Вкладыш коленчатого вала

Он выполняет функцию подшипника скольжения, уменьшая потери от трения и предотвращая заедание деталей в точках соприкосновения коленвала с подшипниками блока двигателя и шатунами поршней.

Необходимость применения подшипников скольжения обусловлена тяжелыми условиями и высокими нагрузками, которые затрудняют эффективное использование подшипников качения (шариковых или роликовых) с длительным сроком эксплуатации. В настоящее время вкладыши широко используются в большинстве силовых агрегатов, за исключением некоторых маломощных одно- и двухцилиндровых двигателей, где используются подшипники качения.

Вкладыши коленвала выполняют несколько важных функций:

1. Снижение сил трения в точках контакта коленчатого вала, подшипников блока цилиндра и шатунов.
2. Передача сил и моментов, возникающих в процессе работы двигателя, от шатунов к коленвалу, от коленвала к блоку двигателя и так далее.
3. Регулирование распределения масла и формирование масляной пленки на поверхностях трения.
4. Обеспечение точной центровки и позиционирования деталей относительно друг друга.

В целом вкладыши коленвала играют важную роль в работе силового агрегата, несмотря на их относительную простоту конструкции.

Строение вставок коленчатого вала

Подшипник скольжения коленчатого вала представляет собой сложную структуру, включающую два металлических полукольца, полностью охватывающих шейку коленвала как сверху, так и снизу. В данной конструкции присутствует ряд функциональных элементов:

1. Отверстия (одно или два), предназначенные для пропуска масла в масляные каналы коленвала и шатуна.
2. Замки, выполненные в виде шипов или пазов, предназначенные для фиксации вставки в опоре постели коленвала или в нижней головке шатуна.
3. Продольная канавка для подачи масла в отверстие (присутствует только на вставке, расположенной сбоку от канала, — это нижняя основная вставка и верхняя шатунная вставка).
4. Боковые стенки (бурты) в буртовых упорных вставках для удержания вставки и ограничения осевого движения коленчатого вала.

Вставка имеет сложную многослойную структуру, где основу составляет стальная пластина с антифрикционным покрытием на рабочей поверхности. Именно это покрытие снижает трение и обеспечивает длительный срок службы подшипника. Оно изготавливается из мягких материалов и также может быть многослойным. Благодаря меньшей мягкости, покрытие вставки поглощает микроскопические частицы износа коленвала, предотвращая заедание деталей, появление задиров и других повреждений.

Согласно структуре, вставки коленчатого вала подразделяются на две основные группы:

• биметаллические;
• триметаллические.

Биметаллические подшипники являются наиболее простыми в устройстве. Они имеют основу из стальной полосы толщиной от 0,9 до 4 мм, на которую нанесен антифрикционный слой толщиной от 0,25 до 0,4 мм. Этот слой изготавливается из различных мягких сплавов, содержащих медь, свинец, олово, алюминий, кремний и другие металлы.

Триметаллические вставки, помимо основного антифрикционного покрытия, включают дополнительный защитный слой толщиной от 0,012 до 0,025 мм (12–25 мкм), который обеспечивает защитные свойства, предотвращает коррозию и излишний износ основного слоя, а также улучшает антифрикционные характеристики подшипника. Этот защитный слой состоит из сплава свинца, олова и меди, содержащего от 92% до 100% свинца, до 12% олова и не более 3% меди.

Кроме того, подшипники скольжения могут иметь дополнительные слои:

1. Верхний защитный слой из олова, толщиной всего 0,5–1 мкм, обеспечивает защиту от коррозии, жира и загрязнений во время транспортировки, установки и начальной эксплуатации вставки.
2. Нижний защитный слой из олова, аналогичный верхнему слою, который наносится на внешнюю поверхность вставки, обращенную к опорам коленвала или внутренней части головки шатуна.
3. Никелевый подслой, также известный как никелевый барьер или прокладка, представляет собой тонкий слой никеля толщиной не более 1–2 мкм, размещенный между основным антифрикционным покрытием и защитным слоем. Этот слой предотвращает перемещение атомов олова из защитного слоя в основной, обеспечивая стабильность химического состава основного антифрикционного покрытия. Отсутствие никелевого барьера может привести к увеличению концентрации олова в основном покрытии, что негативно сказывается на характеристиках подшипника.

Указанная структура подшипников скольжения не является стандартной, так как многие производители предлагают собственные уникальные схемы и конструкции. Например, основное антифрикционное покрытие может быть нанесено на стальную основу через дополнительный подслой из алюминиевого или медного сплава, а защитный слой может иметь различный состав, включая варианты без содержания свинца и другие.

Вопросы подбора и замены вкладышей коленвала

При выборе подшипников скольжения следует учитывать модель двигателя, степень износа связанных деталей и наличие ремонтных вкладышей. Обычно вкладыши предназначены для конкретных моделей двигателей, поэтому не рекомендуется использовать детали от других моторов. Также важно учитывать износ шеек коленвала, чтобы избежать дополнительных сложностей в процессе ремонта.

Перед выбором размера восстановительных вкладышей необходимо определить степень износа шеек коленвала и других связанных деталей. Износ шеек часто происходит неравномерно, поэтому комплект вкладышей приобретается для обеспечения одинакового размера всех шеек. Выбор размеров ремонтных вкладышей зависит от пробега двигателя: для моторов с небольшим пробегом используются размеры +0,25 или +0,5, а для старых моторов может потребоваться размер +1,0 или даже +1,5. В связи с этим для новых двигателей обычно выпускаются вкладыши разных ремонтных размеров (до +0,75 или +1,0), а для старых моторов доступны вкладыши даже до +1,5.

Ремонтный размер вкладышей коленвала должен обеспечивать зазор в пределах 0,03–0,07 мм между шеей коленвала и поверхностью подшипника. Слишком маленький зазор может привести к заклиниванию, а слишком большой — к вибрации коленвала и увеличению износа деталей.

Тщательный подбор подшипников скольжения для коленвала позволит двигателю эффективно функционировать на различных режимах даже при большом пробеге.