Вкладыши коленвала: назначение, виды, особенности проверки и замены

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.

Шатунный вкладыш – что это?

В ДВС есть одна очень высоконагруженная деталь. Это коленчатый вал. Элемент устанавливается не на традиционные подшипники. Из-за конструктивных особенностей используются подшипники скольжения. Конструкция этих самых деталей может быть разной. Но постоянное усовершенствование двигателей привело к тому, что сейчас используется лист из стали, покрытый специальным антифрикционным слоем.

Это и есть шатунный вкладыш. Данные элементы установлены в специальных местах – постелях. Вкладыши зафиксированы. Необходимость в фиксации этих деталей связана с тем, что на них имеются отверстия для движения масла. Они обязательно должны соответствовать аналогичным в постелях. Также при помощи фиксации обеспечивается трение на специальных, предназначенных для этого поверхностях. Шатунный вкладыш – это своего рода защитный элемент, благодаря которому значительно увеличивается срок эксплуатации коленчатого вала.

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.

Причины поломок шатунных вкладышей

Специалисты по ремонту двигателей внутреннего сгорания видят несколько причин, по которым подшипники скольжения проворачиваются. Зачастую это связано с излишне густым маслом, в которое попадают частички металла. Смазка со стружкой оказывает на вкладыши абразивное воздействие. Нередко случается и полное отсутствие масла. Особенно этим страдают автомобили с изношенными маслосъёмными кольцами. Часть смазки просто уходит «в трубу». В результате провернуло вкладыш и двигатель отправляется на ремонт. Могут быть недостаточно затянуты между собой крышки подшипников. И, наконец, еще одна причина. Это слишком жидкое масло. Особенно такие продукты вредны для моторов, работающих под высокими нагрузками.

Вопросы выбора и замены вкладышей коленвала

При подборе подшипников скольжения необходимо отталкиваться от модели двигателя, износа сопряженных деталей и наличия ремонтных вкладышей. Как правило, вкладыши изготавливаются для одного модельного ряда или даже одной модели двигателя, поэтому заменить их деталями от другого мотора нельзя (за редким исключением). Также нельзя использовать вкладыши без учета износа шеек коленвала, в противном случае ремонт обернется еще большими проблемами.

Перед выбором ремонтного размера подшипников нужно определить износ шеек коленвала и других сопряженных деталей (постели, головки шатуна, хотя они меньше подвержены износу). Обычно износ шеек происходит неравномерно, какие-то из них изнашиваются более интенсивно, какие-то — менее, однако для ремонта покупается комплект одинаковых вкладышей, поэтому все шейки должны стачиваться до одного размера. Выбор величины, до которой будут стачиваться шейки коленвала, зависит от наличия подшипников тех или иных ремонтных размеров, подходящих для данного конкретного двигателя. Для моторов с небольшим пробегом выбираются ремонтные размеры +0,25 или +0,5, для моторов со значительным пробегом может потребоваться стачивание до ремонтного размера +1,0, в старых моторах и того больше — вплоть до +1,5. Поэтому для новых двигателей обычно выпускаются вкладыши трех-четырех ремонтных размеров (до +0,75 или +1,0), а для старых можно найти вкладыши вплоть до +1,5.

Ремонтный размер вкладышей коленвала должен быть таким, чтобы при сборке двигателя между шейкой коленвала и поверхностью подшипника оставался зазор в пределах 0,03-0,07 мм. При меньшем зазоре высок риск заклинивания, при большем — повышается биение коленвала, увеличивается интенсивность износа деталей и общая шумность силового агрегата.

При правильном выборе подшипников скольжения для коленчатого вала двигатель даже при большом пробеге будет работать качественно и эффективно на различных режимах.

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.

Материалы

Вкладыш представляет собой стальную полосу с нанесенным на нее антифрикционным покрытием. В качестве этого покрытия применяются различные сплавы, в основе которых лежит медь, алюминий, свинец. Сплавы на основе алюминия и меди равноценные по несущим характеристикам, но сплавы алюминия и олова быстрее приработаются к шейке вала, меньше подвержены износу, меньше изнашивают шейку, имеют меньшую чувствительность к качеству масла.

В дизельных моторах применяют вкладыши на основе стали и алюминия. В качестве антифрикционного материала чаще выступают такие сплавы, как А020, А06. В карбюраторных бензиновых силовых агрегатах применяют сплавы АМО1-20 с промежуточным слоем из чистого алюминия. В большегрузных КамАЗах используются вкладыши шатунные из стали и бронзы. В качестве антифрикционного слоя примется сплав БрС30.

Детали, изготавливаемые из прочных материалов, дополнительно имеют очень тонкий слой свинца и олова. Слой, несмотря на толщину всего 0,02 миллиметра, позволяет значительно улучшить приспосабливаемость вкладыша к дефектам и деформациям шейки вала и лучше поглощать абразивные частицы. Повышается усталостная прочность базового антифрикционного покрытия.

Проворачивание шатунных вкладышей коленвала

Это тоже одна из популярных неисправностей. С такой проблемой столкнулось много автовладельцев. А вот о причинах знают далеко не все. Разберемся, что же случается с элементом. Пластина шатунных вкладышей достаточно тонкая.

Она устанавливается на специальное посадочное место. Наружные стенки на полукольцах имеют специальные выступы, которые еще в необкатанном и неразработанном двигателе упираются во фронтальную часть блока цилиндров. В определенный момент посадочное место просто не может удержать шатунный вкладыш. В результате типичная ситуация – провернуло вкладыш. Пластина не просто проворачивается, но и прилипает к шейке коленчатого вала. В этом случае мотор глохнет и больше не заведется.

Замена

Все официальные мануалы рекомендуют производить замену вкладышей коленвала с полным разбором двигателя, но на самом деле, это не обязательно. Все можно делать прямо на автомобиле. И если с шатунными подшипниками все более или менее понятно. Достаточно просто раскрутить головку, вытащить старую деталь, после чего установить новый вкладыш. То вот с остальными возникают вопросы, ведь на первый взгляд к ним не подобраться, не сняв коленвала. Но, тут приходит на помощь опыт флотских мотористов. На больших судовых дизелях длина коленвала может достигать 10-15 метров, соответственно, для замены подшипников его не снимают. Имеется неплохая методика, которая позволяет это делать непосредственно на двигателе. Задача автомеханика приспособить ее к своим целям.Перед началом работы нужно загнать автомобиль на эстакаду или смотровую яму. Это сделает доступ к мотору снизу абсолютно свободным. Также снимается защита (при наличии), и сливается масло. После этого можно приступать к замене:

• Снимается коробка. Лучше сделать это заранее. В некоторых случаях можно обойтись и без этого, но лучше подготовиться загодя, это позволит затратить меньше времени в дальнейшем;
• Снимается передняя крышка. Ослабляется ремень (цепь) привода распредвала. Лучше ее снять полностью;
• Демонтируется стартер;
• Далее необходимо снять поддон. В принципе, особых проблем с этой работой быть не должно. Но, на некоторых моделях будет мешать передняя балка. В таком случае, потребуется открутить подушки крепления мотора, и немного приподнять его. После этого можно свободно вытащить поддон;
• Так вы доберетесь до коленчатого вала. Обычно начинают замену с шатунных вкладышей. Тут все просто. Откручивают винты крепления головки, вытаскивают старые подшипники, после чего, устанавливают новые детали. Перед установкой следует смазать вкладыши моторным маслом;
• Перед заменой коренных подшипников, следует приспустить коленвал. Для этого, ослабляют его крепление к маховику. Достаточно приспустить его на 10-15 мм .;
• Далее вытаскивают вкладыши. Чтобы выполнить это, проще всего сделать приспособление, наподобие алюминиевой заклепки. Ее вставляют в отверстие для подачи смазки, и выталкивают подшипник наружу. Иногда, водители пользуются для этого стальными линейками, но в этом случае можно повредить рабочую поверхность коленвала.

После снятия вкладыша, обязательно осмотрите его состояние. Если виден простой износ без задиров, то можно спокойно ставить новые запчасти. В случае с наличием видимых повреждений, желательно снять коленвал, и отшлифовать его.Установка на место вкладышей у большей части моделей двигателей производится руками. Если это не удается, то можно воспользоваться том же приспособлением, который применяли для извлечения подшипников. Перед установкой смажьте вкладыши

Обратите внимание на правильность установки деталей, усик должен попасть в предназначенный для него паз.При сборке необходимо помнить, что затяжка винтов должна производиться с определенным производителем усилием. Поэтому, воспользуйтесь динамометрическим ключом для окончательной затяжки крепежей. Это позволит избежать самопроизвольного откручивания деталей

Заключение. Каждый автолюбитель хоть раз, но сталкивался с неисправностями мотора. Причем проявиться износ может и через 100000 километров, и через 500000. Тут многое зависит от конкретной модели, а также особенностей эксплуатации. Многие люди интересуются, как заменить вкладыши коленвала не снимая двигатель. Сделать это вполне возможно, но проще все же будет снять мотор, да и надежность ремонта непосредственно на машине будет хромать

Это позволит избежать самопроизвольного откручивания деталей. Заключение. Каждый автолюбитель хоть раз, но сталкивался с неисправностями мотора. Причем проявиться износ может и через 100000 километров, и через 500000. Тут многое зависит от конкретной модели, а также особенностей эксплуатации. Многие люди интересуются, как заменить вкладыши коленвала не снимая двигатель. Сделать это вполне возможно, но проще все же будет снять мотор, да и надежность ремонта непосредственно на машине будет хромать.

Триметаллические

В триметаллических шатунных вкладышах, кроме антифрикционного напыления, имеется и третий слой. Его толщина совсем небольшая – всего 0,012-0,025 мм. Он обеспечивает защитные свойства детали и улучшает антифрикционные характеристики. Напыление изготовлено чаще всего из сплава свинцово-медно-оловявнного.

Чаще всего свинца в таких сплавах содержится до 90%. Олово повышает коррозионную стойкость. Медь необходима для упрочнения покрытия. За счет низкой толщины покрытия, повышается усталостная прочность, но снижается антифрикционные характеристики. Особенно это заметно, если мягкое покрытие изношено.

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.

Конструкция вкладышей коленвала

Подшипник скольжения коленчатого вала — составной, содержит два металлических плоских полукольца, полностью охватывающих шейку коленвала (сверху и снизу). В этой детали выполняется несколько элементов:

• Отверстия (одно или два) для пропуска масла в масляные каналы в коленчатом валу и шатуне;
• Замки в виде шипов или пазов под штифты для фиксации подшипника в опоре постели коленвала или в нижней головке шатуна;
• Продольная канавка для подачи масла в отверстие (выполняется только на вкладыше, расположенном со стороны канала — это нижний коренной вкладыш и верхний шатунный вкладыш);
• В буртовых упорных вкладышах — боковые стенки (бурты) для фиксации подшипника и ограничения осевого перемещения коленчатого вала.

Вкладыш — это многослойная конструкция, основу которой составляет стальная пластина с нанесенным на ее рабочую поверхность антифрикционным покрытием. Именно данное покрытие обеспечивает снижение трения и длительный срок службы подшипника, оно изготавливается из мягких материалов и, в свою очередь, также может быть многослойным. Покрытие вкладыша за счет меньшей мягкости поглощает микроскопические частицы износа коленвала, предотвращает заклинивание деталей, образование задиров и т.д.

По конструкции вкладыши коленчатого вала делятся на две основные группы:

• Биметаллические;
• Триметаллические.

Наиболее просто устроены биметаллические подшипники. Их основу составляет стальная полоса толщиной 0,9-4 мм (в зависимости от типа и назначения детали, коренные подшипники — толще, шатунные — тоньше), на которую нанесен антифрикционный слой толщиной 0,25-0,4 мм. Данный слой изготавливается из медно-свинцово-оловянного (бронзового), медно-алюминиевого, медно-алюминиево-оловянного, алюминиево-кремниево-свинцового, алюминиево-кремниево-свинцово-оловянного или иных мягких сплавов с содержанием алюминия и меди до 75%, и олова (которое выступает в роли твердого смазочного материала) до 25%, также могут содержать небольшое количество никеля, кадмия, цинка и других металлов.

Триметаллические вкладыши помимо основного антифрикционного покрытия имеют покровный слой толщиной 0,012-0,025 мм (12-25 мкм), обеспечивающий защитные свойства (борется с коррозией и чрезмерным износом основного слоя) и улучшающие антифрикционные качества подшипника. Данное покрытие изготавливается из свинцово-оловянно-медного сплава с содержанием свинца 92-100%, олова до 12% и меди не более 3%.

Также в подшипниках скольжения могут присутствовать дополнительные слои:

• Верхний защитный слой из олова — чисто оловянное покрытие толщиной всего 0,5-1 мкм, обеспечивающее защиту от коррозии, жира и загрязнения во время транспортировки, установки и приработки вкладыша;
• Нижний защитный слой из олова — такой же слой, нанесенный с наружной стороны вкладыша (обращенной к опорам коленвала или внутренней части головки шатуна);
• Никелевый подслой (никелевый барьер, прокладка) — тонкий, не более 1-2 мкм слой никеля между основным антифрикционным покрытием и покровным слоем. Данный слой предотвращает диффузию атомов олова из покровного слоя в основной, что обеспечивает постоянство химического состава основного антифрикционного покрытия. При отсутствии никелевого барьера в основном покрытии может увеличиваться концентрация олова, что приводит к негативным изменениям характеристик подшипника.

Рассмотренная структура подшипников скольжения не является стандартом, многие производители предлагают свои уникальные схемы и конструкции. Например, основной антифрикционный сплав может наноситься на стальную основу не непосредственно, а через дополнительный подслой из алюминиевого или медного сплава, покровный слой может иметь разнообразный состав, в том числе без содержания свинца, и т.д.