14.8.8.1. Как работает подшипник
В современных автомобильных двигателях опорами для коленчатых и распределительных валов почти исключительно служат подшипники скольжения. Подшипники качения (шариковые, роликовые, игольчатые) применяют для подобных целей лишь в небольших мотоциклетных моторах.
Необходимая работоспособность подшипников скольжения достигается использованием так называемого эффекта масляного клина. При вращении гладкого вала в зазор между валом и отверстием подается масло. Поскольку нагрузка, действующая на вал, вызывает его эксцентричное смещение, масло как бы затягивается в суживающуюся часть зазора и образует масляный клин, препятствующий соприкосновению вала со стенками отверстия. Чем больше давление и вязкость масла в зазоре, тем большую нагрузку (до соприкосновения поверхностей) выдерживает подшипник скольжения.
Фактическое давление масла в зоне клина достигает 50–80 МПа (500–800 кг/см2), а в некоторых конструкциях и больше. Это в сотни раз выше, чем в подающей системе. Однако не следует думать, что давление подачи мало влияет на работу подшипника. Чем оно больше, тем интенсивнее идет прокачка масла через подшипник и тем лучше его охлаждение.
При определенных условиях режим работы с минимальным трением (его также называют жидкостным) может быть нарушен. Это случается при понижениее вязкости масла (например, из-за его перегрева вследствие недостаточной подачи) и снижении частоты вращения при возрастании нагрузки.
Нередко, особенно после ремонта двигателя, сказывается и неоптимальная геометрия узла. При незначительном отклонении формы поверхностей от цилиндрической, при перекосе осей и других дефектах деталей возможно местное возрастание удельной нагрузки (то есть нагрузки, отнесенной к площади поверхности) выше допустимого предела. Тогда пленка масла в этих местах становится тонкой, а поверхности вала и подшипника начинают соприкасаться по микронеровностям. Возникает режим полужидкостной смазки, характеризующийся возрастанием трения и постепенным разогревом подшипника. Дальше это может привести к так называемому граничному трению с полным соприкасанием поверхностей, следствием которого будет перегрев, схватывание (задиры), заедание, расплавление и разрушение подшипника.
Понятно, что в эксплуатации режим граничного трения неприемлем. Тем не менее он появляется при нарушении подачи масла, а это чаще всего происходит из-за его нехватки в картере, то есть либо вследствие недосмотра водителя, либо при повреждении поддона картера в результате наезда на препятствие.
Режим полужидкостной смазки допустим лишь на короткое время, когда он не успевает сказаться на износе подшипника. Пример – пуск холодного двигателя. Правда, тут есть другая опасность: при очень низкой температуре масло можеты быть слишком вязким и его нормальная подача восстанавливается долго (20–30 секунд и более). Тут уже полужидкостная смазка способна заметно повлиять на износ деталей.
Совершенствование автомобильных двигателей связано с постоянным ростом частоты вращения и увеличением мощности. Одновременно наблюдается повышение компактности конструкций, в том числе уменьшение ширины и диаметра подшипников. Это значит, что удельные напряжения в узле растут. А поскольку нагрузка на подшипник при работе двигателя циклически изменяется по величине и направлению, становится реальным так называемое усталостное разрушение деталей. Чтобы обеспечить работоспособность подшипников в таких условиях, требуются специальные конструкции, материалы и технологии.
