Вкладыши коленвала: что такое и зачем нужны

Рассмотрим критически важный компонент двигателя внутреннего сгорания — вкладыш коленчатого вала. Эти компоненты играют центральную роль в работе кривошипно-шатунного механизма, обеспечивая его долговечность и эффективность. Подробно ознакомимся с функциями, которые выполняют вкладыши, их разнообразием, особенностями конструкции, а также с рекомендациями по выбору новых вкладышей для ремонта.

Определение вкладышей коленчатого вала

Вкладыш коленчатого вала — это тип подшипника скольжения, используемый в ключевых точках соединения коленчатого вала с шатунами и блоком цилиндров в двигателе. Эти вкладыши предотвращают трение и износ, что особенно важно при высоких нагрузках и скоростях, характерных для современных двигателей. В отличие от подшипников качения, которые могут быстро выходить из строя в таких условиях, вкладыши обеспечивают надежность и устойчивость работы двигателя.

Функциональность вкладышей в двигателе

Вкладыши коленчатого вала выполняют несколько жизненно важных функций:

1. Сокращение трения и износа. Эти компоненты значительно снижают трение между движущимися деталями двигателя, обеспечивая его бесперебойную и эффективную работу.
2. Перенос нагрузок и крутящих моментов. Вкладыши помогают передавать силу и момент от шатунов к коленвалу и оттуда — к блоку двигателя.
3. Распределение масла. Они способствуют созданию масляной пленки на поверхностях, предотвращая непосредственный контакт металла о металл.
4. Центровка и позиционирование двигателя. Вкладыши гарантируют точное расположение коленвала относительно блока цилиндров, что критично для сбалансированной работы всего механизма.

Понимание этих основных функций позволяет осознать важность вкладышей для общей производительности и надежности двигателя.

Разновидности и особенности вкладышей для коленчатых валов

Подшипники скольжения коленвала подразделяются на различные типы в зависимости от места их установки, функционального предназначения и размеров, предназначенных для проведения ремонтных работ.

Классификация в зависимости от места установки:

1. Коренные подшипники. Устанавливаются непосредственно в коренные постели блока двигателя, охватывают коренные шейки коленчатого вала и обеспечивают необходимое вращение вала.
2. Шатунные подшипники. Располагаются в шатуне и обеспечивают взаимодействие с шатунными шейками коленчатого вала.

Разделение по функциональным характеристикам:

1. Стандартные подшипники. Основная функция заключается в снижении трения между взаимодействующими деталями.
2. Фиксирующие коренные подшипники. Не только уменьшают трение, но и предотвращают продольное перемещение коленчатого вала, увеличивая тем самым его стабильность в блоке двигателя. Фиксирующие подшипники могут быть выполнены в виде упорных полуколец, используемых совместно с плоскими вкладышами, или же как вкладыши с фланцами для монтажа на одной или двух опорах коренной постели вала.

Износ вкладышей и их замена

Со временем вкладыши и шейки коленчатого вала изнашиваются, что приводит к увеличению зазора между ними. При замене старых вкладышей на новые аналогичной толщины зазор может оказаться слишком большим, что способно вызвать появление стуков и ускорить износ. Чтобы предотвратить это, применяются вкладыши ремонтных размеров с увеличенной толщиной, что компенсирует износ шеек.

Такие вкладыши имеют маркировку, указывающую на увеличение их толщины, например, +0,25, +0,5 и т. д.

Структура вкладышей коленчатых валов

Подшипники скольжения коленчатого вала представляют собой сложные конструкции, включающие два металлических полукольца, которые полностью охватывают шейку вала с обеих сторон. Основные элементы такой конструкции:

• отверстия для смазки — могут быть одиночными или двойными, предназначены для передачи масла в масляные каналы коленвала и шатуна;
• защелки для фиксации — представлены шипами или пазами под штифты, удерживающие подшипник в месте его монтажа, будь то корпус коленвала или шатун;
• продольные желобки — способствуют эффективной подаче масла к необходимым местам, присутствуют на вкладышах, расположенных ближе к масляному каналу (нижний коренной и верхний шатунный вкладыши);
• бурты на упорных вкладышах — латеральные стенки, которые помогают подшипнику оставаться на месте и ограничивают его продольное перемещение в оси вала.

Основа вкладыша представляет собой стальную пластину, на которую нанесено многослойное антифрикционное покрытие. Это покрытие, выполненное из более мягких материалов, играет ключевую роль в уменьшении трения и продлении жизненного цикла подшипника. Оно также защищает от заклинивания, образования поверхностных повреждений и улавливает микрочастицы износа коленвала.

Категории вкладышей по материалам:

• биметаллические подшипники;
• триметаллические подшипники.

Биметаллические варианты состоят из стальной основы с толщиной от 0,9 до 4 мм (шире для коренных, тоньше для шатунных подшипников) и антифрикционного слоя толщиной от 0,25 до 0,4 мм. Этот слой может быть сделан из разнообразных мягких сплавов, таких как медно-свинцово-оловянные и медно-алюминиевые смеси, содержащие значительное количество алюминия и меди (до 75%), и олова (до 25%), что обеспечивает его смазывающие свойства. Дополнительно могут включать никель, кадмий, цинк и другие элементы для улучшения характеристик.

Триметаллические вкладыши оборудованы дополнительным защитным слоем, толщиной от 12 до 25 микрон, который усиливает защиту подшипника от коррозии и усиленного износа базового слоя, одновременно улучшая антифрикционные свойства. Этот слой создается из сплава, содержащего 92–100% свинца, до 12% олова и максимум 3% меди.

В конструкции подшипников скольжения используются разнообразные защитные компоненты, каждый из которых выполняет свою функцию:

1. Верхний оловянный защитный слой — этот тонкий слой олова толщиной от 0,5 до 1 микрона обеспечивает защиту от коррозии и предотвращает попадание загрязнений на ранних этапах использования, включая транспортировку и установку.
2. Нижний оловянный защитный слой — аналогичный слой применяется с внешней стороны вкладыша, которая контактирует с опорными элементами, такими как коленвал или шатуны.
3. Никелевый буферный слой — слой никеля толщиной 1–2 микрона, располагаемый между антифрикционным и верхним покровным слоями. Он играет роль барьера, препятствующего миграции атомов олова из верхнего слоя в антифрикционный, тем самым стабилизируя химический состав и свойства основного материала.

Разнообразие конструкций триметаллических подшипников скольжения между различными производителями включает вариации в промежуточных слоях, которые могут быть выполнены из алюминиевых или медных сплавов, а также варианты составов покровного слоя, включая бессвинцовые и другие альтернативные решения.

Вопросы выбора и замены вкладышей коленвала

При подборе подшипников скольжения важно учитывать тип двигателя, степень износа соответствующих компонентов и наличие подходящих ремонтных вкладышей. Вкладыши обычно разрабатываются специально для определённой модели или серии двигателей, что исключает возможность их замены компонентами с других типов двигателей, за исключением некоторых особых случаев. Кроме того, необходимо принимать во внимание износ шеек коленвала, так как неправильный подбор вкладышей может серьезно усложнить ремонт.

Перед выбором ремонтных вкладышей следует тщательно оценить степень износа шеек коленвала и других соприкасающихся элементов, таких как постель и головка шатуна, которые обычно изнашиваются меньше. Износ шеек часто бывает неравномерным — некоторые из них могут изнашиваться быстрее других. Поэтому при ремонте обычно приобретается комплект одинаковых вкладышей, что требует равномерного стачивания всех шеек до определённого размера. Выбор размера зависит от доступных ремонтных размеров подшипников, которые подходят к данному двигателю. Для двигателей с меньшим пробегом часто используются размеры +0,25 или +0,5, а для тех, что имеют большой пробег, может потребоваться увеличение до +1,0 или даже до +1,5. Для новых двигателей доступны вкладыши от +0,75 до +1,0, в то время как для старых моделей – до +1,5.

Оптимальный ремонтный размер вкладышей должен обеспечивать зазор между шейкой коленвала и внутренней поверхностью подшипника в пределах от 0,03 до 0,07 мм. Зазор меньше нормы увеличивает вероятность заклинивания, тогда как больший зазор может вызвать повышенное биение коленвала, ускоренный износ компонентов и повышенный уровень шума двигателя.

Корректно подобранные подшипники скольжения способствуют эффективной и стабильной работе двигателя с коленчатым валом, даже при значительном пробеге и в различных эксплуатационных режимах.

Вкладыши коленвала от «ФорсункиПро»

Компания «ФорсункиПро» успешно зарекомендовала себя на рынке автозапчастей в течение последних девяти лет, занимая лидирующие позиции благодаря своему профессионализму и надежности.

«ФорсункиПро» обладает обширным опытом в области автомобильных компонентов и предлагает услуги высококвалифицированной команды специалистов, готовых предоставить помощь в выборе необходимых запчастей круглосуточно.

Ключевая сфера деятельности компании охватывает поставку оригинальных деталей для систем подачи топлива от мировых производителей таких как Bosch, Denso, Delphi, Siemens, Longbeng, Cat, Zexel. «ФорсункиПро» активно развивает свои коммерческие связи, заключая прямые договоры с изготовителями, что позволяет минимизировать затраты и избежать лишних посредников в цепочке поставок.