Все пак, там има лагери. И не просто каквито и да е, а много специфични. Те са издръжливи, но не вечни и когато се провалят, не можете да се справите, без да разберете същността на въпроса. Е, за професионалните ремонтници това е най-често срещаният проблем.
Как работи лагерът?
В съвременните автомобилни двигатели, плъзгащите лагери служат като опори за коляновите и разпределителните валове в почти всички случаи. Търкалящи лагери (топка, ролка, игла) те се използват за такива цели само в малки мотоциклетни двигатели.
Необходимата производителност на плъзгащите лагери се постига чрез използване на така наречения ефект на масления клин. Когато гладкият вал се върти, маслото се подава в пролуката между вала и отвора. Тъй като натоварването, действащо върху вала, причинява неговото ексцентрично изместване, маслото се изтегля в стесняващата се част на процепа и образува маслен клин, предотвратявайки контакта на вала със стените на отвора. Колкото по-голямо е налягането и вискозитетът на маслото в междината, толкова по-голямо е натоварването (преди повърхностите да се докоснат) може да издържи на плъзгащ лагер.
Внимание! Действителното налягане на маслото в зоната на клина достига 50–80 MPa (500–800 kg/cm²), а в някои конструкции дори повече. Това е стотици пъти по-високо, отколкото в системата за доставки (система за смазване на двигателя). Не бива обаче да се мисли, че захранващото налягане има малък ефект върху работата на лагера. Колкото по-високо е то, толкова по-интензивно маслото се изпомпва през лагера и толкова по-добре се охлажда.
При определени условия, работа с ниско триене (нарича се още течност) може да бъде нарушено. Това се случва, когато вискозитетът на маслото намалее, например поради прегряването му поради недостатъчно подаване, а скоростта на коляновия вал намалява с увеличаване на натоварването.
Често, особено след ремонт на двигателя, неоптималната геометрия на агрегата също играе роля. При леко отклонение на формата на повърхността от цилиндрична, при несъосност на осите и други дефекти на частите, е възможно локално увеличение на специфичното натоварване (т.е. натоварването, отнасящо се до площта на повърхността) над допустимата граница. След това масленият филм на тези места става тънък и повърхностите на вала и лагера започват да се докосват по микронеравности. Възниква полутечен режим на смазване, характеризиращ се с увеличаване на триенето и постепенно нагряване на лагера. Това може да доведе до така нареченото гранично триене с пълен контакт на триещите се повърхности, което ще доведе до прегряване, заклинване (издраскване), залепване, топене и разрушаване на лагера.
Ясно е, че режимът на гранично триене е неприемлив при експлоатация. Въпреки това, това се случва, когато подаването на масло е нарушено, и това най-често се случва поради липса на масло в картера: или поради недоглеждане на водача, или поради повреда на картера в резултат на удар в препятствие.
Режимът на полутечно смазване е допустим само за кратък период от време, когато няма време да повлияе на износването на лагера. Пример: стартиране на студен двигател. Въпреки това, тук има и друга опасност: при много ниски температури маслото може да стане твърде вискозно и възстановяването на нормалния поток отнема твърде много време (20–30 секунди или повече). В този случай дори полутечна смазка може значително да повлияе на износването на компонентите.
Подобренията в дизайна на автомобилните двигатели са свързани с постоянно увеличаване на скоростта на коляновия вал и увеличаване на мощността на двигателя. В същото време се наблюдава тенденция към увеличаване на компактността на конструкциите, включително намаляване на ширината и диаметъра на лагерите. Това означава, че специфичните напрежения в фрикционния възел се увеличават. И тъй като натоварването върху лагера по време на работа на двигателя циклично се променя по величина и посока, вероятността от така наречената умора на частите се увеличава. За да се осигури работата на лагерите при такива условия, са необходими специални конструкции, материали и технологии.
Как работи плъзгащият лагер
Обикновено лагерите на коляновия вал в съвременните двигатели са изработени под формата на тънкостенни облицовки или втулки с дебелина от 1,0 до 2,5 мм (рядко повече). Корпусите на основните лагери на коляновия вал са направени по-дебели поради необходимостта от поставяне на кръгъл канал в тях за подаване на масло към лагерите на мотовилките. Общата тенденция е намаляване на дебелината на лагерните черупки, която сега е средно 1,8–2,0 мм за основните лагери и 1,4–1,5 мм за мотовилковите лагери. Колкото по-тънки втулки, толкова по-добре те да са близо до повърхността на корпуса, носещи (леглото), толкова по-добре изпада топлина от назарет, по-точно геометрията, по-малко от допустимото междина и шум при работа, повече ресурс и възел.
За да се гарантира, че вложката ще приеме точната форма на леглото при монтажа, тя трябва да бъде опъната според диаметъра на леглото, когато е в свободно състояние (така нареченото изправяне) и нецилиндрична форма с променлив радиус. Освен това, за да се осигури добро прилягане към повърхността и да се предотврати въртене, е необходимо опъване и по дължината на облицовката – това се нарича изпъкналост. Всички тези параметри зависят от дебелината, ширината и диаметъра на лагерните черупки. Изправянето е средно 0,5–1,0 мм, а издатината е 0,04–0,08 мм. Това обаче не е достатъчно за надеждна работа на лагера. Близо до разделителната линия дебелината на облицовките се намалява с 0,010–0,015 мм, за да се избегне образуването на надрасквания в тези области. Одрапване може да възникне поради деформация на отвора на корпуса на лагера в блока на цилиндъра под работно натоварване, когато работната хлабина в лагера е малка.
Материалите за облицовките могат да варират. Изборът им зависи от избора на материал на коляновия вал и неговата термична обработка, степента на усилване на двигателя и определения експлоатационен живот. До известна степен тук играят роля и традициите на автомобилната компания.
Обшивките винаги са направени многослойни. Ядрото на лагерната обвивка е стоманена лента, която осигурява здраво и сигурно закрепване в корпуса на лагера. Слой се нанася върху основата, използвайки различни методи (или няколко слоя) специален антифрикционен материал с дебелина 0,3–0,5 мм. Основните изисквания към антифрикционния материал са ниско триене върху вала, висока якост и топлопроводимост (т.е. способността за ефективно разсейване на топлината от повърхността на вала към корпуса на лагера). Първото изискване се изпълнява най-добре от меки метали, като например сплави с високо съдържание на калай и олово (по-специално, широко известните бабити).
В миналото бабитите са били широко използвани в двигатели с ниска мощност и ниска скорост. С увеличаването на натоварванията, здравината на такива облицовки с дебел слой бабит се оказа недостатъчна. Проблемът е решен чрез замяна на целия този слой с един вид "сандвич" – оловно-калаен бронз, покрит с тънък (0,03–0,05 мм) слой от същия бабит. Подплатата е станала многослойна.
В съвременните двигатели, облицовките от стомана, бронз и бабит обикновено се изработват в четири слоя (има и много тънък слой никел под бабита) или дори петслойни, когато за подобряване на полирането върху работната повърхност се нанася много тънък слой калай. Точно така изглеждат лагерите на много чуждестранни двигатели.
Наред с това, широко разпространение са получили и стоманено-алуминиевите облицовки. Антифрикционният материал тук е сплав от алуминий с калай, олово, силиций, цинк или кадмий, както със, така и без покрития. Най-често използваната сплав в световната практика е алуминият с 20% калай без покритие. Издържа добре на високите натоварвания и скорости на въртене на съвременните двигатели, включително
дизелови двигатели и същевременно има задоволителна "мекота". Стоманено-алуминиевите лагери обаче са по-твърди от бабитовите (или с бабитово покритие), следователно по-склонни към износване при условия на недостатъчно смазване.
Спомагателните двигатели и двигателите с разпределителен вал обикновено се въртят с по-ниска скорост от коляновите валове и изпитват много по-ниски натоварвания, така че условията им на работа са по-лесни. Втулките и обшивките на тези валове обикновено са изработени от материали, подобни на описаните. Освен това тук понякога се използва бабит или непокрит бронз. Често тези лагери изобщо нямат втулки или облицовки и се образуват директно чрез пробиване на отвори в главата на цилиндъра. В такива конструкции главата е изработена от алуминиево-силициева сплав, която има добри антифрикционни свойства.
Общото за лагерите в съвременните двигатели, особено когато става въпрос за лагери на коляновия вал, е, че материалът и конструкцията на лагерите трябва да съответстват на материала и условията на работа на вала (скорост на въртене, натоварвания, условия на смазване и др.). Следователно, произволната подмяна на части, когато например по време на ремонт се монтират облицовки от друг двигател, не може да се препоръча. В противен случай, трайността на ремонтирания уред може да бъде много кратка. за да вземете решение за подобна стъпка, е необходимо да разполагате със съответната информация.
Втулките на плъзгащите лагери са много прецизни (прецизност) за да се осигурят малки, но добре дефинирани (средно 0,03–0,06 mm) работни хлабини на лагерите, дебелината на лагерната обвивка се поддържа по време на производството с точност от приблизително 5–8 µm, а дължината на обвивката се поддържа с точност от 10–20 µm. Неспазването на тези изисквания може да доведе до промени в работната хлабина на лагера или до херметичност на прилягането на обвивката в корпуса, което е неприемливо, тъй като може да намали надеждността и експлоатационния живот на целия двигател.
Кой произвежда плъзгащи лагери?
Сложността на целия набор от проблеми, свързани със създаването на висококачествени автомобилни плъзгащи лагери, доведе до постепенното им прехвърляне на производството към специализирани фирми. В чужбина много от тези компании едновременно произвеждат и други части за двигатели, като доставките се осъществяват както до поточните линии на автомобилните заводи, така и за продажба под формата на резервни части. Някои фирми от този вид са част от известни транснационални производствени и търговско-промишлени корпорации. Сред водещите световни производители на плъзгащи лагери за двигатели най-забележителните са Kolbenschmidt (KS), Glyco, TRW, Sealed Power, Glacier, Clevite и Bimet. През последните години утвърдени компании като Mahle и Goetze също започнаха да произвеждат лагери. Сред по-новите компании си струва да се спомене специализираната фирма King (Израел), която започва да произвежда лагери в началото на 80-те години на миналия век. Повечето от изброените производители произвеждат широка гама от лагери и доставят продуктите си като резервни части навсякъде, включително и на нашия пазар (чрез дилъри или търговски фирми на едро). Разбира се, това са лагери за двигатели на чуждестранни автомобили – европейски, японски и американски.
В продажба можете да намерите както стандартни, така и различни размери за ремонт на облицовки (различаващи се от стандартните, като правило, с не повече от 0,75 мм) за най-често срещаните модели. За по-рядко срещани модели, както и когато е необходимо да се закупят облицовки с по-голям размер за ремонт, обикновено трябва да направите поръчка и да изчакате средно 5-10 дни (тези условия варират между различните търговски компании).
Качеството на такива продукти обикновено не поражда никакви съмнения нито по отношение на геометрията, нито по отношение на материалите. Ако обаче има избор и съмнения относно това на кой производител да се даде предпочитание, трябва да имате предвид следното. Компании като Kolbenschmidt, Glyco, Glacier са едни от основните доставчици за масово производство. Когато купувате техните продукти, можете дори да получите същите лагери, които се монтират в двигателите "при раждането". Единствената разлика е липсата на логото на производителя на превозното средство върху новите части. Между другото, търся "роднини" (или така нареченият оригинал) ремонтните размери на облицовките може да се окажат проблематични. Не всички автомобилни компании доставят ремонтни лагери като резервни части, а цената на лагерите в "оригинална" опаковка обикновено е значително по-висока от тази на лагерите директно от производителя.
Вложките от други, по-малко реномирани компании обикновено са по-евтини, въпреки че ще бъде трудно да се открият разлики в качеството на производство. Освен това, ако има избор, тогава тук можете да опитате да вземете предвид условията на работа на автомобила. Така че, сравнително евтините облицовки, колкото и да е странно, са малко по-устойчиви на нискокачествени масла и маслени филтри, които се намират в нашите магазини и пазари, отколкото по-скъпите, изработени от стомана, бронз и бабит. Това е демонстрирано, по-специално, чрез използването на стоманено-алуминиеви лагери King при ремонти вместо стандартните бронзово-бабитови: подобна подмяна не влияе на надеждността на двигателите, но позволява значителни икономии.