Казалось 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 подшибники 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 один 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 один, 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 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 диффудирует 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 один очень малы, потребность в обкаточном слое так же необходима, как и специальное моторное масло,
которое может работать с малой толщиной пленки.
