Двигатель — Подшипники — 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.