Опоры скольжения

Это самый древний вид подшипников. Они использовались для осей колес и гончарных кругов более 650 тысяч лет назад. В общем-то, с тех пор чего-то принципиально нового появилось не так уж много. Вся многовековая история эволюции подшипника скольжения представляла собой подбор материала и конструкции вкладыша или втулки, а также разработку системы смазки поверхностей трения. Тщательный подбор материалов и смазок позволил создать подшипники коленчатых валов, поршневых пальцев и шатунов, удовлетворяющие большинству современных требований. Однако эволюция автомобильных двигателей внутреннего сгорания идет очень быстро. Современные двигатели с системой «старт-стоп», двигатели гибридных автомобилей, турбодизельные моторы и малогабаритные двигатели с повышенной нагрузкой поднимают планку требований к вкладышам. Если в предыдущих версиях моторов уровень механических давлений на вкладыш достигал величины 40–50 МПа, то напряжение в современных двигателях может достигать 90–110 МПа. Это является проблемой для вкладышей двигателей, которым приходится выдерживать экстремальные условия, повышенные нагрузки, даже прямой контакт с коленчатым валом (в двигателях с системой «старт-стоп» и моторах гибридных силовых агрегатов). К тому же автопроизводители вслед за потребителями требуют увеличивать ресурсы эксплуатации моторов.

Физики давно сформулировали требования к идеальному подшипнику скольжения, современному ДВС и даже ДВС, работающему в режиме «старт-стоп». Однако, сформулировав, пришли к выводу, что материала, из которого может быть выполнен такой подшипник, в природе не существует.

Судите сами, материал, используемый в подшипниках скольжения (коренных и шатунных вкладышей, втулок малой головки шатуна и распредвала) перспективных двигателей, должен воспринимать гораздо большую статическую и динамическую нагрузку, чем материал традиционных вкладышей и втулок. В то же время он должен быть мягким и податливым на период приработки, а также необходимо обеспечить высокую несущую способность на весь период эксплуатации двигателя. НЕ содержать свинец, который с 2011 года запрещено использовать в двигателях автомобилей, ставящихся на производство. Быть способным вбирать в себя микроскопические частицы продуктов износа, обладать низким коэффициентом трения, демпфировать ударные нагрузки, не подвергаться усталостным разрушениям… Для автомобилей, работающих в режиме «старт-стоп», кроме всего прочего, выдерживать кратковременную работу в режиме масляного голодания.

Если такого материала нет, то его следует создать.

За это дело брались многие, но максимально приблизиться к идеалу удалось только, пожалуй, одной компании – производственно-исследовательскому направлению Federal-Mogul, выпускающему продукцию под одним из старейших европейских брендов – Glyco. Причиной успеха считают наличие научно-исследовательского комплекса, обладающего лучшим в своей области оборудованием и специалистами, а также производства с современными технологическими возможностями, подразделения которого действуют во многих странах мира.

Во-первых, специалистами Federal-Mogul были созданы новые уникальные бессвинцовые материалы. Среди них – «умный» материал G-488, в котором относительно мягкий в начале приработки оловомедный сплав сочетается со слоем никеля/оловоникеля. Со временем высокие температуры двигателя рассеивают олово, в результате чего образуется прочный и долговечный слой оловоникеля, продлевающий срок службы двигателя.

Во-вторых, было разработано уникальное полимерное покрытие IROX, сочетающее металлические, неметаллические включения и твердые смазывающие вещества, заключенные в композитную основу, которое увеличивает срок службы вкладышей и коленчатого вала более чем в пять раз в самых сложных условиях эксплуатации, включая работу в режиме «старт-стоп», а также в гибридных двигателях. Этот материал отличается увеличенной демпфирующей способностью к ударным нагрузкам и износостойкостью в смешанных режимах смазки, что позволяет выдерживать кратковременную работу без смазки. Силовые установки с подшипниками IROX уже сейчас выдерживают более полумиллиона циклов «запуска – останова», и есть надежда, что это число в самом скором времени будет доведено до миллиона.

В-третьих, для создания многослойных вкладышей, каждый слой которых для выполнения возложенных на него функций имеет требуемый состав и структуру, применены передовые технологии нанесения металлов. Примером может являться материал Glyco G-499 Spatter по спатерной технологии катодного напыления методом осаждения из паровой фазы в вакууме, обеспечивающий соответствие самым жестким требованиям, предъявляемым к двигателям, по несущей способности и сроку эксплуатации. Прочность спатерных вкладышей в 1,5–2 раза превышает прочность стандартных подшипников скольжения.

В-четвертых, применены особые конструктивные решения: патентованная форма замка вкладыша, не вносящая возмущений в смазочный слой; маслопроводящие канавки на рабочей поверхности вкладыша, не доходящие до линий разъема, обеспечивающие снижение утечки масла из смазочного слоя, что уменьшает потери на трение; цельноштампованные радиально-упорные вкладыши и многое другое.

Объединение усилий всех направлений позволило создать вкладыши, наиболее полно удовлетворяющие всем современным тенденциям и запросам самых требовательных заказчиков. Что, в свою очередь, позволило поставлять подшипники скольжения на конвейер более чем 70 производителей двигателей для транспортных средств, строительной и сельскохозяйственной техники, а также предложить первичному и вторичному рынку более 2500 наименований подшипников скольжения для порядка 5000 марок автомобильных двигателей.

Однако лидером вторичного рынка считают King Engine Bearing (специализируется только на вкладышах ДВС), разработавшую биметаллические и триметаллические вкладыши с применением материалов ХА и СА. Кроме того, King предлагает широкий выбор упрочненных материалов, которые действуют как заменители напыления, позволяя достигнуть похожих результатов, но с уменьшенными на 30–70% затратами.