Вкладыши шатунные

Алюминий, медь, свинец: за и против

Преимущество алюминиевых вкладышей еще и в том, что они достаточно недороги и устойчивы к износу. Кроме того, алюминий в процессе работы почти не стирается и следовательно, его частицы не загрязняют масло.

Слабым местом алюминиевых вкладышей является их слишком мягкая поверхность, которая неустойчива к царапинам. Поэтому если масло загрязнено, то инородные частицы оставят борозды на металле вкладыша. Детали из меди и свинца более устойчивы к царапинам, посторонние частицы просто вязнут на них, не причиняя особого вреда.

Производители научились нивелировать этот недостаток, шлифуя поверхность вкладышей, а не раскатывая ее. При этом на поверхности детали остаются микроскопические бороздки, не влияющие на характеристики, но увеличивающие способность к поглощению загрязнения. Инородные включения оседают в них, в то же время такая поверхность лучше удерживает масляную пленку.

Еще один плюс алюминия – он выдерживает более высокие температуры плавления, чем медь или свинец. Поэтому двигатель с алюминиевым вкладышем более устойчив при перегреве, возникающем при детонации или перегрузках.

Поэтому можно с уверенностью утверждать, что вкладыши из алюминия подойдут к любому типу двигателя, конечно, при соблюдении периода замены масла. В то же время детали из сплавов свинца и меди не настолько прихотливы к очистке масла или к неровностям шеек вала.

Все же производители спорткаров по-прежнему предпочитают оснащать двигатели медно-свинцовыми элементами, поскольку они лучше алюминиевых выдерживают перегрузки.

Обычно вкладыши из меди и свинца выполняются из трех слоев. В основе лежит сталь, на которую наносят баббит слоем от 0,0125 до 0,015 миллиметров. С декоративной целью элемент могут покрыть напылением олова. Такой слой характеризуется способностью аккумулировать твердые включения и обеспечивать износоустойчивость и прочность. Деталь может спокойно выдержать давление до 25 тыс. кПа на см. кв., в то время как алюминий выдерживает только 13 тыс. кПа.

Несмотря на хорошие показатели алюминиевых и медно-свинцовых сплавов, автопроизводители продолжают эксперименты и разработки в этой области. Например, недавно выпустили вкладыш из чистой меди, с нанесением олова и никеля. Верхний слой в нем – все тот же баббит. При одинаковых характеристиках в плане прочности, такие элементы намного экологичнее, долговечнее, но цена их стала заметно выше.

Поскольку наиболее распространенной причиной поломки вкладыша называют детонацию, то подобные детали с высоким запасом прочности могут противостоять нагрузкам. Но все же не всем по карману цена таких элементов.

Еще один вариант вкладыша – сочетание алюминия с покрытием тефлоном, который придает алюминиевой поверхности дополнительную устойчивость от царапин.

Вкладыши шатунные

Шатунные вкладыши двигателя применяются в соединении коленчатого вала двигателя с шатунами двигателя и участвуют в обеспечении вращения шатунов относительно шеек коленчатого вала.

Для чего нужны шатунные вкладыши двигателя?

Шатунные вкладыши двигателя являются по своей сути подшипниками скольжения и обеспечивают надежное вращение (перемещение) шатунов двигателя относительно шеек коленчатого вала при вращении коленчатого вала со значительными скоростями.

Конструкция коленчатого вала, шатунно-поршневой группы и вкладышей предусматривает подачу масла в места сопряжения вкладыша и шеек коленчатого вала с целью образования масляной пленки и снижения трения.

Сам вкладыш остается неподвижным относительно шатуна, поскольку зафиксирован в специально подготовленных для этого местах. Дополнительно, на поверхность вкладыша наносится специальное антифрикционное покрытие.

Как часто менять шатунные вкладыши двигателя?

Конструкция шатунных вкладышей двигателя со временем остается традиционной – это подшипник скольжения, представляющий из себя согнутый металлический лист определенного радиуса с нанесенным антифрикционным покрытием.

Шатунные вкладыши работают в очень тяжелых условиях. Поэтому, к вкладышам, а также к их установке предъявляются очень серьезные требования. Теоретически долговечность вкладышей сравнима со сроком службы двигателя, т.е. более 200 тыс. км.

Необходимость замены шатунных вкладышей возникает в случае их износа (как правило, в случае недостаточной смазки, попадания в смазку металлических частиц либо некачественного материала вкладышей). В случае недостаточной смазки, за счет увеличения силы трения между вкладышем и шейкой, вкладыши может сорвать со своего места, при этом может быть поврежден сам шатун и коленчатый вал.

Необходимость замены шатунных вкладышей возникает также при ремонте (шлифовке) шеек коленчатого вала, так как в этом случае меняется размер шеек. В этом случае требуется установка вкладышей другого размера.

Некачественная сборка двигателя, несоблюдение технологии изготовления и размеров отдельных деталей, перегрев двигателя, работа на некачественном или слишком жидком масле так же может привести к износу или повреждению шатунных вкладышей.

Геометрия

Естественно, размеры шатунных вкладышей для разных ДВС разные. Самый основной параметр – это масляный зазор. Он равен разности внутреннего диаметра вкладыша с диаметром вала. Также важный показатель – это величина масляного зазора. Если зазор сильно большой, то увеличивается поток масла, что снижает нагревание подшипника. Но масло также влечет неоднородное распределение нагрузки, что повышает вероятность разрушение подшипника по причине усталости. Большой зазор повлечет за собой шум при работе и вибрации. Маленький зазор вызовет перегрев моторного масла и снизит вязкость.

Посадочный натяг нужен, чтобы обеспечить надежную посадку шатунного вкладыша ВАЗ в его гнезде. Надежно и прочно посаженные подшипники равномерно контактируют с поверхностью посадочного места – это предотвратит возможность смещения подшипников в процессе работы. Также обеспечивается эффективный отвод тепла.

Размеры и маркировка поршневых колец Ваз 2109 – 2115

Основные размеры шатунно-поршневой группы я дам вам сейчас ниже на рисунке

Основные размеры шатуна Ваз 2109 – 2115

Классы диаметров поршня и отверстия под поршневой палец клеймятся на днище поршня (рис. 4).

Поршень — алюминиевый литой. По наружному диаметру поршни разбиты на пять классов (А, В, С, D, Е) через 0,01 мм. Наружная поверхность поршня имеет сложную форму. Поэтому измерять диаметр поршня необходимо только в плоскости, перпендикулярной поршневому пальцу, на расстоянии 55 мм от днища поршня.

Размеры поршневых колец Ваз 2109 – 2115

По диаметру отверстия под поршневой палец поршни подразделяются на три класса (1, 2, 3) через 0,004 мм.

Классы диаметров поршня и отверстия под поршневой палец клеймятся на днище поршня.

Как узнать размеры коленвалов

Существуют специальные таблицы, где можно узнать размеры коленвалов для конкретной модели автомобиля или техники. Такие таблицы есть для всех видов транспортных и технических средств, на которых установлен двигатель внутреннего сгорания. Размеры вкладышей, имеющихся в продаже, соответствуют этим размерам.

Например, для Opel Kadett 1,3S стандартные размеры коренных шеек составляют 54,972–54,985 мм, при шлифовке на глубину 0,25 мм – 54,722 – 54,735 мм, при шлифовке на 0,5 мм – 54,472 — 54,485. Размеры шатунных шеек, соответственно, составляют 42,971 — 42,987 в стандартном (нулевом) варианте, 42,721 — 42,737 при шлифовке на 0,25 мм и 42,471 — 42,787 при глубине обработки 0,5 мм. Для автомобиля ВАЗ-2108 стандартный диаметр составит уже 50,779–50,819 мм, а ремонтных размеров предусмотрено четыре: 50,549–50,569, 50,229–50,319, 50,049–50,069 и 49,799–49,819.

Как правило, при первом ремонте шейку шлифуют на глубину около 0,25 мм. Следующие размеры располагаются друг от друга на таком же расстоянии: 0,5, 0,75 и 1 мм. Для ряда моделей также возможны шаги в 0,125 мм. Таблицы допускают шлифовку ещё на два размера, 1,25 и 1,5 мм, однако такая обработка чревата разрушения вала в процессе работы. По этой причине в магазинах размеры вкладышей 1,25 и 1,5 представлены редко. При значительном износе иногда перешлифовывают «через размер», т. е. уменьшают диаметр сразу на два размера.

Размеры шеек на ВАЗ

Почему вкладыши выходят из строя

Вкладыши — детали прецизионного типа, обеспечивающие зазоры в определенных пределах во время вращения коленвала. В зазор под давлением подается смазка, которая из-за эксцентричного смещения вала образует так называемый масляный клин. Фактически в нормальных условиях коленвал не касается подшипника, а вращается на масляном клине.

Снижение давления масла или недостаточная его вязкость, перегрев, отклонение размеров деталей от номинальных, перекосы осей, попадание инородных частиц и иные причины вызывают нарушение жидкостного трения. Тогда в некоторых местах шейки вала и вкладыши начинают соприкасаться. Возрастает трение, нагрев и износ деталей. Со временем процесс приводит к выходу подшипников из строя.

После разборки и извлечения вкладышей о причинах износа можно судить по их внешнему виду.

Изношенные или поврежденные вкладыши не подлежат ремонту и просто заменяются новыми.

Вкладыши с покрытием

Почти все спортивные автомобили сейчас имеют в двигателях вкладыши с особым покрытием от признанных марок Federal Mogul/Speed Pro и Federal Mogul/Speed Pro.

Варианты покрытий позволяют уменьшать трение и препятствовать вредному воздействию температур, уменьшать износ детали. Кроме того, дополнительно такое покрытие позволяет уберечь мотор во время холодного или сухого старта, а также защищает агрегат, если вдруг упало давление масла.

Например, известная марка Federal Mogul запустила в производство технологию Duroshield, представляющую собой полимерное основание с дисульфатом молибдена. Пленка покрытия при этом не толще 0,075 мм, но она выдерживает мощность двигателя в 3 тыс. лошадиных сил!

В основе покрытия TriArmor от марки Dana Corporation – полимерный слой, с элементами графит и молибден.

Все эти разработки и эксперименты с покрытием не были бы нужны при безупречной работе двигателя. Но законы физики никто не отменял и поэтому приходится учитывать множество влияющих на состояние мотора факторов и предусматривать все варианты защиты автомобиля.

Обычно толщину масла на вкладыше считают в пропорции 0,001 мм (с допустимым отклонением 0,0125 мм) на сантиметр диаметра шейки вала. Но при наличии покрытия необходимости соблюдения таких правил нет, так как подобный слой придает вкладышу плотное прилегание и положительно влияет на его функции.

Дороговизна покрытий вкладышей вполне себя окупает, хотя разработка и внедрение новых технологий не так проста, как считается. Даже при небольшом нарушении технологии покрытие может отслоиться и тогда вся деталь приходит в негодность.

Хорошим примером может стать случай с гонщиком Аланом Калвики из команды NASCAR, для которой американская компания Swain Coatings разработала и выпустила лимитированную серию вкладышей. Во время гонки на автомобиле Алана вышел из строя ремень, установленный на маслонасосе, тем не менее гонщик смог проехать еще пять кругов и показать достойный результат. На обычном вкладыше двигатель просто не смог бы работать.

Применяемость выпускаемых комплектов коренных и шатунных вкладышей коленчатого вала в дизелях Д-65/75, РМ-80/120 производства ОАО «Рыбинские моторы»

Описание

Вкладыши коленвала выступают в качестве подшипников скольжения для обеспечения вращения коленвала. Этот процесс происходит в результате сгорания топлива в камерах цилиндров. Активное трение деталей, вызванное усиленными нагрузками и высоким скоростным режимом, способно вывести мотор из строя. Для предотвращения подобной ситуации и уменьшения степени трения, все составные элементы, обладающие наибольшим значением, покрываются тончайшим микронным слоем масла. Данная функция возлагается на смазочную систему мотора, при этом пленка на имеющихся деталях образуется только при условии высокого масляного давления. Слоем смазочного вещества также покрыты поверхности соприкосновения вкладышей и шейки коленчатого вала. Таким образом существенно снижается образуемая сила трения.

Предварительные работы

В случае если становится ясно, что без ремонта силового устройства не обойтись, нужно выявить степень износа всех элементов и определить необходимые размеры вкладышей коленвала.Большинство автолюбителей решают задачу подбора габаритов путем визуального осмотра, для большей точности можно воспользоваться микрометром

Также стоит обратить внимание на возможность проведения расточки. При обнаружении прокручивания элементов, их необходимо сразу же заменить на новые

До начала ремонта это можно определить по работе двигателя, в частности он может часто глохнуть, или по специфическим звукам коленчатого вала. При заклинивании шеек дальнейшее движение становится невозможным.

Независимо от имеющейся ситуации, все детали механизмов должны быть тщательно осмотрены. На шейках могут присутствовать повреждения волнообразного вида, которые легко ощутить руками, в этом случае необходимо провести расточку и поставить ремонтные детали, размеры которых соответствуют установочному месту. Из-за большого количества повреждений может потребоваться более интенсивная расточка, и как следствие, потребуются детали размером, совершенно отличающимся от прежних. Поэтому шатунный вкладыш коленвала приобретается после осуществления всех процедур, так можно избежать необходимости возврата элемента в магазин.

Как выбрать

Независимо от причины, вызвавшей ремонт мотора и замену вкладышей, расточка коленчатого вала является обязательным пунктом. Установка новых деталей возможна только на отшлифованный либо новый механизм. При наличии повреждений и рытвин только на одной шейке, обрабатываются все элементы для достижения единого общего размера. Стандартные детали устанавливаются в процессе конвейерной сборки двигателя. К примеру, ремонтные вкладыши коленвала для автомобилей ВАЗ реализуются в четырех вариантах. То есть расточка может производиться максимум четыре раза. Моторы для таких машин, как «Москвич» и ГАЗ, имеют дополнительную пятую и шестую шлифовки до 1,5 и 1,2 мм соответственно. Оптимальным вариантом станет подбор необходимых размеров тем человеком, который занимался шлифовкой. Расточка может привести к необходимости подбора элементов, размер которых существенно превысит прежний. Это зависит от глубины рытвин на шейках и их количества. Вкладыши представлены в продаже в виде комплектов для обоих видов шеек.

Причины износа

Как было упомянуто выше, при работе двигателя на каждый коренной вкладыш двигателя постоянно воздействует сила трения, стремящаяся сместить его с исходного места. В исходном состоянии в исправном двигателе прочность деталей рассчитана с запасом, для того чтобы выдерживать такие нагрузки. Для силовых агрегатов мощностью до 200 л. с. напряжения на вкладыш составляют от 0,1 до 1 кгс. Величина силы его пропорциональна нагрузке при постоянном коэффициенте трения.

К тому же вкладыши коренные защищены тем, что функционируют в режиме жидкостного трения. Это обеспечивается применением масла, которое создает пленку между шейкой вала и рабочей поверхностью вкладыша. Таким образом рассматриваемые детали предохраняются от прямого соприкосновения, и достигается минимальная сила трения. Образование масляной пленки определяется скоростью взаимного перемещения трущихся деталей. С ее возрастанием увеличивается гидродинамический режим трения. Под данным термином понимают возрастание эффективности затягивания пленки в зазор и увеличение ее толщины вследствие этого. Однако с возрастанием скорости деталей также увеличивается количество выделяемого при трении тепла, и, следовательно, температура масла возрастает. Это приводит к его разжижению, в результате чего толщина пленки снижается. Поэтому для оптимального режима работы необходимо достижение баланса между рассмотренными процессами.

В случае нарушения целостности масляной пленки коэффициент трения возрастает. Вследствие этого проворачивающий момент, создаваемый коленчатым валом, увеличивается даже при постоянной нагрузке.

Однако иногда встречается обратная ситуация, когда повышенные по каким-либо причинам нагрузки приводят к уменьшению толщины масляной пленки. Также в результате этого возрастает температура, особенно в зоне трения. Вследствие этого смазка разжижается, еще больше сокращая толщину.

Данные процессы могут быть взаимосвязаны и проявляться совместно. То есть один из них может являться следствием другого.

Следовательно, на проворачивающий момент значительно влияет вязкость масла. Связь между данными факторами прямо пропорциональна, то есть чем она выше, тем больше сила трения. К тому же при большой вязкости увеличивается масляный клин. Однако при чрезмерной вязкости масло не поступает в достаточных объемах в зону трения, вследствие чего толщина масляного клина снижается. Вследствие этого влияние вязкости масла на проворачивание вкладышей невозможно определить однозначно. Поэтому в учет принимают другое свойство данного материала: смазывающую способность, под которой понимают прочность его сцепления с рабочей поверхностью.

Коэффициент трения определяется шероховатостью и точностью геометрии соприкасающихся поверхностей, а также наличием в смазочном материале посторонних частиц. В случае присутствия частиц в смазке либо неровностей поверхности пленка нарушается, вследствие чего на некоторых зонах проявляется режим полусухого трения. Причем данные факторы наиболее интенсивно проявляются в начале эксплуатации автомобиля, когда происходит приработка деталей, поэтому трущиеся детали в этот период особо чувствительны к перегрузкам.

Помимо этого, коренные вкладыши коленвала проворачиваются по причине недостаточного усилия, удерживающего их в постели. Оно может быть обусловлено неграмотной установкой либо являться следствием износа в результате воздействия проворачивающего момента.

Описание вкладышей коленвала

Все коренные и шатунные шейки коленвала имеют свои собственные размеры, речь идет о параметрах, которые принимают шейки после процесса шлифовки. Размеры этих элементов должны полностью соответствовать габаритам, которыми обладают ремонтные вкладыши коленвала. Соответственно, при покупке таких запчастей необходимо учитывать параметры своего транспортного средства, ведь каждый отдельный мотор имеет свои размеры.

Отработавшие свой ресурс вкладыши коленвала

К примеру, если вы являетесь владельцем классического автомобиля ВАЗ, то должны иметь в виду, что отечественные авто имеют четыре различных размера вкладышей. Это означает, что коленвал в принципе может быть расточен не более четырех раз. Также нужно учесть, что вкладыши коленвала имеют и наружный размер, который никогда не изменяется, а вот внутренний может регулироваться из-за увеличения толщины элементов.

Назначение вкладышей

По сути, коренные вкладыши коленчатого вала, вне зависимости от маркировки, выполняют роль подшипников, предназначенных для улучшения скольжения шатунов. Шатуны, как известно, предназначены для вращения коленвала под воздействием микровзрыва горючей смеси в камерах сгорания мотора. Поскольку элементы периодически изнашиваются, автомобилист должен своевременно выполнять их снятие и замену, что также должно сопровождаться расточкой вала.

Не секрет, что при работе двигателя внутренние узлы подвергаются высоким нагрузкам и скоростям вращения. Это означает, что мотору просто необходимо снизить трение, в противном случае агрегат может выйти из строя практически сразу. Чтобы показатель силы трения был значительно ниже, все необходимые компоненты внутри мотора функционируют в микронной пленке, которая является масляной.

Износившийся и новый вкладыш

Эта прослойка, которая обволакивает металлические компоненты агрегата, образовывается исключительно при достаточном давлении рабочей жидкости. В частности пленка всегда должна находиться между коренной шейкой коленвала и вкладышем, в результате чего показатель трения не такой высокий, как мог бы быть. Соответственно вкладыши, изготовление которых осуществляется из металла, представляют собой надежную защиту, которая позволяет повысить ресурс эксплуатации вала в целом.

Конструкция

Казалось бы, вкладыш коленвала — обычная деталь, но ее изготовление осуществляется с применением нескольких различных металлов.

Соответственно вкладыш состоит из нескольких слоев, которые мы рассмотрим ниже:

• изготовление первого слоя осуществляется из меди, ее процент может составлять от 69 до 75%;
• изготовление второго слоя осуществляется из свинца, его процент составляет от 21 до 25%;
• третий слой — олово, около 2-4%.

В целом общая толщина вкладыша составляет 250-400 микро. Следует отметить, что иногда для изготовления вкладыша применяется не медь, олово и свинец, а специализированный алюминиевый сплав. Маркировка в этом случае будет зависеть исключительно от производителя.

Виды

Что касается видов, то маркировка здесь будет зависеть от типа компонента.

В целом вкладыши для коленчатого вала подразделяются не несколько групп:

1. Коренные. Вне зависимости от маркировки, коренные вкладыши выполняют сходные функции. Они монтируются между коленчатым валом и тем местом, где этот вал проходит через корпус мотора.
2. Шатунные. Шатунные компоненты расположены непосредственно между шатунами и шейками вала.

В принципе вкладыши, как шатунные, так и коренные, производятся для каждого типа мотора, но все они различаются между собой по внутреннему диаметру. В зависимости от модели двигателя диаметры элементов будут различны, даже для одного двигателя. Как правило, разница в диаметре, то есть шаг, составляет 0.25 мм. Это значит, что размерный ряд деталей, составляется следующим образом: 0.25 мм, 0.5 мм, 0.75 мм и т.д.

Когда требуются ремонтные размеры коленвалов

Место перехода от коренной или шатунной шейки к щеке испытывает наибольшие нагрузки в конструкции коленвала, а потому износ в этом месте наиболее велик. По мере эксплуатации мотора на шейках появляются задиры и трещины, которые приводят к нарушению геометрии вала и должны быть устранены как можно скорее. Устраняются они шлифованием. Для того чтобы двигатель работал сбалансированно и без лишней вибрации, новые размеры коренных и шатунных шеек коленвала должны быть точно подогнаны к валу и друг другу. Делается это при помощи специальных вкладышей. Для удобства автомехаников диаметры шеек и толщина вкладышей были стандартизированы для каждой модели автомобиля.

Таким образом, ремонтные размеры требуются при каждой шлифовке коленвала. Определяются они в зависимости от метода обработки вала. В ходе производства каждый вал проходит несколько этапов закалки, повышающих прочность и износостойкость его поверхности. Чаще всего используется термическая обработка, но в ряде случаев для усиления прочности воздействие высоких и низких температур сочетают с химическим (закалка ТВЧ, азотирование, закалка поверхностного слоя). В результате достигается достаточная глубина закалённого слоя, чтобы шейки вала можно было шлифовать 4–6 раз без потери рабочих качеств вала.

Образец коленвалаКонструкция коленвала:

1. Коренная шейка — опорная часть вала. Находится в картере двигателя и опирается на коренной подшипник.
2. Шатунная шейка соединяет вал с шатунами и одновременно обеспечивает поступление к ним смазки через специальные каналы.
3. Щёки — детали, соединяющие коренные и шатунные шейки.
4. Передняя выходная часть вала или носок — место крепления зубчатого колеса или шкива отбора мощности для привода ГРМ.
5. Задняя выходная часть вала или хвостовик — место крепления маховика или шестернёй отбора мощности.
6. Противовесы — конструктивно являются продолжением щек и снимают часть нагрузки с коренных подшипников.

Обязательно почитайте:

Корзина сцепления МТЗ-82

Что в итоге

С учетом приведенной выше информации можно сделать вывод о том, что появление стука в двигателе является подом для немедленного прекращения эксплуатации ТС. Также следует учитывать, что на состояние вкладышей сильно влияет и температурный режим работы силового агрегата. Другими словами, перегрев двигателя может привести к проворачиванию шатунных или коренных вкладышей, заклиниванию мотора и т.д. В таком случае двигатель может полностью прийти в негодность, так как разбивается постель коленвала, выходит из строя сам коленчатый вал, блок цилиндров и т.д.

Что касается моторного масла, необходимо использовать только те ГСМ, которые соответствуют всем требованиям и необходимым допускам завода-изготовителя силового агрегата. Также масло и масляный фильтр необходимо своевременно менять, не допускать попадания грязи и механических частиц в смазку. Повышенного внимания заслуживает и сама система смазки, так как снижение производительности или неисправности могут привести к масляному голоданию, в результате чего существенно повышается риск проворачивания вкладышей.

Напоследок добавим, что бензиновый двигатель нуждается в прогреве после холодного запуска, затем ездить необходимо без нагрузок до момента выхода силовой установки на рабочие температуры. В случае с дизелем мотор прогревается в движении, до полного прогрева не рекомендуется резко нагружать агрегат. Также следует помнить, что как новый двигатель, так и мотор после ремонта нуждается в обкатке, так как нагруженные пары и сопряженные элементы нуждаются в притирке.