Sú tam však ložiská. A nie len tak hocijaké, ale veľmi špecifické. Sú odolné, ale nie večné a keď zlyhajú, nezaobídete sa bez pochopenia podstaty veci. Pre profesionálnych opravárov je to jednoducho bežná záležitosť.
Ako funguje ložisko?
V moderných automobilových motoroch sú kľukové hriadele a vačkové hriadele takmer výlučne uložené v klzných ložiskách. Valivé ložiská (guľôčka, valček, ihla) používajú sa na takéto účely iba v malých motocyklových motoroch.
Požadovaný výkon klzných ložísk sa dosahuje využitím tzv. efektu olejového klinu. Keď sa hladký hriadeľ otáča, olej sa privádza do medzery medzi hriadeľom a otvorom. Keďže zaťaženie pôsobiace na hriadeľ spôsobuje jeho excentrické posunutie, olej je vťahovaný do zužujúcej sa časti medzery a vytvára olejový klin, ktorý zabraňuje kontaktu hriadeľa so stenami otvoru. Čím väčší je tlak a viskozita oleja v medzere, tým väčšie je zaťaženie (predtým, ako sa povrchy dotknú) odoláva klznému ložisku.
Skutočný tlak oleja v klinovej zóne dosahuje 50 – 80 MPa (500 – 800 kg/cm²), a v niektorých prevedeniach aj viac. To je stokrát viac ako v kŕmnom systéme. Nemalo by sa však myslieť, že prívodný tlak má malý vplyv na činnosť ložiska. Čím je väčšia, tým intenzívnejšie sa olej prečerpáva cez ložisko a tým lepšie je jeho chladenie.
Za určitých podmienok, režim prevádzky s nízkym trením (nazýva sa aj tekutý) môže byť porušené. Toto sa stane, keď sa zníži viskozita oleja (napríklad kvôli jeho prehriatiu v dôsledku nedostatočného napájania) a zníženie rýchlosti otáčania so zvyšujúcim sa zaťažením.
Často, najmä po opravách motora, zohráva úlohu aj neoptimálna geometria jednotky. Pri miernej odchýlke tvaru povrchov od valcového, so skosením osí a inými chybami častí je možné lokálne zvýšenie špecifického zaťaženia (to znamená zaťaženie vzťahujúce sa na plochu povrchu) nad povolený limit. Potom sa olejový film na týchto miestach stenčí a povrchy hriadeľa a ložiska sa začnú dotýkať pozdĺž mikrodrsností. Vzniká polokvapalný mazací režim, ktorý sa vyznačuje zvýšením trenia a postupným zahrievaním ložiska. To potom môže viesť k tzv. okrajovému treniu s úplným kontaktom povrchov, čo bude mať za následok prehriatie, zadretie (oder), zaseknutie, roztavenie a zničenie ložiska.
Je zrejmé, že režim hraničného trenia je v prevádzke neprijateľný. Objavuje sa však, keď je prerušený prívod oleja, a to najčastejšie kvôli jeho nedostatku v kľukovej skrini, teda buď kvôli dohľadu vodiča, alebo keď je olejová vaňa poškodená v dôsledku nárazu do prekážky.
Režim polokvapalného mazania je prípustný iba krátkodobo, keď nemá čas ovplyvniť opotrebovanie ložiska. Príklad: štartovanie studeného motora. Je pravda, že tu hrozí ďalšie nebezpečenstvo: pri veľmi nízkych teplotách môže byť olej príliš viskózny a jeho normálne zásobovanie trvá dlho, kým sa obnoví (20 – 30 sekúnd alebo viac). Tu už môže polotekuté mazivo výrazne ovplyvniť opotrebovanie dielov.
Zlepšovanie automobilových motorov je spojené s neustálym zvyšovaním otáčok a výkonu. Zároveň sa pozoruje zvýšenie kompaktnosti konštrukcií vrátane zmenšenia šírky a priemeru ložísk. To znamená, že špecifické napätia v uzle sa zvyšujú. A keďže zaťaženie ložiska počas prevádzky motora cyklicky mení veľkosť a smer, stáva sa realitou tzv. únavové porušenie súčiastok. Na zabezpečenie výkonu ložísk za takýchto podmienok sú potrebné špeciálne konštrukcie, materiály a technológie.
Ako to funguje
Ložiská kľukového hriadeľa v moderných motoroch sa zvyčajne vyrábajú vo forme tenkostenných vložiek alebo puzdier s hrúbkou 1,0-2,5 mm (zriedka viac). Puzdrá hlavných ložísk kľukového hriadeľa sú vyrobené hrubšie kvôli potrebe umiestniť kruhovú drážku na prívod oleja do ložísk ojnice. Všeobecným trendom je zmenšovanie hrúbky ložiskových pántov, ktorá je teraz v priemere 1,8 – 2,0 mm pre hlavné ložiská a 1,4 – 1,5 mm pre ojničné ložiská. Čím tenšie sú vložky, tým lepšie priliehajú k povrchu puzdra (lôžka), tým lepší je odvod tepla z ložiska, tým presnejšia je geometria, tým menšia je prípustná medzera a hluk počas prevádzky, tým dlhšia je životnosť jednotky.
Aby vložka po inštalácii do lôžka zaujala presný tvar, musí byť vo voľnom stave napnutá podľa priemeru lôžka (tzv. narovnávanie)a nevalcový tvar s premenlivým polomerom. Okrem toho, pre dobrú priľnavosť k povrchu a zabránenie otáčania je potrebné aj napätie pozdĺž dĺžky vložky – to sa nazýva vyčnievanie. Všetky tieto parametre závisia od hrúbky, šírky a priemeru vložiek, pričom narovnanie je v priemere 0,5 – 1,0 mm a presah 0,04 – 0,08 mm. To však stále nestačí na to, aby ložisko spoľahlivo fungovalo. V blízkosti konektora sa hrúbka vložiek zmenší o 0,010 – 0,015 mm, aby sa v týchto oblastiach zabránilo ryhovaniu. Môžu sa objaviť v dôsledku deformácie otvoru v telese pôsobením pracovného zaťaženia, keď je pracovná vôľa v ložisku malá.
Materiály pre vložky sa môžu líšiť. Ich výber je spojený s materiálom kľukového hriadeľa a jeho tepelným spracovaním, stupňom preplňovania motora a stanovenou životnosťou. Do istej miery tu zohrávajú úlohu aj tradície automobilky.
Vložky sú vždy vyrobené viacvrstvové. Základom vložky je oceľový pás, ktorý zaisťuje pevnosť a spoľahlivosť uloženia v puzdre. Na podklad sa rôznymi metódami nanáša vrstva (alebo vrstvy) špeciálneho antifrikčného materiálu s hrúbkou 0,3-0,5 mm. Hlavnými požiadavkami na antifrikčný materiál sú nízke trenie na hriadeli, vysoká pevnosť a tepelná vodivosť (to znamená schopnosť dobre viesť teplo z povrchu do ložiskového telesa). Prvú požiadavku najlepšie spĺňajú mäkké kovy, ako sú zliatiny s vysokým obsahom cínu a olova (najmä všeobecne známe babitky).
V minulosti sa babity hojne používali v nízkovýkonných motoroch s nízkymi otáčkami. S rastúcim zaťažením sa ukázalo, že pevnosť takýchto vložiek s hrubou vrstvou babbittu je nedostatočná. Problém bol vyriešený nahradením celej tejto vrstvy akýmsi sendvičom - olovnato-cínovým bronzom pokrytým tenkou vrstvou (0,03 – 0,05 mm) vrstva toho istého babittu. Vložka sa stala viacvrstvovou. V moderných motoroch sa vložky "oceľ-bronz-babbitt" zvyčajne vyrábajú v 4 vrstvách (pod babitom je stále veľmi tenká podvrstva niklu) a dokonca aj 5-vrstvový, keď sa na pracovnú plochu nanesie tenká vrstva cínu, aby sa zlepšil zábeh. Presne takto vyzerajú ložiská na mnohých zahraničných motoroch.
Spolu s tým sa široko používali aj oceľovo-hliníkové vložky. Antifrikčným materiálom je tu zliatina hliníka s cínom, olovom, kremíkom, zinkom alebo kadmiom, a to s povlakmi aj bez nich. Najčastejšie používanou zliatinou vo svetovej praxi je hliník s 20 % cínu bez povlaku. Odoláva vysokému zaťaženiu a otáčkam moderných motorov vrátane dieselových a zároveň má uspokojivú "mäkkosť". Oceľovo-hliníkové vložky sú však tvrdšie ako babitové (alebo s babitovým náterom), preto sú náchylnejšie na odieranie v podmienkach nedostatočného mazania.
Pomocné a vačkové hriadele motorov sa zvyčajne otáčajú s nižšou frekvenciou ako kľukové hriadele a sú vystavené oveľa menšiemu zaťaženiu, takže ich prevádzkové podmienky sú jednoduchšie. Vložky a puzdrá týchto hriadeľov sú zvyčajne vyrobené z materiálov podobných tým, ktoré sú opísané vyššie. Okrem toho sa tu niekedy používa babbitt alebo nepotiahnutý bronz. Tieto ložiská často vôbec nemajú puzdrá ani vložky a sú tvorené priamo vyvŕtaním otvorov v hlave valcov. V takýchto prevedeniach je hlava vyrobená zo zliatiny hliníka a kremíka, ktorá má dobré antifrikčné vlastnosti.
Spoločným znakom moderných ložísk motorov, najmä pokiaľ ide o ložiská kľukového hriadeľa, je to, že materiál a konštrukcia ložísk zodpovedajú materiálu a prevádzkovým podmienkam hriadeľa (rýchlosť otáčania, zaťaženie, podmienky mazania atď.). Preto sa neodporúča svojvoľná výmena dielov, napríklad pri opravách, keď sa inštalujú vložky z iného motora. V opačnom prípade môže byť životnosť opravenej jednotky veľmi krátka. Aby ste sa mohli rozhodnúť pre takýto krok, potrebujete mať relevantné informácie.
Vložky sú veľmi presné (presnosť) detaily. Aby sa zabezpečili malé (ale dosť špecifické - v priemere 0,03-0,06 mm) pracovné vôle v ložiskách, počas výroby sa hrúbka vložky udržiava s presnosťou približne 5-8 mikrónov a dĺžka - 10-20 mikrónov. Porušenie týchto požiadaviek môže viesť k zmene pracovnej vôle v ložisku alebo hustoty uloženia vložky v telese, čo je neprijateľné z dôvodu zníženia spoľahlivosti a životnosti celého motora ako celku.
Kto ich vyrába?
Zložitosť celého spektra problémov spojených s výrobou vysokokvalitných automobilových klzných ložísk viedla k postupnému presunu ich výroby do špecializovaných firiem. V zahraničí mnohé z týchto spoločností súčasne vyrábajú aj iné diely motorov a dodávky idú ako na dopravníky automobilových závodov, tak aj ako náhradné diely. Niektoré firmy tohto druhu sú súčasťou známych nadnárodných výrobných, obchodných a priemyselných korporácií. Medzi svetovými výrobcami ložísk pre motory treba v prvom rade spomenúť tieto spoločnosti: Kolbenschmidt (KS), Glyco, TRW, Sealed Power, Glacier, Clevite, Bimet. V posledných rokoch začali ložiská vyrábať aj také "svetlá" ako Mahle a Goetze. Z "mladých" stojí za zmienku špecializovaná spoločnosť King (Izrael), ktorá začala s výrobou ložísk začiatkom 80. rokov.
Väčšina uvedených výrobcov vyrába obrovský sortiment ložísk a dodáva svoje produkty ako náhradné diely všade, vrátane nášho trhu (prostredníctvom predajcov alebo veľkoobchodných spoločností). V podstate ide samozrejme o ložiská pre zahraničné motory - európske, japonské a americké.
V predaji nájdete štandardné aj rôzne opravné veľkosti vložiek (spravidla nie viac ako 0,75 mm) pre väčšinu bežných modelov Audi-Volkswagen, BMW, Mercedes, Ford, Opel, Fiat, Toyota, Nissan, Mitsubishi, Mazda atď. Pre menej bežné modely, ako aj v prípade potreby zakúpenia vložiek väčšej opravnej veľkosti, je zvyčajne potrebné zadať objednávku a čakať v priemere 5-10 dní (tieto podmienky sa líšia v závislosti od obchodnej spoločnosti).
Kvalita takýchto výrobkov zvyčajne nevyvoláva žiadne pochybnosti ani z hľadiska geometrie, ani materiálov. Ak však existuje možnosť výberu a pochybnosti o tom, ktorému výrobcovi dať prednosť, mali by ste mať na pamäti nasledujúce. Spoločnosti ako Kolbenschmidt, Glyco, Glacier patria medzi hlavných dodávateľov hromadnej výroby. Pri kúpe ich produktov si môžete dokonca zaobstarať rovnaké vložky, aké boli na motore "od narodenia". Jediným rozdielom bude absencia znaku výrobcu automobilu na nových dieloch. Mimochodom, vyhľadajte "príbuzní" (alebo takzvaný originál) použitie vložiek s opravnou veľkosťou môže byť problematické. Nie všetky automobilky dodávajú opravné vložky v náhradných dieloch a cena vložiek v "originálnom" balení je zvyčajne výrazne vyššia ako priamo od ich výrobcu.
Vložky od iných, menej renomovaných spoločností sú zvyčajne lacnejšie, hoci je ťažké odhaliť rozdiely v kvalite. Navyše, ak existuje možnosť výberu, môžete sa tu pokúsiť zohľadniť prevádzkové podmienky vozidla. Pomerne lacné vložky teda, napodiv, o niečo lepšie odolávajú nekvalitným olejom a olejovým filtrom, ktoré "chodia" po našich obchodoch a trhoch, ako drahšie oceľovo-bronzovo-babitové. Toto sa preukázalo najmä praxou používania oceľovo-hliníkových vložiek od spoločnosti King pri opravách namiesto štandardných bronzovo-babbitových - takáto výmena nepoškodzuje spoľahlivosť motorov, ale umožňuje značné úspory.
Niektoré z uvedených spoločností vyrábajú aj vložky pre naše stroje. Na našom trhu už nájdete tieto produkty pre motory VAZ vyrábané spoločnosťami Clevite, Bimet a Glacier. Samozrejme, sú citeľne drahšie ako domáce. Pri opravách domácich motorov sa však neoplatí šetriť na vložkách. Domáce výrobky zvyčajne neznesú porovnanie s dovážanými. Odchýlky hrúbky u niektorých našich komerčných položiek dosahujú 25 – 30 mikrónov namiesto 8 mikrónov stanovených toleranciou. V dôsledku toho po zovretí krytom vnútorný povrch ložiska nadobudne nepravidelný tvar, v ktorom sa napríklad medzera 0,07-0,09 mm v jednej časti ložiska môže dokonca zmeniť na napätie v inej.
Originálny text článku sa nachádza na webovej stránke: Hondabook.ru