Шатунный подшипник: устройство, назначение, технические характеристики, особенности эксплуатации и ремонта

Двигатель внутреннего сгорания работает за счет вращения коленчатого вала. Он вращается под воздействием шатунов, которые передают усилия на коленвал от поступательных движений поршней в цилиндрах. Чтобы шатуны могли работать в паре с коленчатым валом, применяется шатунный подшипник. Это подшипник скольжения в виде двух полуколец. Он обеспечивает возможность вращения коленчатого вала и долгую эксплуатацию двигателя. Давайте подробно рассмотрим данную деталь.

Общее описание

Подшипник шатуна (он же вкладыш) представляет собой подшипник скольжения. Он устанавливается в нижней головке шатуна и охватывает шейку коленчатого вала. Деталь представляет собой два полукольца из стали с специальным напылением – оно снижает трение. В полукольцах имеются канавки для смазки, а в одном полукольце есть отверстие для подачи масла.

Непосредственного контакта с шейкой коленчатого вала шатунный подшипник не имеет. Детали трутся в особом гидродинамическом режиме за счет масляной пленки, образующейся в зазоре между шейкой вала и подшипником.

Условия работы вкладышей двигателя

Благодаря образованию масляной пленки предотвращается локальная концентрация нагрузок. Но если будут созданы определенные условия, то нормальный для подшипника гидродинамический режим будет изменен на смешанный. Это может произойти, если в двигателе недостаточное давление масла, узел испытывает огромные нагрузи, вязкость масла низкая, смазка перегревается, на поверхности вала и подшипника имеется повышенная шероховатость. Также смешанный режим может возникнуть по причине грязного масла, деформации и геометрических дефектов подшипников.

В этом смешанном режиме у шатунного подшипника может возникнуть контакт с поверхностью шейки коленчатого вала, что может в дальнейшем стать причиной задиров, повышенного износа, спекания вала с подшипником.

Материалы и их характеристики

Материалы для изготовления этих деталей обязаны иметь массу иногда противоречивых характеристик и свойств. Вообще материал определяет надежность и качество подшипника. Разница между разными моделями - в материале и антифрикционном напылении.

Так, материал должен иметь достаточную усталостную прочность – это максимальные циклические нагрузки, которые элемент способен выдерживать в течение неограниченного числа циклов. Если превысить данную нагрузку, то начнут появляться трещины по причине усталости металла.

Еще одно важное свойство – сопротивление материала схватыванию. Это способность материала для коренных и шатунных подшипников сопротивляться спеканию с металлом вала в процессе непосредственного контакта.

Стойкость к износу – это свойство материала хранить свои геометрические размеры, несмотря на наличие абразивов в смазке, а также при условии прямого контакта с коленчатым валом. Материал должен иметь прирабатываемость. Это означает, что подшипник должен компенсировать незначительные дефекты коленчатого вала и гнезда в шатуне за счет локального износа или деформации. Материал должен иметь свойство захватывать абразив и грязь, которая циркулирует в масле. Также важное качество – стойкость к коррозии.

Долгая и надежная работа шатунных подшипников двигателей достигается только при помощи соединения специалистами высокой прочности материала с мягкостью. Вкладыш должен быть одновременно мягким и в то же время твердым. Это может казаться парадоксальным, но современные изделия соединяют все эти характеристики.

Устройство подшипника

На самом деле материал, из которого изготавливают данные детали, гораздо важнее, чем геометрические характеристики. Подшипник скольжения устроен из нескольких слоев. Можно выделить биметаллические элементы и триметаллические.

Биметаллический вкладыш

Вкладыши шатунного подшипника изготовлены из стального основания. Сталь обеспечивает детали необходимую жесткость, а также натяг.

Далее идет второй слой – антифрикционное напыление. Оно достаточно толстое – толщина составляет 0,3 миллиметра. Толщина этого слоя очень важна для подшипника. Он может прирабатываться даже к большим дефектам вала. Подшипник имеет высокие абсорбционные свойства. Состав антифрикционного слоя – от шести до двадцати процентов олова, а также от двух до четырех процентов кремния. В сплаве могут содержаться и такие элементы, как никель, медь, марганец, ванадий.

Триметаллический вкладыш

Здесь кроме основания из стали имеется еще и промежуточный медный слой – он содержит кроме меди до 25 % свинца и до 5 % олова. Антифрикционное напыление выполняется из сплава на основе свинца и олова. Покрытие не толстое – около 20 мкм. Такая толщина придает усталостную прочность, но антифрикционные свойства снижены. Также между основным и промежуточным слоем вкладыш покрывается никелем – толщина составляет не более 2 мкм.

Особенности эксплуатации

В процессе эксплуатации шатунный подшипник изнашивается, и это первая причина, по которой его меняют. Как бы ни пытался автовладелец сберечь эти элементы, но законы физики берут свое, и избежать этого никак нельзя. Антифрикционный слой стирается, у коленчатого вала появляется свободный ход, снижается давление масла и количество смазки. В результате из-за повышенного трения возникают поломки.

Еще одна ситуация – проворачивание вкладышей. Это тоже причина для замены. Вкладыш просто слипается с шейкой коленчатого вала. Двигатель глохнет. Среди причин – густая смазка с большим количеством мусора, отсутствие масла, несоблюдение моментов затяжки шатунных подшипников.

Заключение

Как видно, вкладыши – это небольшие, но очень важные детали для беспроблемной работы двигателя. Без них бы двигатель попросту не работал. Это технологичные изделия, способные выдерживать высокие нагрузки, большие температуры и запредельные обороты. И именно по причине наличия вкладышей в двигателе нужно чаще менять масло – грязь убивает подшипники. Сами элементы стоят не так дорого, однако для их замены нужно полностью разбирать двигатель. Эта работа не из легких, требующая знаний, опыта и наличия большого количества времени.