Пояснення зазору підшипника та в’язкості масла

Типовим правилом, якого дотримується більшість будівельників двигунів, є те, що зазор підшипника встановлює в’язкість масла для використання в заданому діапазоні температур масла. Як правило, чим жорсткіший зазор підшипника, тим менша в'язкість може використовувати двигун, тоді як для більших зазорів потрібна густіша олія. Але є безліч змінних, які вступають у гру, які варто дослідити.

Традиційним стандартом зазору підшипників для вуличних та найефективніших застосувань був зазор на 0,001 дюйма на кожен дюйм діаметра колінчастого колінчастого патрубка. Отже, типовий малотоннажний шток Chevy 2,200-дюймовий шток вимагає зазору підшипника 0,0022-дюйма. Деякі додають ще 0,0005-дюймовий для забезпечення безпеки - роблячи цей 0,0027-дюймовий.Цей стандарт дуже добре працює, особливо для двигунів, що використовують деталі виробничого допуску, де можуть виникнути незначні проблеми з некруглими або конічними журналами або навіть незначні помилки в вимірі.

Цей підхід не зовсім такий розмовний, як може здатися. Є кілька факторів, що сприяють даному зазору підшипника. Три основні змінні - це несуча здатність, кількість потоку масла, дозволеного просвітом, і локалізована температура масла. Ці три найкраще розглядати разом, а не індивідуально, оскільки кожен впливає на інших важливим чином.

На вантажопідйомність підшипника безпосередньо впливає зазор. У міру затягування зазору несуча здатність збільшується. Як узагальнене твердження, 0,001-дюймовий зазор пропонує вищу вантажопідйомність, ніж 0,002-дюймовий, використовуючи стандартний 2,45-дюймовий невеликий блок основного журналу як приклад.

Вантажопідйомність збільшується із меншим зазором, оскільки це розподіляє навантаження на ширшу площу несучої поверхні, що збільшує вантажопідйомність. Подумайте про це, як одягнути пару взуття на снігу, яка дозволить вам ходити по глибокому снігу, не занурюючись. Зніміть взуття, і ноги опускаються, оскільки ваша вага зосереджена на меншій площі поверхні. Так як зазор підшипника збільшується, несуча здатність зменшується, оскільки навантаження зосереджується на меншій площі.

Таблиця очищення мастила підшипників

В'язкість олії

Підшипник штока

Оформлення

Основний підшипник

Оформлення

Здоровий глузд диктує, що зазор підшипника безпосередньо впливає на потік масла з прогнозованими результатами. Зменшення зазору збільшить обмеження потоку та зменшить об’єм масла за підшипником. Через зменшення потоку локалізована температура підшипника буде зростати. Якщо ця температура перевищує граничну температурну стабільність масла, масло почне окислюватися і руйнуватися, зменшуючи його здатність змащувати. Ми вступимо у в’язкість нафти незабаром, оскільки це відіграє важливу роль у цьому сценарії.

Отже, зазор підшипника стає рівновагою між цими трьома факторами, щоб встановити зазор, який задовольняє всіх якомога ефективніше. Ось так було створено такий зазор на 0,001 дюйма на один дюйм діаметра коронки як найкращий компроміс.

Можливо, це було б гарним місцем, щоб трохи уважніше поглянути, як саме розігруються ці пробіги. Використовуючи прості круглі цифри, почнемо з 2,00-дюймового штокового стрижня з 0,0020-дюймовим зазором. Це передбачає, що ми матимемо 0,001 дюйма вгорі та внизу журналу, що правда, але лише в теоретичному розумінні.

У працюючому двигуні тиск у циліндрі штовхає на поршень вниз, зменшуючи цей показник на 0,001 дюйма. Навантажений шатун при піковому тиску в циліндрі зменшить цей зазор масляної плівки до 0,0002 дюйма. При статичному зазорі підшипника 0,002 дюйма, це означає, що у верхньої половини штока підшипник має зазор 0,0198 дюйма. Це важливо, оскільки цей більший зазор створює простір, який легко заповнюється свіжим маслом для наступного обертання.

Це безпосередньо призводить до значення товщини плівки, яке створюється поєднанням в'язкості масла, швидкості підшипника та навантаження. В'язкість мастила передбачувано змінюється із температурою, тоді як швидкість підшипника визначається комбінацією діаметра коронки та обертів об/хв, а навантаження, звичайно, залежить від застосування. Всі ці фактори відіграють роль у встановленні товщини плівки олії. Ми поспілкувались із Lake Speed, Jr., з Driven Racing Oil, який використовував ці три фактори (і більше) для тестування товщини та стійкості плівки за допомогою різних масел та підшипників у Shaver Racing Engines у Торрансі, Каліфорнія.

Його тест був спрямований головним чином на оцінку підшипників з покриттям, але він також розглядав здатність масла підтримувати задану товщину плівки при екстремальних температурах. Загальновизнано, що синтетика робить набагато кращу роботу із змащування та захисту компонентів двигуна порівняно із звичайними маслами при підвищених температурах масла. Тест Speed порівнював синтетичне кероване масло із звичайним керованим мастилом з однаковою упаковкою в'язкості та добавок. Візуальна оцінка підшипників разом з аналізом відпрацьованих масел (UOA) виявила радикально зменшений фізичний контакт між колінчатим валом та головним та штоковим підшипниками із синтетичним маслом. Це дає конкретні докази того, що високоякісний синтетичний матеріал пропонує реальні переваги, особливо при двигунах із великою потужністю, де тепло є фактором.

За іронією долі, в тесті Speed використовували невеликий, 400 к.с. маленький блок Chevy на повільних швидкостях, що може спричинити зловживання на підшипниках через надзвичайне навантаження. Ось чому тягати двигун на низьких оборотах не є гарною ідеєю, оскільки навантаження різко зростають. Якість оливи відіграла важливу роль у підтримці належного змащувального бар'єру між підшипниками та кривошипом. За словами Speed, "сучасні оливи мають набагато більшу несучу здатність, ніж старі оливи". Ця більша потужність розподіляє навантаження на більшій площі, що покращує загальну пропускну здатність і дозволяє уникнути напружених руйнувань, які можуть виникнути в підшипниках через надмірне навантаження.

Всі ці фактори впливають на остаточні рішення щодо зазору підшипника та в'язкості. Якщо все, що ми робимо, це, наприклад, перехід на алюмінієвий шатун, для цього потрібно збільшити зазор підшипника, якщо ні з якої іншої причини, оскільки алюміній пропонує лінійну швидкість розширення, яка приблизно вдвічі перевищує сталь або чавун. Це також матиме прямий вплив на вільний пробіг. Однак це слід ретельно продумати. Як приклад, ви можете подумати, що повністю алюмінієвий двигун вимагатиме набагато іншого зазору головного підшипника порівняно із суцільнозалізною версією.

Подивившись на це трохи ближче, більшість діючих алюмінієвих блоків Chevy з невеликими блоками мають сталеві основні ковпачки. Отже, тепер у нас є алюмінієвий блок зі сталевими головними ковпаками, і вирішується питання, чи гарантує це зміну зазору головного підшипника. Якщо ми вважаємо, що все навантаження буде докладено до сталевої сторони головного ковпака двигуна, зменшення зазору головного підшипника зважаючи на додатковий ріст алюмінієвого блоку може не обов'язково бути гарним рішенням. Більш жорсткі зазори також вимагають дуже обережних процедур запуску та прогрівання в холодну погоду, оскільки алюміній також стискається вдвічі швидше заліза або сталі. Більшість виробників двигунів, з якими ми спілкувались, заявляли, що не роблять значних змін кліренсу при побудові двигуна з алюмінієвого блоку.

Хоча підшипникам потрібна тверда масляна плівка для захисту від зносу, існує безліч факторів, які вступають у дію, щоб створити ідеальне поєднання вантажопідйомності та витрати масла, мінімізуючи температуру масла. Це вимагає ретельного балансу зазорів, в’язкості масла та контролю температури, щоб уникнути проблем. Хороша новина полягає в тому, що якість масла продовжує покращуватися, ця термостабільність буде продовжувати рухатись до більш легкого масла та більш жорстких зазорів з потенційними покращеннями як довговічності, так і потужності.

Зазор приводного підшипника проти в'язкості масла