Вкладыши двигателя¶
Вкладыши двигателя — тонкостенные металлические полуобоймы, устанавливаемые в опорах коленчатого вала и коренных шеек двигателя внутреннего сгорания для снижения трения и износа сопряжённых деталей. Представляют собой сменные изнашиваемые элементы, которые воспринимают нагрузки от шатунных и коренных шеек вала, обеспечивая работу подшипников скольжения. Основная функция вкладышей — принять на себя износ вместо более дорогих и сложных в изготовлении деталей: коленчатого вала и блока цилиндров.
¶Назначение и принцип работы
Коленчатый вал двигателя вращается не напрямую в металле блока цилиндров или шатуна, а в подшипниках скольжения, рабочей поверхностью которых служат вкладыши. Между вкладышом и шейкой вала формируется масляный клин — тонкий слой моторного масла, который при работающем двигателе разделяет поверхности и исключает прямой контакт металла о металл. При гидродинамическом трении коэффициент сопротивления в разы ниже, чем при трении качения, что позволяет выдерживать высокие нагрузки при больших оборотах.
Вкладыши изготавливаются из мягких антифрикционных сплавов, способных к приработке: мелкие неровности и шероховатости на поверхности шейки вала вдавливаются в слой вкладыша, что улучшает контакт. Мягкость материала также защищает более дорогой коленчатый вал от износа — при возникновении задира разрушается прежде всего вкладыш, который подлежит замене.
¶Конструкция и материал
Вкладыш представляет собой стальную пластину толщиной около 1–3 мм, свёрнутую в полукруглую обойму, с нанесённым на внутреннюю поверхность антифрикционным слоем. Многослойная конструкция типична для современных вкладышей:
- Основа (подложка) — стальная лента, обеспечивающая упругость и посадку вкладыша в опоре.
- Промежуточный слой — обычно сплав на основе свинца, олова или алюминия, воспринимающий нагрузки.
- Рабочий (антифрикционный) слой — тонкий покрытие из олова, свинца, индия или их сплавов, обеспечивающее низкое трение и приработку.
По типу рабочего слоя различают:
| Тип вкладышей | Материал рабочего слоя | Особенности |
|---|---|---|
| Биметаллические | Свинец-олово, алюминий-свинец | Простая конструкция, применяются в большинстве легковых двигателей |
| Трёхслойные (баббитовые) | Баббит на стальной подложке | Высокая прирабатываемость, используются в нагруженных узлах |
| Алюминиевые | Алюминиевый сплав | Хорошая коррозионная стойкость, применяются в дизельных двигателях |
¶Виды вкладышей
В зависимости от расположения в двигателе различают:
- Коренные вкладыши — устанавливаются в опорах блока цилиндров (или картера) и воспринимают нагрузки на коренные шейки коленчатого вала. Обычно имеют большую ширину и воспринимают более высокие нагрузки.
- Шатунные вкладыши — располагаются в головке шатуна и работают на шатунной шейке вала. Как правило, тоньше коренных, но работают при более высоких частотах нагружения.
- Опорные (упорные) вкладыши — воспринимают осевые нагрузки коленчатого вала, предотвращая его смещение вдоль оси. Обычно устанавливаются в одной из коренных опор.
¶Масляный зазор и натяг
Ключевой параметр установки вкладышей — масляный зазор между рабочей поверхностью вкладыша и шейкой вала. Он составляет доли миллиметра (как правило, 0,02–0,07 мм в зависимости от двигателя) и определяет возможность образования устойчивого масляного клина. Слишком большой зазор приводит к падению давления масла и стуку, слишком малый — к масляному голоданию и задиру.
Вкладыши устанавливаются в опоре с натягом: их наружный диаметр немного больше диаметра посадочного места, за счёт чего обойма плотно прижимается к стенкам опоры и не проворачивается. Перед сборкой вкладыши смазываются моторным маслом, а момент затяжки крышек коренных и шатунных подшипников строго регламентируется производителем двигателя.
¶Признаки износа
Основные симптомы, указывающие на необходимость замены вкладышей:
- Стук в нижней части двигателя, усиливающийся под нагрузкой и на холодную.
- Падение давления масла в системе смазки.
- Металлическая стружка в масле или на магнитной пробке.
- Видимый износ рабочего слоя: потемнение, проточки, выкрашивание антифрикционного покрытия.
Основные причины преждевременного износа — эксплуатация на некачественном или загрязнённом масле, перегрев двигателя, работа при повышенных нагрузках без прогрева, нарушение момента затяжки крепёжных болтов.
¶Ремонт и замена
При ремонте двигателя вкладыши, как правило, заменяются на новые, а шейки вала при необходимости шлифуются под ремонтный размер. Производители коленчатых валов выпускают вкладыши ремонтных размеров — на 0,25, 0,50, 0,75 и 1,00 мм меньше номинального, что позволяет восстановить посадку после шлифовки шеек. Подбор вкладышей осуществляется по номеру двигателя и фактическому диаметру шеек с помощью микрометра и индикатора часового типа.
¶История
До внедрения сменных вкладышей коленчатые валы опирались непосредственно в баббитовые втулки, запрессованные в блок. Появление сменных вкладышей в начале XX века позволило упростить ремонт: вместо замены втулок и перепрессовки достаточно было установить новые полуобоймы. В СССР вкладыши массово применялись на автомобильных двигателях ЗИЛ, ГАЗ, ВАЗ и других производителей; отечественные заводы освоили выпуск биметаллических вкладышей на основе алюминиево-свинцовой ленты.
Источники:
- Двигатели внутреннего сгорания: учебник под ред. В. М. Тавзияшвили
- Автомобильные двигатели: конструкция и расчёт, Л. Н. Ушаков
- Руководства по ремонту двигателей ВАЗ, ГАЗ, УАЗ
- Каталоги запасных частей ведущих производителей вкладышей (King Bearing, Glyco, Mahle, Clevite)