Шестерня распределительного вала УМЗ 4216: подробный сравнительный анализ текстолитовых и термопластиковых деталей

Двигатель УМЗ 4216, устанавливаемый на автомобили семейства «Газель Бизнес», обладает классической нижневальной архитектурой (OHV). В отличие от верхневальных моторов ЗМЗ, где синхронизация осуществляется цепями, здесь коленчатый и распределительный валы связаны напрямую посредством косозубой шестеренной передачи. Ведущая стальная шестерня коленвала вращает ведомую большую шестерню распредвала. Главная конструктивная особенность этого узла — ведомая шестерня никогда не изготавливается из цельного куска металла. Чтобы снизить грохот прямых косых зубьев и компенсировать крутильные колебания, завод применяет композитные материалы. На рынке автозапчастей сегодня ведут жесткую конкуренцию два типа деталей: классическая текстолитовая шестерня и современная пластиковая (из полиамида). Разберем их физико-механические свойства, чтобы понять, какой вариант надежнее в реальной эксплуатации.

Классика жанра: Текстолитовая шестерня ГРМ

Текстолит — это слоистый прессованный материал, состоящий из хлопчатобумажной ткани, пропитанной термореактивной фенолоформальдегидной смолой. Шестерни из качественного советского и постсоветского текстолита ставились на моторы УМЗ десятилетиями.

Преимущества: Главный плюс текстолита — стабильность геометрии при экстремальном нагреве. Коэффициент термического расширения у него минимален: даже если мотор закипит, зубья текстолитовой шестерни не увеличатся в размерах и узел не заклинит в зацеплении. Кроме того, текстолит обладает отличными демпфирующими свойствами, эффективно поглощая шумы и вибрации дизельного характера, свойственные нижневальному блоку.

Недостатки: Слоистая структура ткани со временем подвержена усталостному расслоению. Фенольная смола от постоянного контакта с горячим моторным маслом и картерными газами постепенно дубеет и становится хрупкой. При резком ударном воздействии (например, запуск мотора в сильный мороз с загустевшим маслом) стальные зубья коленвала могут попросту срезать несколько зубьев текстолитовой шестерни.

Современный подход: Пластиковая шестерня (Полиамид ПА-66)

В последние годы на конвейер и в розничные сети стали массово поставляться шестерни из высокопрочных термопластичных материалов — стеклонаполненного полиамида. Внешне они выглядят как монолитная гладкая деталь черного или серого цвета со стальной или ступичной заливкой по центру.

Преимущества: Литой пластик абсолютно однороден. В нем нет слоев ткани, которые могли бы расслоиться. Зубья из стеклонаполненного полиамида обладают эластичностью: при пиковых ударных нагрузках они слегка пружинят, но не скалываются, как хрупкий текстолит. Износостойкость сопряжения «сталь-пластик» при условии чистой масляной ванны в несколько раз выше, чем у связки «сталь-текстолит».

Недостатки: Самый опасный враг пластиковой шестерни — критический перегрев двигателя. При температуре масла выше 130–140°C полиамид начинает размягчаться. Под нагрузкой от клапанных пружин размягченные зубья пластиковой детали мгновенно сминаются или «слизываются» стальной шестерней коленвала, что приводит к полной остановке ГРМ.