трехметаллический подшипник: Эти подшипники называются трехметаллическими подшипниками, поскольку они состоят из трех основных слоев (кроме

            флеш-слой как гаснет) и стальная спинка. Состоит из-

            • Flash Layer: Это самый верхний слой толщиной 1 микрон, состоящий из олова и свинца и используемый для защиты подшипника от коррозии и пыли, когда он не используется.Этот слой мигает, когда подшипник находится в режиме работы в период.
            • Накладка: Второй слой из белого металла (олово-сурьма, медь), который является основным компонентом подшипников этого типа. Его толщина составляет 20 мкм.
            • Interlay : Это третий слой, используемый в качестве антикоррозионного слоя для верхнего слоя. Его толщина 5 микрон.
            • Футеровка: Футеровочный слой между прослойкой и стальной спинкой толщиной 1 мм, состоящий из свинца и бронзы.
            • Стальная спинка: Опорная часть, используемая для придания формы и поддержки.

            Прочтите по теме: Процедура снятия главного подшипника двигателя MAN B&W MC-C

            Отказ от ответственности: Мнения авторов, выраженные в этой статье, не обязательно отражают точку зрения Marine Insight. Данные и диаграммы, если они используются в статье, были получены из доступной информации и не были подтверждены каким-либо установленным законом органом.Автор и компания «Марин Инсайт» не утверждают, что они точны, и не принимают на себя никакой ответственности за них. Взгляды представляют собой только мнения и не представляют собой каких-либо руководящих принципов или рекомендаций относительно какого-либо курса действий, которым должен следовать читатель.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *