Почему застучал вкладыш?

Дефекты и поломки деталей двигателя создают для владельца автомобиля большие неприятности и выливаются в кругленькую сумму на ремонт. Но и сервисной станции капитальный ремонт двигателя способен принести немало хлопот. И дело не только в сложности конструкции некоторых двигателей и трудоемкости выполнения ремонтных работ. Просто ошибки обходятся дорого, а устранять неисправности по гарантии, если что-то случится с двигателем после ремонта, СТО придется за свой счет. Подобные происшествия иногда случаются, и нередко их причиной являются дефекты подшипников двигателя.

Подшипники в двигателе способны без каких-либо повреждений надежно работать многие сотни тысяч километров. Однако даже небольшое отклонение от нормальных условий работы рано или поздно приводит к выходу подшипников и, соответственно, всего двигателя из строя. Прежде чем разбираться, почему это происходит, надо выяснить...

Что такое подшипник?

Первое, что отметим, - речь идет о подшипнике скольжения, состоящем из вкладышей, установленных в отверстии корпуса - постели. Работа подшипника скольжения основана на эффекте "масляного клина": вращаясь, вал под действием нагрузки смещается относительно оси подшипника, что вызывает "затягивание" масла в сужающий зазор между валом и вкладышами. Вследствие этого вал "упирается" в масляный клин и при нормальной работе подшипника не касается вкладышей. Чем больше давление и вязкость масла в зазоре, тем большую нагрузку может выдерживать подшипник до соприкосновения поверхностей.

Давление масла в сужающейся части зазора во много раз больше, чем давление подачи, и может достигать 600-900 кг/см2. Тем не менее, давление подачи - тоже важный параметр: от него зависит количество масла, прокачиваемого через подшипник, и, соответственно, условия его охлаждения.

Нарушения в системе смазки, вызывающие снижение давления, приводят к разрушению масляной пленки, разделяющей детали. В подобных случаях возникают режимы полужидкостного и даже сухого трения, сопровождающиеся перегревом и повреждением поверхностей подшипника.

Вал и отверстие, образуемое вкладышами, должны иметь правильную геометрическую форму, при которой между ними обеспечивается определенный зазор (обычно 0,03-0,08 мм), а также гладкую поверхность. Увеличение зазора влечет за собой падение давления в системе смазки и ухудшение охлаждения подшипника. Еще хуже уменьшение зазора - оно вызывает соприкосновение и задир поверхностей.

Грубая обработка поверхностей вала и отверстия приводит к соприкосновению их отдельных участков даже при сравнительно небольших нагрузках, что вызывает нагрев элементов подшипника. Это грозит задиром - схватыванием материалов и их взаимным переносом, - после чего подшипник выходит из строя.

Один из важнейших факторов, определяющих работоспособность подшипника, - это материалы, из которых изготовлены его элементы. Наилучшее сочетание материалов следующее: "твердая" поверхность вала и "мягкая" - отверстия. Такое сочетание материалов снижает риск возникновения задиров, если вдруг возникнет контакт поверхностей (подобное возможно при запуске двигателя, когда масло еще не успевает поступить к подшипникам). Однако, несмотря на "мягкость", поверхность отверстия должна быть достаточно прочной, иначе возникающие нагрузки приведут к его разрушению.

Последние требования определяют конструкцию подшипника. Например, для коленчатого вала, где нагрузки и скорости вращения максимальны, обеспечить работоспособность подшипников удается только с помощью вкладышей, позволяющих добиться "мягкой" поверхности и низкого коэффициента трения при высокой усталостной прочности. Достигается это использованием многослойных вкладышей, где, к примеру, основной антифрикционный материал (бронза) через никелевый подслой покрыт тонким слоем мягкого баббитового сплава. А чтобы вкладыши длительное время могли держаться в постели с натягом (это необходимо для обеспечения правильной геометрии и отвода тепла), этот "бутерброд" наносят на прочную основу - стальную ленту. Широко известные у нас сталеалюминиевые вкладыши выполнены по тому же принципу: сплав алюминия с оловом одновременно обладает и "мягкостью", и прочностью, и хорошими антифрикционными свойствами.

И, наконец, работа подшипников во многом определяется свойствами моторного масла - вязкостью, температурной стабильностью, пакетом присадок. Однако в эксплуатации приходится учитывать не только эти параметры: масло может оказаться загрязненным твердыми частицами из-за плохой фильтрации. В таких ситуациях неизбежен абразивный износ рабочих поверхностей, увеличение зазора и в конечном счете - повреждение подшипника.

Заметим, что увеличение зазора в подшипнике свыше критической величины, составляющей в среднем 0,12-0,15 мм, вызывает стук. Он обычно проявляется на повышенных частотах вращения и под нагрузкой, усиливаясь при прогреве двигателя, когда падает вязкость масла. Дальнейшая эксплуатация двигателя с таким подшипником приводит к лавинообразному росту зазора за счет ударных нагрузок, сопровождаемых сильным нагревом, плавлением материала вкладыша и износом шейки вала. Последние, заключительные стадии этого процесса - проворачивание вкладышей и "выбрасывание" их остатков в поддон картера с неизбежным повреждением поверхности постели.