Что непонятного, бОльший крутящий момент означает бОльшую силу давления шатуна на колено и палец. Чтобы ей успешно противостоять нужно либо увеличивать геометрию подшипника (ширину, диаметр), либо увеличивать вязкость. Либо и то, и то понемногу.
Крутящий момент и силы. Момент — это момент сил на валу; тангенциальная сила на кривошип связана формулой
[imath]M = F \cdot r[/imath]
и отсюда
[imath]F = \dfrac{M}{r}[/imath].
Эта тангенциальная сила через шатун/кривошип преобразуется в радиальную нагрузку на
шейку вала — то, что реально «давит» на подшипник.
Гидродинамическая смазка и несущая способность. Поведение тонкой масляной плёнки описывает уравнение Рейнольдса; в интуитивном безразмерном виде смысл сводится к тому, что несущая способность подшипника определяется сочетанием вязкости, скорости, геометрии и нагрузки. Один из общих формальных видов безразмерного параметра (Sommerfeld-подобного) можно записать как
[imath]S \sim \dfrac{\eta,N,R^{2}}{P,c}[/imath],
где [imath]\eta[/imath] — динамическая вязкость при рабочих условиях, [imath]N[/imath] — скорость вращения, [imath]R[/imath] — радиус вала, [imath]P[/imath] — нагрузка (на единицу длины или площади), [imath]c[/imath] — радиальный зазор. Минимальная толщина плёнки [imath]h_{\min}[/imath] — функция этого параметра: при росте [imath]S[/imath] растёт и [imath]h_{\min}[/imath]. Практический критерий разделения поверхностей — Lambda-коэффициент:
[imath]\Lambda=\dfrac{h_{\min}}{\sigma}[/imath],
где [imath]\sigma[/imath] — характерная амплитуда шероховатости поверхностей; для уверенного гидродинамического режима [imath]\Lambda[/imath] обычно намного больше единицы.
Что даёт увеличение момента. Если геометрия и скорость неизменны, а момент [imath]M[/imath] растёт, то [imath]F[/imath] увеличивается (см. выше) и как следствие увеличивается нагрузка [imath]P[/imath] на
шейку вала. Из формулы для [imath]S[/imath] видно: при росте [imath]P[/imath] без компенсации других факторов [imath]S[/imath] падает, значит падает [imath]h_{\min}[/imath] и уменьшается [imath]\Lambda[/imath]. Физический смысл: под той же масляной «подушкой» теперь давит больше — плёнка истончается и приближается к асперитам поверхности, что ведёт к смешанной или граничной смазке и увеличенному износу.
Можно ли «спасти» ситуацию повышением вязкости? Да: повышение вязкости [imath]\eta[/imath] увеличивает [imath]S[/imath] и тем самым [imath]h_{\min}[/imath]. В первом приближении, чтобы сохранить тот же [imath]S[/imath] при увеличении нагрузки [imath]P[/imath], нужно увеличить [imath]\eta[/imath] примерно пропорционально росту [imath]P[/imath] — т.е. если нагрузка удвоилась, то «эффективная» вязкость должна приближённо удвоиться, чтобы оставить тот же запас плёнки. Это — упрощённая, но действенная инженерная интуиция, вытекающая из уравнения Рейнольдса.
Физические поправки и ограничения:
• Пьезовязкость: реальная вязкость растёт с давлением; часто пользуются аппроксимацией
[imath]\eta(p)\approx\eta_{0},e^{\alpha p}[/imath],
так что часть компенсации при увеличении давления наступает автоматически, но это нелинейно и ограниченно.
• Температура и VI: вязкость сильно зависит от температуры; поэтому надо смотреть [imath]\eta[/imath] в рабочих условиях и учитывать индекс вязкости масла.
• Нелинейности: зависимость несущей способности от [imath]\eta[/imath] не строго линейна — влияют профиль зазора, эластичность, сдвиговые эффекты и т.д.
• Побочные эффекты: увеличение вязкости повышает потери на вязкое трение (снижение КПД), ухудшает прокачиваемость и увеличивает износ при холодном старте.
• Конструктивные альтернативы: уменьшение зазора [imath]c[/imath], увеличение опорной площади (ширины/диаметра подшипника), повышение подачи/давления масла, улучшение отделки поверхностей или применение покрытий обычно более рациональны, чем единственное «утолщение» масла.
Краткий физический вывод. Увеличение момента → увеличение силы → увеличение нагрузки на
шейку вала → снижение безразмерного параметра [imath]S[/imath] и уменьшение [imath]h_{\min}[/imath]. Чтобы вернуть прежний запас плёнки, нужно повысить один или несколько множителей в уравнении Рейнольдса: вязкость [imath]\eta[/imath], скорость [imath]N[/imath], или уменьшить зазор [imath]c[/imath]/увеличить площадь.