Меню
Ina - подшипник. Купить подшипники по рыночной цене.
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Оценка нагруженности подшипников

Подшипники скольжения коленчатого вала работают в условиях непрерывно меняющихся нагрузок и скоростей, а также при пере-меннных количестве, давлении, температуре и вязкости подводимого к ним масла.

Надежность подшипников определяется следующими факторами:

1) жесткостью кривошипа, опор в блок-картере, кривошипной головки шатуна;

2) конструкцией вкладышей и прочностными, антифрикционными и антикоррозионными свойствами материала вкладышей;

3) качеством обработки резанием и точностью изготовления вала, вкладышей и постелей в блок-картере; несоосностью шеек вала и подшипников; корсетностью, конусностью и бочкообразностью шеек;

4) максимальными и средними за рабочий цикл нагрузками и характером передающихся усилий;

5) организацией подачи масла к подшипникам, количеством подводимого масла, его давлением и температурой, а также его вязкостью и физико-химическими свойствами.

При недостаточной жесткости сопрягаемых деталей зазоры в подшипниках при сборке могут достигнуть величин, при которых возможно разрушение антифрикционного слоя, возникновение задиров и повышенных износов.

При деформации сопряженных деталей изменяется также гидродинамическое давление в масляном слое. На рис. 302 показано изменение гидродинамического давления в масляном слое по ширине вкладыша при различных условных средних давлениях (8,538,3 МПа) для двух опор в блок-картере разной жесткости.

С увеличением нагрузки закон распределения давления в слое масла изменяется. При высоких давлениях (23,838,3 МПа) эпюра принимает седлообразную форму, что вызывается прогибом вала и деформациями опоры. При менее жесткой опоре давление меняется более резко при некотором уменьшении его максимальной величины. Высокие местные давления в масляном слое у краев вкладышей вызывают разрушение антифрикционного слоя. В некоторых случаях эпюры давлений выравнивают путем подбора жесткостей сопрягаемых деталей.

Несущая способность масляного слоя в подшипнике (гидродинамическое давление) обусловливается реакцией вязкой жидкости

при выдавливании ее из зазора. Максимальное давление в слое может превысить 100 МПа. Это давление практически не зависит от давления масла на входе в подшипник.

Механизм образования масляного клина в подшипнике и эпюры давления в поперечном и продольном сечениях показаны на рис. 303.

Масло, поступающее под избыточным давлением из магистрали, затягивается вращающимся валом. Протяженность нагруженной области в масляном слое соответствует длине дуги с центральным углом 120130°. Масло к подшипнику следует подводить в область низких давлений в нена-груженную зону. Количество масла, поступающего в подшипник, пропорционально его давлению на входе; влияние нагрузки на подшипник при этом незначительно.

Как показали исследования, основное количество масла, подводимого к подшипнику, вытекает через зазоры в ненагруженной области, поэтому подшипник охлаждается неравномерно. Нагруженная область охлаждается менее интенсивно вследствие большего выделения теплоты в этой зоне и меньшего расхода масла через нее. С повышением температуры вязкость масла падает п расход масла через подшипник соответственно увеличивается. Несущая способность слоя при этом снижается. С увеличением частоты вращения температура масла, вытекающего из подшипника, возрастает. При повышении среднего эффективного давления температура масла растет незначительно в соответствии с относительно малым возрастанием в подшипниках потерь на трение.

От смещения оси вала зависит минимальный и максимальные зазоры в нагруженной области подшипника. Минимальный и максимальные зазоры:

эксцентриситет е увеличивается.

обеспечивающей жидкостное трение. Критическая толщина, зависящая от шероховатости поверхностей вкладыша и шейки вала и от величины их деформаций, равна 3 4 мкм.

Отношение минимальной толщины масляного слоя к критической называется коэффициентом надежности работы подшипника:

и безразмерного коэффициента нагруженности;

угловая скорость вала, 1/с.

Коэффициент надежности определяют для постоянно действующей силы, поэтому расчет является условным, тем более что не учитывается искажение под действием нагрузки геометрической формы вала и подшипника.

Входящая в выражение коэффициента нагруженности динамическая вязкость зависит от сорта и температуры масла (рис. 305).

■ температуры соответственно масла, поступающего в подшипник и вытекающего из него.

Температуру подогрева масла определяют из теплового расчета подшипника, для чего подсчитывают количество масла, прошедшего через подшипник и коэффициент жидкостного трения.

Температура подшипников повышается при увеличении частоты вращения, нагрузки, температуры охлаждающей жидкости и масла, при снижении давления масла в системе. На пути между картером двигателя и подшипниками масло подогревается теплотой от стенок блок-картера и насоса на 1518° С. С повышением температуры масла снижается вязкость и несущая способность масляного слоя. При этом возрастают износы поверхностей вала и вкладышей.

При повышенных износах увеличивается количество масла, проходящего через подшипник, и температура его может понизиться на 46° С.

Нагрузки, действующие на подшипник, находят по полярным диаграммам (см. рис. 223 и 225). С увеличением частоты вращения

возрастают силы инерции поступательно движущихся и вращающихся масс. В карбюраторных двигателях силы давления газов при этом несколько уменьшаются вследствие падения коэффициента наполнения. В дизелях максимальные силы давления газов, как правило, при повышении частоты вращения несколько возрастают. Таким образом, соотношение между силами давления газов и силами инерции определяет форму полярной диаграммы ее полноту па участках угла поворота кривошипа 0360° и 420-720° для четырехтактного двигателя и область максимальных сил на участке 360420° (см. рис. 223).

С увеличением частоты вращения вала карбюраторного двигателя полярная диаграмма становится полнее, но максимальные силы при этом не уменьшаются, поэтому работа двигателя на режиме номинальной частоты вращения характеризуется более высокими средними и максимальными нагрузками, чем на всех других скоростных режимах.

На режиме крутящего момента у дизелей максимальные нагрузки достигают предельных значений, а средние нагрузки заметно снижаются. Вследствие этого коэффициент надежности подшипника следует определять на режиме максимального крутящего момента. Режим номинальной частоты вращения будет соответствовать

повышенному тепловому состоянию подшипника.

для двигателей с искровым зажиганием, с различной номинальной частотой вращения и со степенями сжатия, равными 7 9. Условные давления подсчитывали по развернутым полярным диаграммам (см. рис. 223):

где___ рабочая ширина вкладыша.

Отклонения

и выше среднее давление повышается еще на 10%, а максимальное достигает 2327 МПа.

В табл. 45 приведены максимальные и условные средние давления в подшипниках дизелей, изготовленных из свинцовистой бронзы и алюминиевооловянистого сплава.

снижается в 1,702,15 раза.

Средние и максимальные условные давления у коренных промежуточных шеек получаются меньшими, чем у шатунных (в 1,22,0 раза).

В условиях эксплуатации наблюдаются следующие формы разрушений поверхностей вкладыша.

1. Коррозия, вызываемая кислотами, содержащимися в масле, при их контакте с поверхностью вкладыша (поверхность становится бугристой). Для избежания агрессивного действия кислот на рабочую поверхность вкладыша электролитическим путем наносят слой индия с оловом.

2. Эрозия, возникающая в результате граничного или сухого трения. При этом оголяется основной антифрикционный слой в результате снятия тонкого слоя олова. Эрозию можно уменьшить путем улучшения микрогеометрии поверхности шеек и повышения тонкости очистки масла. Слой олова толщиной 0,020,04 мм препятствует эрозионному разрушению поверхности в течение длительного периода работы.

3. Кавитационные разрушения, как правило, ограничивающиеся местными повреждениями поверхности, вызываются неравномерным поступлением масла в подшипник из-за периодического перекрытия маслоподводящих каналов, разрывов потока масла в каналах коленчатого вала и других явлений. Кавитации можно избежать, создавая плавные переходы и желобок у краев масляного отверстия и канавки на поверхности вкладыша в местах выхода масла.

4. Усталостное выкрашивание.

В эксплуатации часто причиной разрушения также является проворачивание вкладышей в результате потери монтажного натяга.

Реклама