Шатунные и коренные вкладыши

Вкладыш состоит

Стальное основание дает вкладышу жесткость и плотную посадку его в постели, держит форму при высоких температурах.

Промежуточный слой состоит из свинцовой бронзы, предназначен для подложки антифрикционного покрытия, а также служит для предотвращения задирав рабочего покрытия вкладыша.

Никелевый подслой ложится сверху промежуточного слоя. Его толщина 1-2 микрона. Никелевый подслой обладает антикоррозийными функциями, чтобы вкладыш не ржавел.

Антифрикционное покрытие – это рабочая поверхность вкладыша, где происходит трение поверхностей колен вала и вкладышей. Это покрытие имеет низкий коэффициент трения. Его изготавливают из свинцового сплава.

Попадание масла в охлаждающую жидкость

Наблюдается уменьшение уровня масла в двигателе, появляется масляная пленка в расширительном бачке, цвет охлаждающей жидкости меняется от серого до темно-коричневого.

Для проверки снять головку цилиндров, заполнить охлаждающую рубашку блока цилиндров водой и подать сжатый воздух в вертикальный масляный канал блока цилиндров (около отверстия под болт 5, см. рис. 22). Если в воде, заполняющей охлаждающую рубашку, наблюдаются пузырьки воздуха, то причины неисправности — раковины или трещины в перемычках между масляной магистралью и охлаждающей рубашкой блока цилиндров. В этом случае блок цилиндров необходимо заменить.

Если масляные каналы блока цилиндров герметичны, то, возможно, масло попадает в охлаждающую жидкость из масляных каналов головки цилиндров. В этом случае необходимо проверить герметичность головки цилиндров (см. главу «Основные неисправности механизма газораспределения»).

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.

Ремонт шатунов

Шатуны большинства автотракторных двигателей изготавливают из сталей 45, 40Х, 40Г и др. Основные дефекты шатунов: изгиб и скручивание стержня; износ отверстия нижней головки шатуна, втулки и отверстия верхней головки под втулку; износ опорных поверхностей крышки под гайки шатунных болтов и др.

Шатуны выбраковывают при наличии трещин, обломов, аварийных изгибов. Кроме того, шатуны двигателей СМД-60, СМД- 64 и их модификаций выбраковывают, если смяты треугольные шлицы на опорных поверхностях разъема нижней головки.

Изгиб и скрученность шатунов проверяют при помощи индикаторных и оптических приспособлений. В мастерских общего назначения для проверки шатунов используют приспособление КИ-724, которое является универсальным и позволяет контролировать шатуны двигателей разных марок. Перед проверкой в отверстие плиты 4 приспособления вставляют оправу 7. При этом опорная поверхность 8 оправки для нижней головки шатуна должна находиться вверху, а зажимной палец 5 — внизу. Шатун без втулки верхней головки закрепляют на оправке 7. В отверстие верхней головки шатуна предварительно вводят малую оправку приспособления. Установив призму 2 на малую оправку, перемещают шатун вместе с оправкой и призмой до тех пор, пока упор призмы не коснется поверхности плиты. В таком положении закрепляют оправку рукояткой 6. Затем снимают шатун с приспособления, а призму с индикатором устанавливают на оправку 7 и перемещают, пока упор призмы не коснется поверхности плиты и стрелка индикатора не повернется на 1,0-1,5 оборота. В этом положении стрелку верхнего индикатора устанавливают на ноль. Поворачивают призму на оправке так, чтобы измерительный стержень нижнего индикатора и второй упор соприкасались с плитой, и устанавливают на ноль стрелку другого индикатора.

Устанавливают шатун на оправке 7 так, чтобы его нижняя головка уперлась в ограничитель 3. Ставят призму на малую оправку верхней головки шатуна и подводят ее к плите. При касании упора призмы стрелка верхнего индикатора покажет величину изгиба в сотых долях миллиметра на длине 100 мм. Повернув призму другой стороной, нижним индикатором определяют величину скрученности шатуна.

Для шатунов дизелей всех марок изгиб не должен превышать 0,05 мм, а скрученность — 0,08 мм на длине 100 мм (расстояние между упором призмы и измерительным стержнем индикатора). Допустимый изгиб шатунов автомобильных двигателей 0,03 мм, допустимая скрученность 0,06 мм.

Шатуны, имеющие изгиб или скрученность, выходящие за допустимые значения, восстанавливают или выбраковывают. Допускается правка с подогревом стержня пламенем газовой горелки до температуры 450-500°С. Подогрев снимает внутренние напряжения в стержне шатуна, которые во время работы двигателя стремятся возвратить шатун в исходное (деформированное) состояние.

Износ отверстий нижней головки шатуна устраняют несколькими способами в зависимости от степени износа. Перед восстановлением проверяют опорные поверхности под головки шатунных болтов и гаек, а также плоскости разъема.

Опорные поверхности фрезеруют до выведения следов износа. Смятые или изношенные плоскости разъема фрезеруют или шлифуют до получения параллельности плоскостей с образующей отверстия. Непараллельность допускается не более 0,02 мм на всей длине плоскостей разъема.

Если слой металла, снятый шлифованием с плоскостей разъема крышки, не превышает 0,3 мм, а с плоскостей разъема шатуна 0,2 мм для дизелей и соответственно 0,4 и 0,3 мм для карбюраторных двигателей, то шатун собирают, затягивают гайки с нормальным усилием затяжки и растачивают, а затем шлифуют до номинального размера.

Если отверстия под вкладыши в шатунах изношены настолько, что с плоскостей разъема требуется снимать слой металла больший, чем указано выше, то отверстия восстанавливают наращиванием слоя металла (железнение, газопламенное напыление и др.) с последующей обработкой под номинальный размер.

Изношенное отверстие под втулку в верхней головке шатуна растачивают или развертывают до выведения следов износа и запрессовывают втулку увеличенного размера по наружному диаметру. Отверстие под втулку растачивают на станке УРБ-ВП-М или на токарном станке с помощью специального приспособления. После расточки втулку раскатывают роликовыми раскатниками на тех же станках. При растачивании оставляют припуск на раскатку 0,04-0,06 мм. Процесс раскатки уменьшает шероховатость поверхности и увеличивает прочность посадки втулки на 70—80%.

Изношенные втулки верхней головки шатуна восстанавливают обжатием с последующим наращиванием наружной поверхности меднением, осадкой в шатуне, термодиффузионным цинкованием с последующей механической обработкой.

Описание работы вкладышей

Перед тем как перейти к описанию признаков, причин и методов по устранению износа вкладышей, необходимо разобраться в их предназначении, видах и принципе работы.

Существует два типа вкладышей коленчатого вала — коренные и шатунные. По сути, вкладыши являются подшипниками скольжения, и в их задачи входит выдерживание значительных нагрузок, возникающих между шатуном и шейкой коленчатого вала. В современных машинах (в большинстве случаев) вкладыши сделаны из пластичных алюминиевых сплавов (обычно с алюминий с оловом). Сверху они покрыты антифрикционным составом.

Коренные вкладыши расположены между коленчатым валом и местом, где коленвал проходит непосредственно через корпус двигателя, в посадочных местах, так называемых “постелях”. Коренные вкладыши имеют в своей конструкции отверстия, предназначенные для лучшего отвода масла. То есть, коренные вкладыши являются подшипниками скольжения для коренных шеек коленчатого вала. А по факту на коренных вкладышах держится и вращается коленвал.

Шатунные вкладыши располагаются в нижней части головки шатунов. А шатуны, в свою очередь, закрепляются с помощью шатунных вкладышей на шатунных шейках коленчатого вала. Функция шатунных вкладышей заключается в том, что они являются подшипниками скольжения для нижних головок шатунов и шатунных шеек коленчатого вала.

Износ вкладышей подразумевает значительное увеличение их зазоров (чем больше увеличение — тем хуже). Вследствие этого падает давление в системе смазки двигателя. Обычно в таких случаях на приборной панели загорается лампочка (масленка), символизирующая о том, что давление масла значительно упало. Особенно часто это проявляется на горячем двигателе, когда вязкость масла минимальна. Водители в таких случаях говорят, что “подшипники не держат масло”. Износ вкладышей — очень опасная проблема, которая может привести к большому износу других деталей двигателя и мотора в целом. А это может привести к значительному уменьшению их ресурса и повреждению.

Звук от стука коренных вкладышей обычно глухой, с металлическим оттенком. Его легко выявить, когда двигатель работает на холостых оборотах, и после этого обороты резко увеличиваются (резко надавить на педаль газа). При этом на них идет большая нагрузка и появляется стук. Аналогично нужно поступить и с шатунными вкладышами.

Несложно найти, и в каком именно цилиндре стучат вкладыши. Для этого нужно поочередно отключать (выкручивать) свечи зажигания на бензиновом двигателе или форсунки топлива на дизельном. Если при какой-либо выкрученной свече упомянутый стук пропал, значит, в этом цилиндре и существует проблема.

Причины и признаки неисправности

Вкладыши могут выходить из строя по ряду причин. Разумеется, эксплуатационный ресурс вкладышей очень большой, так что автолюбители не так часто сталкиваются с необходимостью их замены. Но если поломка все же случилась, действовать нужно незамедлительно . Рекомендуется сразу обратиться на СТО, где двигатель сможет осмотреть специалист. Однако продлить эксплуатационный ресурс вкладышей автолюбитель может. Вот по каким причинам данные детали могут выходить из строя:

• Попадание инородных тел;
• Усталость металла;
• Износ вследствие проникновения олова;
• Коррозия поверхности;
• Грязевая эрозия;
• Недостаточное смазывание;
• Эрозия из-за кавитации;
• Несоостность.

Как видите, причин выхода из строя довольно много. Давайте рассматривать их по порядку. Касательно первой причины : если на рабочую поверхность вкладыша попадают инородные тела или же грязь, дальнейший износ вкладыша происходит ускоренно. Строго рекомендована очистка системы и замена подшипников, если они имеют критический износ. Касательно второй : усталость может быть вызвана как длительной эксплуатацией, так и чрезмерной нагрузкой на деталь. Стоит опасатьс я как установки низкокачественных вкладышей , так и недогорания топлива в камерах и неправильного тюнинга мотора. Кроме того, имеет смысл проверить форму шейки вала. Касательно третьей : если вкладыш перемещается на своем посадочном месте, в местах, где слой олова значителен, он может изнашиваться намного сильнее. Здесь рекомендован осмотр, очистные работы и корректировка. Касательно четвертой причины : ускоренный износ детали и появление на ней следов коррозии зачастую связано с применением низкокачественного моторного масла . При этом особняком стоит выход вкладышей из строя вследствие грязевой эрозии ( пятый пункт списка). На вид все просто: из-за скопления грязи на вкладышах, а в иных случаях и в области вокруг масляных отверстий, детали изнашиваются быстрее. На деле же причин, по которым в системе появляется так много грязи, несколько. Рекомендована замена масла, а также масляных и воздушных фильтров.

Одной из самых частых причин, по которой любые вкладыши приходится менять чаще обычного, кроется в невысоком качестве смазывания ( шестой пункт списка). Вследствие возникновения сухого трения вкладыши могут изнашиваться очень сильно. Рекомендуется проверить систему смазывания агрегата, а также убедиться в опор вкладышей и общей целостности вала. Касательно седьмой причины : проверьте, нет ли в моторном масле примесей антифриза от утечки. Также имеет смысл убедиться в правильности зазоров вкладышей . В иных случаях эрозия из-за кавитация может быть вызвана частой детонацией топлива и слишком большой скоростью тока моторного масла в системе. Сам вкладыш при этом будет иметь хорошо заметные точки вымывания. И, наконец, что касается восьмой причины : если вкладыш сильно изнашивается ближе к кромке, нужно проверить правильность расположения осей вкладышей и шейки.

Выявить поломку вкладыша зачастую удается лишь в самый последний момент. Именно по этой причине производители автомобилей рекомендуют периодически проводить диагностику двигателя, менять вкладыши, опционально производить шлифовку шеек коленчатого вала. Если вы слышите глухой металлический стук в районе двигателя, критически высока вероятность того, что его источником является вал с изношенными вкладышами. Как показала практика, стук шатунных вкладышей имеет высокую резкость и очень хорошо прослушивается, если вы удерживаете холостые обороты и затем резко подгазовываете.

Почему стучат

Распространённые причины возникновения стука

Чтобы определить, что стучат именно клапаны, необходимо определиться с причинами возникновения данного дефекта. Первой причиной стука может быть заводской брак. Этот вариант характерен для новых машин, которые были собраны недобросовестно. Следующим вариантом является чрезмерный износ деталей головки блока цилиндров за счет длительной работы. Также не стоит забывать про недобросовестное «нехозяйское» отношение к автомобилю, которое приводит к образованию множества поломок в двигателе.

Причины возникновения стука из-за износа

Одной из причин, по которым можно определить стук клапанов, является изменение (увеличение) зазора между кулачком распредвала и рычагом. За счет изменения зазора между деталями в головке блока цилиндров, распредвал начинает с инерцией ударять о рокер, и в результате этого возникает металлический стук в моторном отсеке. Этот неприятный момент чреват поломкой мотора в скором времени и дорогостоящим ремонтом.

Еще одним моментом, приводящим к клапанному звону, является заниженный зазор между вышеуказанными деталями. При этом клапан постоянно находится в зажатом состоянии и в скором времени перестаёт закрываться полностью. Это приводит к снижению компрессии и выходу из строя одного или группы цилиндров. Но определить это довольно сложно.Частой причиной звона клапанов является детонация в цилиндрах, которая создает отдачу во все элементы поршневой группы. За счет повышенной отдачи по деталям они начинают издавать металлический звон.

Определение износа вкладышей

Для определения износа тонкостенных вкладышей подшипников при помощи латунной пластинки проверяют зазор между вкладышами подшипников и шейками коленчатого вала. С проверяемого подшипника снимают крышку и очищают ее от смазки, а на вкладыш кладут смазанную маслом латунную пластину.

Затем крышку ставят на место и до отказа затягивают болтами. Болты остальных крышек при этом должны быть ослаблены, Пусковой рукояткой поворачивают коленчатый вал. При зазоре нормальной величины вал повертывается с трудом, или совсем не повертывается.

Если вал вращается легко, то вкладыши подлежат. замене. После замены вкладышей болты затягивают динамометрическим ключом. Допустимый зазор между шейкой вала и вкладышем обеспечивается подбором вкладыша по размеру шейки. Уменьшать зазор спиливанием крышек подшипников или помещая прокладки между вкладышами и гнездами нельзя.

Нельзя также увеличивать зазоры и путем шабровки вкладышей; это может привести к обнажению стальной ленты вкладыша и к повреждению шейки коленчатого вала. Конусность и овальность шеек коленчатого вала, а также наличие рисок и задиров на них выше допустимой величины устраняются шлифованием их под ремонтные размеры с установкой вкладышей соответствующих ремонтных размеров.

https://youtube.com/watch?v=u0gdblkC47c

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.

Нарушение натяга

Если провернуло вкладыши, причины могут быть и в этом. В серийных автомобилях, собранных на заводе квалифицированными специалистами, такого не будет. А вот если мотор уже ремонтировали, то, скорее всего, подбор вкладышей был выполнен неверно и натяг нарушился.

Когда мотор работает, вкладыши испытывают повышенный момент трения. Этот момент стремится провернуть вкладыш. А из-за пониженного усилия, которое удерживает деталь на месте, риск проворачивания увеличивается в разы. Под действием неравномерной нагрузки, слабая посадка подшипника трения заставляет вкладыш вибрировать. Также нарушается смазочная пленка. В результате деталь проворачивается, а удерживающий порожек не в состоянии воспрепятствовать этому.

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.