Подшипники коленвала Формулы 1

Вкладыши двигателя формулы 1Казалось бы что может быть проще? Вкладыши представляют собой обычные подшипники скольжения. Но эта деталь должна долгое время противостоять огромным нагрузкам, уметь быстро передавать тепло в более теплоемкие детали, быстро прирабатываться в новом двигателе, уметь улавливать мелкие твердые частицы без последствий для надежности и ресурса.

Проблема проектирования и изготовления вкладышей заключается в том, что слишком много функций они должны выполнять и при этом, что хорошо в одном случае может быть плохо в другом.

В обычном двигателе подшипники скольжения в большинстве случаев выполнены в би - металлическом исполнении. На стальную подложку наносится тонкий антифрикционный слой на основе олова, алюминия либо других антифрикционных сплавов.

Описание слоев из которых состоит вкладыш F1. Технологию изготовления вкладышей команды участники формулы 1 не очень то желают раскрывать, известны лишь общие принципы проектирования многослойных, антифрикционных покрытий, с заданными характеристиками.

Во первых в вкладышах применяется довольно толстый слой меди, для более равномерного распределения нагрева вкладыша по окружности. Медь является самым лучшим проводником тепла из всех металлов и лучше всего подходит для осуществления данной функции. Если возникает место локального нагрева, то такой вкладыш, предотвращает перегрев его в одной точке и рассеивает тепло по всей поверхности вкладыша.

Слой соприкасающийся с рабочей поверхностью коленчатого вала, должен обладать противоречивыми характеристиками. С одной стороны он должен быть твердым, чтоб выдержать колоcсальные нагрузки при вращении вала до 20.000 об/мин, с другой быть довольно мягким, чтоб улавливать малые частицы металла оставшиеся в блоке, при изготовлении и сборке двигателя. Даже в технологичных условиях изготовления деталей для двигателей формулы 1, не удается полностью исключить посторонние мелкие частицы металла, плюс "стружка" активно образуется при работе двигателя вначале жизни, и если твердая частица попадет между двумя трущимися поверхностями, быстрого износа и выхода из строя не избежать. Для этого поверхностный слой делается из мягких металлов на основе олова или алюминия. Твердые частицы просто вминаются в антифрикционный слой вкладыша и не приносят вреда коленчатому валу.

Для того чтоб повысить прочность антифрикционного слоя, на подложку из меди наносится микротонкий слой никеля, который предотвращает диффузию оловянистого слоя в медь, предотвращая падение его плотности в процессе изготовления и при работе двигателя F1. В последнее время имеет место появление еще одного слоя, расположенного между слоем никеля и антифрикционного слоя вкладыша Ф1. Слой постепенно диффузирует в наружный мягкий слой, изменяя со временем его свойства в сторону большей твердости. Так как в процессе работы двигателя трущиеся детали окончательно притираются и все посторонние частицы улавливаются масляным фильтром, потребность в сверх мягком слое отпадает и он может быть более твердым, без ущерба для ресурса. Повышение твердости антифрикционного слоя увеличивается на дополнительные 15% после достижения первой трети эффективного ресурса двигателя.

При первоначальном пуске подшипники нуждаются в еще одном, обкаточном слое. Этот слой должен сгладить первоначальные выступы и неровности в рабочих поверхностях, на первых минутах жизни двигателя. Так как рабочие зазоры в двигателях болидов формулы 1 очень малы, потребность в обкаточном слое так же необходима, как и специальное моторное масло, которое может работать с малой толщиной пленки.

Слои вкладышей болида формулы 1

1 Металлическая стальная подложка
2 Подложка из меди
3 Гальванически нанесенный слой никеля
4 Слой повышающий прочность антифрикциона
5 Антифрикционный слой
6 Обкаточный антифрикционный слой