Existujú však ložiská. A nie nejaké, ale celkom isté. Sú trvácne, ale nie večné, a keď zlyhajú, bez pochopenia podstaty veci sa to nezaobíde. No pre profesionálnych opravárov je to jednoducho obyčajná záležitosť.
Ako funguje ložisko
V moderných automobilových motoroch sú kľukové hriadele a vačkové hriadele podopreté takmer výlučne klznými ložiskami. Valivé ložiská (gulička, valček, ihla) používané na takéto účely len v motoroch malých motocyklov.
Potrebný výkon klzných ložísk sa dosahuje použitím takzvaného efektu olejového klinu. Keď sa hladký hriadeľ otáča, olej sa dodáva do medzery medzi hriadeľom a otvorom. Keďže zaťaženie pôsobiace na hriadeľ spôsobuje jeho excentrický posun, olej sa akoby vťahuje do zužujúcej sa časti štrbiny a vytvára olejový klin, ktorý zabraňuje kontaktu hriadeľa so stenami otvoru. Čím väčší je tlak a viskozita oleja v medzere, tým väčšie je zaťaženie (kým sa povrchy nedotknú) odolá 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 systéme zásobovania. Nemali by sme si však myslieť, že prívodný tlak má malý vplyv na činnosť ložiska. Čím je väčšia, tým intenzívnejšie je olej pumpovaný cez ložisko a tým lepšie je jeho chladenie.
Prevádzka s nízkym trením za určitých podmienok (nazývaná aj kvapalina) môže byť zlomený. To sa stane, keď viskozita oleja klesne (napríklad z dôvodu jeho prehrievania v dôsledku nedostatočného zásobovania) a znižovanie rýchlosti so zvyšujúcim sa zaťažením.
Často, najmä po oprave motora, ovplyvňuje aj neoptimálna geometria zostavy. Pri miernej odchýlke tvaru plôch od valcových, pri nesúososti osí a iných defektoch dielov je možné lokálne zvýšenie špecifického zaťaženia (t.j. zaťaženie delené plochou) nad povolenú hranicu. Potom sa olejový film na týchto miestach stenčí a povrchy hriadeľa a ložiska sa začnú dotýkať pozdĺž mikronerov. Nastáva polotekutý režim mazania, ktorý sa vyznačuje zvýšením trenia a postupným zahrievaním ložiska. Ďalej to môže viesť k takzvanému hraničnému treniu s úplným kontaktom povrchov, čo bude mať za následok prehriatie, zadretie (zlý), zadretie, roztavenie a zničenie ložiska.
Je zrejmé, že režim hraničného trenia je v prevádzke neprijateľný. Objavuje sa však pri prerušení dodávky oleja, a to najčastejšie v dôsledku jeho nedostatku v kľukovej skrini, teda buď prehliadnutím vodiča, alebo pri poškodení olejovej vane v dôsledku nárazu na prekážku..
Režim polotekutého mazania je prípustný len krátkodobo, keď nemá čas ovplyvniť opotrebovanie ložísk. Príkladom je štartovanie studeného motora. Je pravda, že tu existuje ďalšie nebezpečenstvo: pri veľmi nízkych teplotách môže byť olej príliš viskózny a jeho normálna dodávka sa obnoví na dlhú dobu (20-30 sekúnd alebo viac). Tu už polotekuté mazivo môže výrazne ovplyvniť opotrebovanie dielov.
Zlepšenie automobilových motorov je spojené s neustálym zvyšovaním frekvencie otáčania a zvyšovaním výkonu. Zároveň dochádza k zvýšeniu kompaktnosti konštrukcií, vrátane zmenšenia šírky a priemeru ložísk. To znamená, že špecifické napätia v uzle sa zvyšujú. A keďže zaťaženie ložiska počas prevádzky motora sa cyklicky mení vo veľkosti a smere, takzvané únavové zlyhanie dielov sa stáva reálnym. Na zabezpečenie výkonu ložísk za týchto 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 (málokedy viac). Plášte hlavných ložísk kľukového hriadeľa sú vyrobené hrubšie kvôli potrebe umiestniť kruhovú drážku na prívod oleja do ojničných ložísk. Všeobecným trendom je zmenšovanie hrúbky vložiek, 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 náušníky, tým lepšie priľnú k povrchu puzdra (posteľ), čím lepší je odvod tepla z ložiska, tým presnejšia je geometria, čím menšia je povolená vôľa a hluk počas prevádzky, tým dlhší je zdroj zostavy.
Aby vložka pri inštalácii do lôžka presne zaujala svoj tvar, musí mať vo voľnom stave uloženie s presahom pozdĺž priemeru lôžka (takzvané narovnávanie) a nevalcový tvar s premenlivým polomerom. Okrem toho, aby sa dobre priliehalo k povrchu a aby sa neotáčal, je potrebný aj presah pozdĺž dĺžky vložky - nazýva sa to výstupok. Všetky tieto parametre závisia od hrúbky, šírky a priemeru vložiek, pričom vyrovnávanie je v priemere 0,5-1,0 mm a výstupok -0,04-0,08 mm. Pre spoľahlivú prevádzku ložiska to však stále nestačí. V blízkosti konektora je hrúbka vložiek znížená o 0,010-0,015 mm, aby sa zabránilo odieraniu v týchto miestach. Môžu sa objaviť v dôsledku deformácie otvoru v kryte pri pôsobení prevádzkového zaťaženia, keď je prevádzková vôľa v ložisku malá.
Materiály vložiek sa môžu líšiť. Ich výber je spojený s materiálom kľukového hriadeľa a jeho tepelným spracovaním, stupňom vynútenia motora a daným zdrojom. Do určitej miery sem zasahujú aj tradície automobilky.
Vložky sa vyrábajú vždy viacvrstvové. Základom vložky je oceľová páska, ktorá zaisťuje pevnosť a bezpečné uchytenie v puzdre. Vrstva sa nanáša na základňu rôznymi spôsobmi (alebo vrstvy) špeciálny antifrikčný materiál s hrúbkou 0,3-0,5 mm. Hlavnými požiadavkami na antifrikčný materiál sú nízke trenie hriadeľa, vysoká pevnosť a tepelná vodivosť (teda schopnosť dobre viesť teplo z povrchu do ložiskového puzdra). Prvú požiadavku najlepšie spĺňajú mäkké kovy, ako sú zliatiny s vysokým obsahom cínu a olova (najmä známe babbitky).
V minulosti boli babbity široko používané na nízkovýkonných nízkootáčkových motoroch. S rastúcim zaťažením sa pevnosť takýchto vložiek s hrubou vrstvou babbitu ukázala ako nedostatočná. Problém bol vyriešený nahradením celej tejto vrstvy akýmsi sendvičom - oloveno-cínovým bronzom, pokrytým tenkou (0,03-0,05 mm) vrstva toho istého babbittu. Vložka sa stala viacvrstvovou. V moderných motoroch "oceľ-bronz-babbit" vložky sa zvyčajne vyrábajú v 4 vrstvách (pod babbittom je ešte veľmi tenká podvrstva niklu) a dokonca aj 5-vrstvové, keď sa na povrch pracovnej plochy nanesie najtenšia vrstva cínu, aby sa zlepšil zábeh. Takto vyzerajú ložiská na mnohých zahraničných motoroch.
Spolu s tým sa široko používajú aj oceľovo-hliníkové vložky. Antifrikčným materiálom sú tu hliníkové zliatiny s cínom, olovom, kremíkom, zinkom alebo kadmiom, s povlakom aj bez neho. Vo svetovej praxi sa najčastejšie používa hliníková zliatina s 20% cínu bez povlaku. Dobre odoláva vysokému zaťaženiu a otáčkam moderných motorov vrátane dieselových a zároveň má vyhovujúci "mäkkosť". Oceľovo-hliníkové vložky sú však tuhšie ako vložky babbitt (alebo babbitt coated), takže sú náchylnejšie na odieranie v nedostatočne namazaných podmienkach.
Pomocné a vačkové hriadele motorov sa spravidla otáčajú nižšou frekvenciou ako kľukové hriadele a majú oveľa nižšie zaťaženie, takže ich pracovné podmienky sú jednoduchšie. Puzdrá a puzdrá týchto hriadeľov sú zvyčajne vyrobené z materiálov podobných tým, ktoré sú opísané vyššie. Okrem toho sa tu niekedy používa nepotiahnutý babbitt alebo bronz. Často tieto ložiská vôbec nemajú puzdrá alebo vložky a sú tvorené priamo vyvŕtanými otvormi v hlave valcov. V takýchto prevedeniach je hlava vyrobená zo zliatiny hliníka s kremíkom, ktorá má dobré vlastnosti proti treniu.
Spoločnou vecou pre ložiská moderných motorov, najmä pokiaľ ide o ložiská kľukového hriadeľa, je zhoda materiálu a konštrukcie ložísk s materiálom a prevádzkovými podmienkami hriadeľa (rýchlosť, zaťaženie, podmienky mazania atď.). Svojvoľnú výmenu dielov, keď sa pri opravách namontujú napríklad vložky z iného motora, preto nemožno odporučiť. V opačnom prípade môže byť životnosť opravenej jednotky veľmi krátka. Aby ste sa rozhodli pre takýto krok, musíte mať príslušné informácie.
Vložky sú veľmi presné (presnosť) podrobnosti. Zaručiť malé (ale celkom špecifické - v priemere 0,03-0,06 mm) prevádzkové vôle v ložiskách, pri výrobe sa hrúbka vložky udržiava s presnosťou asi 5-8 mikrónov a dĺžka je 10-20 mikrónov. Porušenie týchto požiadaviek môže viesť k zmene pracovnej vôle v ložisku alebo tesnosti vložky v skrini, čo je neprijateľné z dôvodu zníženia spoľahlivosti a životnosti celého motora ako celku.
Kto ich vyrába
Zložitosť celej škály problémov spojených s tvorbou kvalitných automobilových klzných ložísk viedla k tomu, že ich výroba sa postupne presunula do špecializovaných firiem. V zahraničí mnohé z týchto firiem súčasne vyrábajú iné diely motorov a dodávky smerujú tak na dopravníky automobilových závodov, ako aj na náhradné diely. Niektoré firmy tohto druhu sú súčasťou známych nadnárodných výrobných a obchodných korporácií. Zo svetových výrobcov ložísk do motorov treba spomenúť predovšetkým Kolbenschmidta (KS), Glyco, TRW, Sealed Power, Glacier, Clevite, Bimet. V posledných rokoch začali ložiská vyrábať aj takéto firmy - "svietidlá", ako Mahle a Goetze. Medzi "mladý" za zmienku stojí špecializovaná firma King (Izrael), ktorá začala vyrábať ložiská začiatkom 80. rokov.
Väčšina uvedených výrobcov vyrába obrovský sortiment ložísk a dodáva svoje výrobky ako náhradné diely všade, vrátane nášho trhu (prostredníctvom predajcov alebo veľkoobchodníkov). V zásade sú to samozrejme ložiská pre zahraničné motory - európske, japonské a americké.
V predaji nájdete vložky v štandardných aj rôznych opravných veľkostiach (zvyčajne nie viac ako 0,75 mm) pre najobľúbenejšie modely "Audi Volkswagen", bmw, "Mercedes", "Ford", "Opel", "Fiat", "Toyota", "Nissan", "Mitsubishi", "Mazda" atď. V prípade menej bežných modelov, ako aj v prípade potreby zakúpenia väčších vložiek na opravu, musíte zvyčajne zadať objednávku a počkať v priemere 5-10 dní (rôzne spoločnosti majú rôzne časové rámce).
O kvalite takýchto produktov sa zvyčajne nepochybuje ani z hľadiska geometrie, ani materiálov. Ak však existuje výber a pochybnosti o tom, ktorému výrobcovi uprednostniť, mali by ste mať na pamäti nasledujúce. Firmy ako napríklad Kolbenschmidt, Glyco, Glacier patria medzi hlavných dodávateľov sériovej výroby. Pri kúpe ich produktov môžete dokonca získať rovnaké vložky, ktoré boli na motore "od narodenia". Rozdiel bude len v absencii znaku automobilky na nových dieloch. Mimochodom, hľadajte "príbuzných" (alebo takzvaný originál) nadrozmerné vložky môžu byť problematické. Nie všetky automobilky dodávajú opravné vložky na náhradné diely a cena vložiek v "originálny" balenie je zvyčajne výrazne vyššie ako priamo od ich výrobcu.
Vložky od iných, menej známych firiem sú väčšinou lacnejšie, aj keď rozdiely v kvalite je ťažké odhaliť. Navyše, ak máte na výber, tu sa môžete pokúsiť zohľadniť prevádzkové podmienky vozidla. Takže relatívne lacné vložky, napodiv, o niečo lepšie odolávajú nekvalitným olejom a olejovým filtrom, "chôdze" v našich predajniach a na trhoch ako drahšie oceľovo-bronzové babbitty. Ukázala to najmä prax používania oceľovo-hliníkových vložiek spoločnosti "kráľ" namiesto štandardných bronzovo-babbitových - takáto výmena nepoškodzuje spoľahlivosť motorov, umožňuje však značné úspory.
Niektoré z uvedených spoločností vyrábajú vložky pre naše stroje. Na našom trhu už nájdete tieto produkty pre motory VAZ vyrábané Clevite, Bimet a Glacier. Samozrejme, sú podstatne drahšie ako domáce. Úspora na vložkách pri opravách domácich motorov však nestojí za to. V porovnaní s dovážanými výrobkami domáci väčšinou neobstoja. Odchýlky v hrúbke niektorých našich komerčných vzoriek dosahujú 25-30 mikrónov namiesto 8 mikrónov, regulované toleranciou. Výsledkom je, že po upnutí krytu vnútorný povrch ložiska nadobudne nepravidelný tvar, v ktorom sa napríklad medzera 0,07-0,09 mm v jednej časti ložiska môže dokonca zmeniť na uloženie s presahom v inej.