Шатунний підшипник: пристрій, призначення, технічні характеристики, особливості експлуатації та ремонту

Двигун внутрішнього згоряння працює за рахунок обертання колінчастого валу. Він обертається під дією шатунів, які передають на колінчастий вал зусилля від поступальних рухів поршнів у циліндрах. Щоб шатуни працювали разом із колінчастим валом, використовується шатунний підшипник. Це підшипник ковзання у вигляді двох напівкілець. Забезпечує можливість обертання колінчастого валу та тривалу роботу двигуна. Розгляньмо цю деталь.

Загальний опис

Підшипник шатуна (також відомий як втулка) є підшипником ковзання. Він встановлений у нижній головці шатуна та закриває шийку колінчастого валу. Деталь складається з двох сталевих напівкілець зі спеціальним покриттям, що знижує тертя. Півкільця мають канавки для мастила, а одне півкільце має отвір для подачі олії.

Шатунний підшипник не має прямого контакту з шийкою колінчастого валу. Деталі труться спеціальним гідродинамічним чином за рахунок масляної плівки, що утворюється в просторі між шийкою валу та підшипником.

Умови роботи вкладишів двигуна

За рахунок утворення масляної плівки запобігає локальній концентрації зарядів. Але якщо створити певні умови, нормальний гідродинамічний режим підшипника зміниться на змішаний. Це може статися, якщо в двигуні недостатньо тиску масла, вузол зазнає великих навантажень, в'язкість масла низька, мастило перегрівається і збільшується шорсткість на валу та поверхні підшипника. Також змішаний режим може виникати через брудну олію, деформацію підшипників і геометричні дефекти.

У цьому змішаному режимі шатунний підшипник може контактувати з поверхнею шийки колінчастого валу, що може призвести до задирів, підвищеного зносу та спікання валу з підшипником.

Матеріали та їх характеристики

Матеріали для виготовлення цих деталей повинні мати багато характеристик і властивостей, які іноді суперечать один одному. Загалом матеріал визначає надійність та якість підшипника. Різниця між різними моделями полягає у матеріалі та антифрикційному покритті.

Тому матеріал повинен мати достатню стійкість до втоми: це максимальні циклічні навантаження, які може витримати елемент протягом необмеженої кількості циклів. При перевищенні цього навантаження почнуть з'являтися тріщини через втому металу.

Ще однією важливою властивістю є стійкість матеріалу до схоплювання. Це здатність матеріалу корінних та шатунних підшипників чинити опір спіканню з металом валу при прямому контакті.

Зносостійкістю називають властивість матеріалу зберігати свої геометричні розміри, незважаючи на присутність у мастилі абразивів, а також за умови прямого контакту з колінчастим валом. Матеріал має бути працездатним. Це означає, що підшипник повинен компенсувати незначні дефекти колінчастого валу та сідла шатуна за рахунок локального зношування або деформації. Матеріал повинен мати здатність вловлювати абразив і бруд, що циркулюють в маслі. Ще одна важлива якість – стійкість до корозії.

Довга, надійна робота шатунних підшипників двигуна досягається лише поєднанням високоміцних матеріалів з гладкістю спеціалістів. Підкладка повинна бути м'якою та жорсткою одночасно. Це може здатися парадоксальним, але сучасні продукти поєднують у собі всі ці риси.

Влаштування підшипника

Насправді матеріал, з якого виготовлені ці деталі, набагато важливіший за геометричні характеристики. Підшипник ковзання складається з кількох шарів. Розрізняють біметалічні елементи та триметалічні елементи.

Напівпідшипники шатуна виготовлені із сталевої основи. Сталь забезпечує деталям потрібну жорсткість, також герметичність.

Потім йде другий шар – антифрикційне покриття. Він досить товстий: товщина становить 0,3 мм. Товщина цього шару є дуже важливою для підшипника. Його можна прокатувати навіть за великих дефектів валу. Підшипник має високі поглинаючі властивості. До складу антифрикційного шару входить шість-двадцять відсотків олова, а також два-чотири відсотки кремнію. Сплав може містити такі елементи, як нікель, мідь, марганець, ванадій.

Тут, крім сталевої основи, є ще й мідний прошарок: крім міді в ній міститься до 25% свинцю і до 5% олова. Антифрикційне покриття виготовлене із сплаву на основі олова та свинцю. Покриття не товсте, близько 20 мікронів. Така товщина забезпечує втомну міцність, але знижуються антифрикційні властивості. Також між основним та проміжним шарами покриття покрите нікелем; товщина вбирається у 2 мкм.

Особливості експлуатації

У процесі експлуатації зношується шатунний підшипник, і це перша причина, через яку його змінюють. Хоч би як намагався автовласник вберегти ці предмети, закони фізики беруть своє і цього не уникнути. Антифрикційний шар стирається, колінчастий вал має вільний хід, знижується тиск олії та кількість мастила. В результаті через підвищене тертя виникають поломки.

Інша ситуація – поворот вкладишів. Це також привід заміни. Вкладиш просто приклеєний до шийки колінвалу. Двигун зупиняється. Серед причин – густе мастило з великою кількістю залишків, нестача олії, недотримання моментів затягування шатунних підшипників.

Висновок

Як бачите, вкладиші це дрібні деталі, але дуже важливі для безвідмовної роботи двигуна. Без них двигун просто б не працював. Це технологічні вироби, які здатні витримувати великі навантаження, високі температури та позамежні швидкості. І саме через наявність покриттів у двигуні потрібно частіше міняти масло – бруд убиває підшипники. Самі елементи не такі вже й дорогі, але для їх заміни необхідно повністю розбирати двигун. Робота ця непроста, потребує знань, досвіду та багато часу.