Вкладыши коленчатого вала: что должен знать о них автолюбитель?

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.

Рабочие характеристики мотора 21083

В теории технические характеристики ДВС 2108 должны были удовлетворять режимам передвижения трехдверного хэтчбэка ВАЗ 2108. На практике потребовался тюнинг, чтобы увеличить мощность, а чуть позже – снижение объема до 1,1 л для поставок «Восьмерки» на экспорт в страны со специальными требованиями к характеристикам ДВС.

Причем, модель 2108 проектировали немцы из концерна Порше под 5 ступенчатую МКПП, на большее бюджета завода производителя АвтоВАЗ не хватило, поэтому форсировка ДВС производилась отечественными конструкторами, результатом стал мотор 21083 объемом 1,5 л, а затем 21081 объемом 1,1 л.

Для последнего варианта создали специальный входной коллектор, как для двигателя экспортного исполнения. На модификацию 21083 монтировался впускной коллектор от 2108, что изначально неверно, поскольку не удовлетворяются потребности в качестве топливной смеси для формированного мотора. В мануал занесли те же требования, какое масло лить, и оставили прежними регламенты замены охлаждающих жидкостей.

На выходе характеристики двигателя получились следующими:

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.

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.

Как подбирать вкладыши на коленвал

Вам понадобится

• -вкладыш
• -паспорт сотрудника
• -документ об образовании или повышение квалификации

Инструкция

При оформлении вкладыша на титульном листе трудовой книжки следует поставить печать и указать, что сотруднику выдан вкладыш, проставить его серию и номер. Каждый новый вкладыш нужно оформлять отдельной печатью. Вкладыш действителен только с трудовой книжкой, на которой проставлена печать и стоят сведения о его выдаче.

Исправление неверных записей, произведенных во вкладыше, нужно производить в соответствии с правилами, которые указывают на исправление неверных записей в трудовой книжке. Под неправильной записью необходимо указать, что она неверна, поставить печать организации и подпись уполномоченного лица. Под следующим порядковым номером произвести верную запись.

Обратите внимание

Правила оформления и заполнения. Как правильно заполнять трудовую книжку? Все записи в трудовой книжке производятся без сокращений и имеют свой порядковый номер в пределах соответствующего раздела.  2 графа – дата записи арабскими цифрами (она должна соответствовать дате приема, перевода, увольнения и дате составления соответствующего документа (приказ, распоряжение и т.д.), а не тому дню, когда вы заполняете трудовую книжку).

Полезный совет

Как оформить трудовую книжку. Форма трудовой книжки и правила ее ведения (далее — правила) утверждены постановлением Правительства РФ от 16.04.2003 № 225 «О трудовых книжках». А инструкция по заполнению трудовых книжек содержится в постановлении Минтруда России от 10.10.2003 № 69 (далее — инструкция).  В случае если в трудовой книжке заполнены все страницы одного из разделов, в нее вшивается вкладыш. Оформлять и вести его нужно в том же порядке, что и трудовую книжку.

Функции

Детали вращения в устройстве двигателя внутреннего сгорания оснащаются подшипниками скольжения. Они выполняют различные задачи.

Так, коренные вкладыши необходимы для поддержки коленчатого вала и облегчения его вращения. Эти детали устанавливаются внутри блока цилиндров. Каждая деталь представляет собой полукольцо, а вкладыш состоит из двух половинок. Внутренняя поверхность имеет канавку – именно по ней поступает смазка. Также в теле вкладыша есть отверстие – оно необходимо для подачи масла к шейкам коленчатого вала.

Вкладыш шатунный необходим для обеспечения вращения шейки шатуна. Последний при работе двигателя заставляет коленчатый вал вращаться. Устанавливаются эти элементы в нижней головке шатунов.

Также можно выделить упорные кольца коленчатого вала – они призваны предотвратить осевые перемещения коленвала. Очень часто на разных моделях двигателей упорное кольцо является частью коренного вкладыша. Такая комбинированная деталь имеет особое название – вкладыш буртовой или фланцевый.

Втулки, установленные в верхней головке на шатуне, призваны обеспечить возможность для поршневого пальца. Он соединяет шатун и поршень. Имеются в ДВС и вкладыши распределительного вала. Они отвечают за поддержку и вращение распредвала. Детали можно увидеть в верхней части ГБЦ или в блоке цилиндров, где распредвал расположен внизу.

Вкладыши коренные и шатунные постоянно в процессе работы смазываются маслом – оно подается через технологические отверстия к поверхностям трения. Так обеспечивается гидродинамическое трение. Контакт между трущимися деталями отсутствует за счет масляной пленки между поверхностью вкладыша и рабочей поверхностью вала.

Причины поломки

Из-за высоких нагрузок данные части коленвала имеют повышенный риск поломки. Основными причинами возникающих проблем с данными элементами являются их физический износ и проворачивание. Первая считается естественной поломкой, поскольку со временем они имеют свойство стираться, это ведёт к большему ходу вала и сниженной подаче масла из-за низкого давления.

Вторая ситуация происходит потому, что пластина вкладышевого элемента слишком тонкая и при проворачивании он слипается с шейкой коленвала. Это фактически ведёт к поломке двигателя. Причины второго случая могут быть такими:

• предельные показатели вязкости смазки, попадание в неё вредных примесей или полное отсутствие таковой;
• плохое натяжение для поставленных подшипниковых крышек;
• смазка слишком жидкая;
• двигатель часто эксплуатируется в условиях регулярных перегрузок.

Всё это ведёт к поломке указанных компонентов и фактически делает невозможной эксплуатацию двигателя

Поэтому важно при обнаружении указанной неисправности заменить поломанные детали новыми и произвести их полноценную установку.

Что такое вкладыши коленвала?

Вкладыш коленчатого вала — деталь кривошипно-шатунного механизма двигателя внутреннего сгорания, подшипник скольжения, снижающий потери на трение и заклинивание деталей в местах контакта коленчатого вала с постелью блока двигателя и коленчатого вала с шатунами поршней. Применение подшипников скольжения обусловлено сложными условиями и высокими нагрузками, при которых подшипники качения (шариковые или роликовые) работали бы неэффективно и имели бы малый ресурс. Сегодня на большинстве силовых агрегатов используются вкладыши, и только на некоторых маломощных одно- и двухцилиндровых моторах в качестве опор коленвала находят применение подшипники качения.

На вкладыши коленвала возложено несколько основных функций:

• Снижение сил трения в месте контакта коленчатого вала, опор блока цилиндра и шатунов;
• Передача сил и моментов, возникающих в процессе работы двигателя — от шатунов на коленвал, от коленвала на блок двигателя и т.д.;
• Правильное распределение масла (образование масляной пленки) по поверхностям трущихся деталей;
• Правильная центровка и позиционирование деталей друг относительно друга.

Вкладыши коленвала играют важную роль в работе силового агрегата, но при этом они довольно просты в конструктивном плане.

Особенности конструкции

Основной особенностью ДВС по аналогии с образцом 2108 стало применение ременной передачи на шкив ГРМ. Кроме того, схема двигателя обладает нюансами:

• распредвал остался внутри ГБЦ, то есть сверху блока;
• использовано бесконтактное зажигание из распределителя, коммутатора и катушки;
• для снижения себестоимость применяются детали от 2108: коленвал, маховик и шатуны, впускной коллектор и блок;
• поршни созданы совместно с Kolbenschmitd и Porsche, вместо олова использовано микропрофильное покрытие, задерживающее смазку на поверхности;
• кольца хромируются для повышения ресурса;
• головка блока цилиндров с увеличенным размером клапанов 37 мм.

Затронула модернизация и помпу охлаждающей системы, но ресурс этого узла повысился незначительно. В результате увеличившиеся объемы камер сгорания добавили всего 6 л. с. мощности, но не были подобраны передаточные числа КПП и улучшена конструкция впускного коллектора. Для узнаваемости ДВС руководство АвтоВАЗ решило окрашивать блоки 21083 в синий цвет.

Разница между коренными и шатунными вкладышами

Необходимо знать, что есть два вида вкладышей. Это шатунные и коренные. Первые находятся между шатуном и шейкой коленвала. Коренной элемент похож на первый по своему предназначению. Однако он располагается там, где коленчатый вал проходит в корпусе двигателя. Вкладыши отличаются по своим размерам. Габариты зависят от типа ДВС, для которого конкретная деталь изготовлена. Существуют и специальные ремонтные вкладыши. Они отличаются от оригинальных новых, установленных в двигателе. Ремонтные вкладыши различаются лишь отметками, кратными 0,25 мм. Так, их размеры примерно такие — 0,25 мм, 0,5 мм, 0,75 мм, 1 мм.

Ремонт коленчатых валов

Шлифовка коленвала выполняется на вращающемся наждачным круге. В процессе работы вал поворачивают вокруг осей базирования то коренных, то шатунных шеек. Также необходимо следить за соблюдением межцентрового состояния и крайне бережно отнестись к сохранению форме галтелей, иначе ремонт может только ускорить разрушение коленчатого вала.

После шлифовки вал необходимо динамически отбалансировать в сборе с маховиком, чтобы избежать вибрации в  отремонтированном двигателе. Однако на практике это условие редко выполняется, особенно при индивидуальном ремонте.

В некоторых случаях устранить повреждения шеек шлифованием невозможно. Тогда можно рассмотреть вариант наплавке или напыления (в том числе — плазменного) с последующим шлифованием под нулевой (номинальный) размер. В зависимости от наплавляемого материала прочность шейки может даже повыситься по сравнению с заводскими значениями. На финальной стадии обработки шейки полируют и подвергают финишированию до получения оптимальной степени шероховатости.

Важно учитывать, что размеры шеек одного типа обязательно должны совпадать. Разные типы же могут иметь разные диаметры

Например, коренные могут быть второго ремонтного размера, а шатунные – третьего. Исключение – ситуации полевого ремонта, при котором шейки могут вообще не иметь стандартного ремонтного размера.

Также необходимо отметить, что специфика нагрузок, приходящихся на коленвал, часто вызывает его поломку. Чаще всего это случается из-за увеличения зазоров с вкладышем, что влечет за собой ухудшение смазки. Сломанный коленвал не ремонтопригоден и подлежит замене.

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.

Конструкция

Вкладыш коленвала представляет собой составную деталь из двух плоских металлических полуколец. В паре они полностью охватывают шейку коленвала. На одном из торцов полукольца имеется замок, с его помощью вкладыш фиксируется в посадочном месте. В упорных подшипниках делаются буртики — боковые стенки, которые также позволяют фиксировать деталь и не дают валу смещаться по оси.

В полукольцах имеется одно или два отверстия, через них осуществляется снабжение смазкой. На вкладышах, которые находятся со стороны масляного канала, делается продольная бороздка, по ней смазка поступает к отверстию.

Подшипник имеет многослойную структуру, в его основе — пластина из стали. С внутренней (рабочей) стороны на нее нанесено антифрикционное покрытие, обычно состоящее из нескольких слоев. Можно выделить два конструктивных подвида вкладышей — биметаллические и триметаллические.

У биметаллических на стальную основу толщиной от 1 до 4 мм нанесено антифрикционное покрытие 0,25…0,4 мм. В его составе обычно мягкие металлы — медь, олово, свинец, алюминий в разных пропорциях. Также возможны добавки цинка, никеля, кремния и иных веществ. Между основой и антифрикционным слоем часто имеется алюминиевый или медный подслой.

У триметаллического подшипника есть еще один тонкий слой из свинца с добавлением олова или меди. Он препятствует коррозии и снижает изнашивание антифрикционного слоя.

Для дополнительной защиты в процессе транспортировки и приработки на полукольца с обеих сторон может наноситься напыление из олова.

Структура вкладышей коленвала не регламентирована какими-либо стандартами и может отличаться у разных производителей.

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

Причины поломки

Конструктивные повреждения и износ в процессе эксплуатации – это самые распространенные причины для замены деталей. Несмотря на регулярное поступление смазки и аккуратную эксплуатацию мотора, данный процесс неизбежен. С течением времени утончается поверхность шеек, свободное пространство между ними становится больше, из-за этого коленвал приобретает свободный ход, снижается давление масла и, как следствие, его подача. Все это вызывает преждевременный выход из строя всей системы двигателя.

Прокручивание является второй причиной для проведения ремонтных работ. Многим доводилось слышать об этом или заниматься решением данной проблемы самостоятельно, но не все автовладельцы знают, из-за чего возникает такая ситуация. Вкладыши шатунные имеют тонкие пластины, которые ложатся в специальную постель. При этом небольшие выступы размещены по всей внешней поверхности полуколец, они должны соприкасаться с фронтальной частью блока, как это и происходит в новых моторах. Некоторые условия снижают сопротивляемость усиков по отношению к вкладышу, он прилипает к шейке коленвала и проворачивается. В такой ситуации работа двигателя прекращается. Стоит отметить наиболее частые причины ее развития:

• функционирование мотора сопряжено с постоянным превышением установленных нагрузок;
• смазка имеет слишком жидкую структуру;
• крышки подшипников стоят с низким натягом;
• отсутствие масла, его излишняя вязкость или же присутствие в составе абразивных соединений.