Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Так, требования к подшипникам форсированных крупных дизелей предусматривают обеспечение работоспособности вкладышей при минимальной толщине масляной пленки до 2 мкм, максимальной удельной нагрузке 25 кН/см2, окружнойскорости поверхности шейки вала12 м/с и температуре до 140 °С.Для подшипников крупных судовых двигателей надежность имеетособое значение, так как аварияглавного судового двигателя в некоторых случаях приводит к потересудна. Применение на флоте мазутного топлива способствовало коррозии коленчатых валов, что, в своюочередь, потребовало улучшенияконструкции подшипниковых узлов, повышения качества подшипниковых сплавов, сохранения качества масла при эксплуатации и др.В настоящее время в крупных судовых двигателях применяются подшипники скольжения со сравнительно тонкой заливкой антифрикционным материалом на стальнойоснове.
Коренные (рамовые) подшипники, на которые укладываетсяколенчатый вал, состоят из двух по2742750,04–0,060,5Выступание торцов вкладышей, ммОтношение ширины подшипников кдиаметруПодшипники широкие и узкие.Подшипники с кольцевой канавкой.***Установочные зазоры в подшипниках, мм7,30,340,15–0,2373максимальная0,12–0,2150–65Минимальная толщина масляногослоя hmin, мкм690,08–0,11рекомендуемаяТемпература масла на входе в дизель, °С:9,787Рабочая ширина подшипников, мм9,12204коренной0,497,7Линейная скорость поверхности шейки вала, м/сДавление масла на номинальной мощности, МПа172шатунныйДиаметр шеек коленчатого вала, ммНаименование10 ДН20,7/2х25,4(10Д100)737,30,25–0,3860–700,43/0,310,19–0,237,10,420,16–0,2565–7588920,22–0,260,440,14–0,256,20,540,18–0,22108108/78**11,5220200/190**10,5кореннойшатунный16 ЧН26/26(5Д49)9,8250коренной0,440,20–0,317,90,570,14–0,18946,5165шатунный16 ДН23/30(11Д45)7.1.
Показатели подшипников отечественных тепловозных дизелей–0,070–0,10680650,50/0,720,19–0,23120*/170**12,6240коренной0,340,10–0,16–0,660,19–0,2313811,0210шатунный6 ЧН31,8/33,0(ПД1М)Рис. 7.5. Тонкостенные вкладыши подшипников судового малооборотного двухтактного двигателя:а – крейцкопфный; б – мотылевый; в – рамовыйловин, между которыми предусмотрены комплекты прокладок для регулирования зазоров. Половинывкладышей соединяют между собойи прижимают к постели фундаментной рамы крышками с помощьюшпилек.
Гайки при затяжке стопорят специальными шайбами. Подшипники верхней и нижней головок шатунов крейцкопфных двигателей также изготовляют из стали сзаливкой антифрикционным слоем.Для регулирования зазоров в подшипниках шатунов крейцкопфныхдвигателей также устанавливаюткомплекты прокладок различнойтолщины. Масло к шатунным подшипникам и башмакам крейцкопфапоступает по отверстиям в крейцкопфе и шатуне, которые, в своюочередь, соединены с трубопроводами, подводящими масло для охлаждения поршней.Если прежде в качестве антифрикционного материала применялибаббиты, то при форсировании малооборотных двухтактных двигателейпо среднему эффективному давлению и максимальному давлениюцикла при тонкостенных вкладышахиспользуют более прочные материалы, в частности, малочувствительныйк повышенной температуре оловянистоалюминиевый сплав с содержанием олова до 40 %. На рис. 7.5 приведены тонкостенные вкладышиподшипников крупного судовогомалооборотного двигателя.Подшипники современных среднеоборотных судовых двигателей состоят из двух тонкостенных вкладышей с нанесенным на них антифрикционным слоем свинцовистой бронзы (или сплава алюминия с оловом).Сверху наносят тонкий приработочный слой, содержащий свинец, оловои медь.
Заслуживает внимания конструкция так называемого "канавчатого" подшипника (рис. 7.6). В рабочем слое вкладыша выполняются каРис. 7.6. "Канавчатый" подшипник:1 – антифрикционный слой; 2 – легкий металл; 3 – никелевый подслой276навки, покрываемые защитным слоем никеля, в которые заливается антифрикционный сплав, после чегопроизводится прецизионная расточка. Благодаря чередованию болеемягкого и твердого слоев повышаетсясрок службы подшипника при сохранении его трибологических свойств.Хорошие служебные свойства вкладышей обеспечивает ионноплазменный способ напыления многокомпонентного антифрикционного слоя.Такая технология считается перспективной для изготовления подшипников СОД.7.1.2.
Материалы подшипниковскольженияАнтифрикционныесвойстватрущихся пар подшипников скольжения во многом определяются характеристиками материалов вала,вкладышей и смазывающего масла.Срок службы коленчатого вала, который является одной из наиболеедорогостоящих деталей двигателя,должен превосходить срок службывкладышей коренных и шатунныхподшипников. Вкладыши имеютсущественно меньшую твердостьрабочей поверхности и характеризуются более интенсивным изнашиванием по сравнению с шейками коленчатого вала.Материал подшипников скольжения должен быть таким, чтобы приработе обеспечивались низкий коэффициент трения с шейкой вала, необходимая износостойкость, достаточный предел выносливости.
Крометого, материал должен обладать высокой теплопроводностью, малымкоэффициентом линейного расширения и относительно невысокиммодулем упругости, хорошо прирабатываться, смачиваться маслом, а также быть коррозионностойким. Кроме того, материал вкладышей долженбыть таким, чтобы он мог вбирать всебя инородные твердые частицы,попадающие в сопряжение вкладышшейка вала.В подшипниках поршневых двигателей применяют в основном металлические материалы. К наиболеераспространенным традиционнымметаллическим материалам можноотнести баббиты – подшипниковыесплавы на основе олова или свинца.Например, следует отметить высокооловянистый баббит Б83, выдерживающий максимальную нагрузку18–20 МПа и температуру нагрева до110 °С, свинцовистый баббит БК2,имеющий большую долговечность именьшую стоимость по сравнению сБ83, а также баббиты Б88Д и БН.Высокими антифрикционнымисвойствами обладают алюминиевыеподшипниковые сплавы. Среди нихследует отметить алюминиевооловянистые антифрикционные сплавы, в частности, сплав АО20–1 (содержание олова 20 %, меди и никеля1 %, алюминия 78 %).
Эти сплавы врежиме масляного голодания могутобразовывать на поверхности шейкивала защитную пленку из олова. Недостатком алюминиевых подшипников является их повышенная твердость (НВ 70–80), что ухудшает прирабатываемость и увеличивает изнашивание коленчатого вала.Вкладыши подшипников дизельных двигателей, работающиепри повышенных нагрузках, выполняют из бронзы. Универсальными антифрикционными свойствамиобладают оловянистые и оловянистоцинковосвинцовистые бронзы.При высоких скоростях и давлениях, а также переменных нагрузкахиспользуют свинцовистую бронзуБрС30 (содержание свинца 30 % имеди 70 %). Свинцовистые бронзыимеют более высокий по сравнению с баббитами предел выносли277вости, допускают нагрузки до30 МПа (БрС30) и 35 МПа(Бр0С122) при скорости до 12 м/с,но вызывают большее изнашивание шеек вала.Подшипники из свинцовистойбронзы хуже прирабатываются, плохо поглощают твердые частицы иподвержены коррозии.
В связи сэтим в смазочное масло добавляютспециальные присадки, а на рабочую поверхность вкладыша наносятслои свинца с оловом (индием иликадмием) толщиной 0,015–0,04 мм.Свинцовистую бронзу наносят наленту, из которой штампуют вкладыши, возможна также заливка антифрикционного сплава во вкладыши. Материалом основы вкладышейявляется сталь 10, в некоторых случаях – бронза ОЦС3125, дюралюминий и другие материалы. Приэтом следует учитывать возникновение в антифрикционном слое остаточных растягивающих напряженийвследствие различия коэффициентов линейного расширения материалов антифрикционного слоя и основы вкладыша. При стальной основеэти напряжения во вкладышах тепловозных двигателей составляютоколо 40 МПа и более.
В табл. 7.2приведены некоторые свойства материалов подшипников скольженияпоршневых двигателей.7.1.3. Расчет подшипниковскольженияПри расчете подшипника скольжения предполагают, что слой масла должен воспринимать всю нагрузку, действующую на шейку вала, а толщина слоя должна превосходить суммарную высоту неровностей обработки поверхностей вкладыша и шейки вала и прогиб валапо длине шейки.Существует многоступенчатаясистема математических моделейрасчета подшипников скольжения.Простейшим является расчет подопускаемым давлениям [p] в подшипнике.
Давление p в подшипнике определяют по нагрузке, отнесенной к проекции цапфы,p = P dl £ [ p],(7.1)где P – суммарная сила, действующая в сопряжении вкладыш–шейка вала, определяемая при динамическом расчете двигателя.Среднее за рабочий цикл двигателя давление pср = Pср/dl.7.2. Основные показатели материалов подшипников скольжения поршневых двигателейБаббитыПоказательТемпература плавления, °СБронзаБ83БНБрС30БрОС122240240326–Предел прочности, МПа:при растяжении857060120при сжатии11512725035030293038Модуль упругости, МПа×100,480,350,77–Теплопроводность, Вт/(м×К)33,525,1142–242718,518,2Твердость, НВ-5Коэффициент линейного расширения, 1/К ×106278Антифрикционный алюминиевый сплав АО201 допускает максимальные давления 27,5 МПа, абронза БрС30 – 23,5–25,5 МПа.Вкладыши, выпускаемые ведущими специализированными фирмами, сохраняют работоспособностьдо давлений 50–60 МПа.
Среднеедавление рср для автомобильных итракторных двигателей с принудительным воспламенением ориентировочно 4–12 МПа, а для дизелей 6–16 МПа. Значения максимальных давлений рmax составляют7–20 МПа для рядных, 18–28 МПа для Vобразных двигателей с принудительным воспламенением и 20–42 МПа для дизелей.Для шатунных вкладышей форсированных дизелей специальногоназначения рср и рmax соответственно достигают 11 и 26 МПа. В тепловозных дизелях среднее давление на подшипники составляет10–11 МПа, а максимальное –28–30 МПа.К простейшим расчетам относится определение произведениядавления в подшипнике на скорость скольжения:pn £ [ pn].¢ в диасреднее давление масла pсрпазоне максимальных нагрузокна векторной диаграмме сил,действующих на подшипник (см.рис.
3.16), и максимальное давление масла pmax за рабочий цикл.Среднее давление используют приопределении теплового состояния¢ опподшипника. По значению pсрределяют минимальную толщинуслоя смазочного материала, а позначению pmax подбирают антифрикционный материал с требуемым пределом выносливости. Схема подшипника для гидродинамического расчета подшипника показана на рис. 7.7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
