ЗАДАЧА № 124
Скользкая жижа
Поехал Степа на важную встречу. Отмыл свой старенький Matiz, начистил ботинки до блеска. Но что-то сразу не заладилось: каблуки на коврике скользить начали. Остановился, глянул — коврик почему-то замасленный. Протер Степа коврик, дальше поехал. Приехал, запирает машину и вдруг замечает, что один ботинок в жиже какой-то. На обратном пути история повторилась: коврик скользкий, ботинок грязный. И педаль тормоза чем-то залита! Подумал Степа, что придется ему в тормозной системе копаться. Купил тормозуху на долив. Смотрит, а бачок-то полный. Совсем растерялся Степа. И только на следующий день понял, что не в тормозах дело. А вы догадались, что было неисправно?
Ответ с пометкой «Конкурс» отправьте до 1 июня 2018 года по адресу: 107045, Москва, Селивёрстов пер., 10 — или по e‑mail: exp@zr.ru. Укажите ваш контактный телефон или иной способ быстрой связи.
Мы обязуемся прочитать все ваши сообщения по теме конкурса. Призом будет отмечено не просто правильное, но и наиболее полное решение конкурсной задачи с развернутым ответом.
А теперь подведем итоги «Конкурса знатоков» из февральского номера журнала «За рулем».
Задача начиналась с рассказа незадачливого автолюбителя, в двигателе которого задрало шатунную шейку коленчатого вала. Помянул он недобрым словом и засорившийся канал, и отсутствовавший по этой причине масляный клин. А один из участников разговора отметил, что есть двигатели, причем мощные, у которых масляного клина на шатунах нет по определению! Мы предложили читателям назвать такие моторы, вспомнить о масляном клине и быть при этом, как обычно, максимально внимательными к формулировкам.
Кто-то припомнил моторы с разъемным коленчатым валом и роликовыми подшипниками в нижней головке шатуна. В основном это мотоциклетные и лодочные моторы, и они относительно маломощные. Другие читатели утверждали, что подшипники, залитые баббитом, не нуждаются в смазке под давлением и не имеют масляного клина. Это неверно, ведь баббит — лишь один из материалов, который используют для формирования поверхности постели для шейки коленчатого вала. И принцип работы тот же, что и в современных конструкциях со сталеалюминиевыми вкладышами.
На этом закончим с неправильными вариантами — перейдем к ответу, который прислал победитель нашего конкурса.
Вращение коленвала в коренных и шатунных подшипниках становится возможным благодаря масляному клину, который возникает между вкладышами и шейками. Суть в том, что под вращающуюся шейку вала масло затягивается за счет вязкости. Образуется слой масла, на котором шейка всплывает. Эпюра давлений в этом слое напоминает по форме клин — отсюда и название. Шейка вала совсем не касается поверхности вкладыша. Такой режим работы называют гидродинамическим, трение и износ практически отсутствуют.
Но возможность появления масляного клина зависит от давления, под которым масло подается в подшипник, от величины зазора между шейкой и вкладышем, а также от количества подающегося масла, его вязкости и температуры. Важна и величина нагрузки на шейки в результате действия инерционных сил и сил от сгорания топлива в цилиндрах. А при отсутствии масляного клина шейки трутся о вкладыши, что вызывает сильный износ и нагрев. В такой ситуации, называемой масляным голоданием, вкладыши не могут работать долго — под воздействием высоких температур начнет плавиться антифрикционный материал вкладыша. Если масляное голодание будет продолжительным, вкладыши прихватит (они могут даже приварится к шейкам), что приведет к их проворачиванию и заклиниванию двигателя.
Чаще всего масляный клин нарушается из-за слишком большого зазора в подшипнике. Причина очевидна — износ вкладышей и шеек. При большем зазоре масло быстрее вытекает из подшипника. А ударные нагрузки, возникающие в момент сгорания в цилиндре, еще больше выдавливают масло из зазора, что приводит к непосредственному контакту шейки с вкладышем. Это возможно и при нормальном зазоре — когда масло становится чересчур жидким вследствие перегрева или смешивания с топливом или антифризом. Однако главную опасность представляет грязь — как попадающая в двигатель извне, так и образующаяся в процессе работы. В предложенной задаче именно засорение масляного канала и нарушение подачи масла к подшипникам привели к выходу мотора из строя.
Дальше начинается самое интересное. Ведь у шатуна две головки — нижняя и верхняя. Нижняя вращается относительно шеек коленчатого вала, а верхняя только отклоняется на небольшой угол относительно поршневого пальца. Нет вращения — нет масляного клина! Более того, на некоторых двигателях (например, у Жигулей) палец вовсе запрессован в шатун. Какой уж там масляный клин!
Но существуют двигатели, у которых и в нижних головках не образуется масляный клин. Подобные конструкции были распространены в авиации. Возьмем, например, звездообразные поршневые моторы. Девять цилиндров расположены звездой, и присоединить девять шатунов к одной шейке коленчатого вала невозможно. Поэтому создали такую схему: один главный шатун сидит на шейке коленчатого вала, а восемь остальных прицепляются к нему. Их так и называют — прицепные шатуны. В соединении главного шатуна и шейки коленвала масляный клин возникает, а вот прицепные обходятся без него. Ведь у прицепных шатунов как в верхней головке, так и в нижней отсутствует вращение — возможны только отклонения на небольшие углы.
Теперь о том, на каких машинах использовалась такая схема. Дизельный двигатель В‑2 знаменитого танка Т‑34 имел двенадцать цилиндров, расположенных V‑образно, и шесть шатунов в нем были прицепными. Потомки этого мотора работали на многих тяжелых автомобилях и тягачах, включая БелАЗ‑540.
Всем участникам конкурса спасибо. Николая Галимова поздравляем с победой! Он получает от компании Autorolla видеорегистратор с радар-детектором Playme Turbo.
Фото: ИТАР-ТАСС/Интерпресс/Петр Ковалев