ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПОДШИПНИКОВ В КОЛЕНЧАТОМ ВАЛЕ ДВС

АННОТАЦИЯ

В статье описана износостойкость и прочность в коленчатом вале в подшипнике скольжения. Шатунные и коренные шейки коленчатых валов подвержены износу вследствие истирания, поэтому материалов для коленчатых валов уделяется особое внимание. Рассматривается выборка изготовления материалов, точность изготовления и работоспособность подшипника.

ABSTRACT

The article describes the wear resistance and strength of the crankshaft in the sliding bearing. Connecting rod and root necks of crankshafts are subject to wear due to abrasion, therefore, special attention is paid to the choice of materials for crankshafts. Samples of materials manufacturing, manufacturing accuracy and bearing operability are considered.

Ключевые слова: коленчатый вал, подшипников скольжения, вкладыши, коренные шейки и материалы.

Keywords: crankshaft, sliding bearings, liners, root necks and materials.

Коленчатый вал - наиболее дорогостоящая и сложная деталь кривошипно-шатунного механизма ДВС. Износостойкость и прочность вала часто определяет надежность двигателя. Коленчатый вал - статически неопределимая система, жесткость его в различных направлениях переменна, он монтируется в подшипниках, также обладающих переменной податливостью.

Коленчатые валы современных поршневых и комбинированных двигателей подвержены значительным знакопеременным динамическим нагрузкам, вызывающим сжимающие и растягивающие, изгибающие и скручивающие напряжения, которые при определенных условиях могут привести к усталости металла и поломке в местах предельной концентрации этих напряжений. Поэтому при проектировании коленчатых валов первостепенное значение имеют его прочностные характеристики, которые рассчитываются исходя из соотношения размеров основных его элементов, рекомендуемых классификационными обществами (Англия, ФРГ, Дания и др.) в зависимости от диаметра шатунной шейки.

Наряду с этим, шатунные и коренные шейки коленчатых валов, сопрягаемые с подшипниками скольжения (порой с подшипниками качения) подвержены износу вследствие истирания. Величину относительного зазора y между валом и вкладышем подшипника  также выбирают на основании опытных данных.

Материалы

 Выбору материалов для коленчатых валов уделяется особое внимание. Коленчатые валы среднеоборотистых автотракторных двигателей изготавливают ковкой или штамповкой из среднеуглеродистой стали 45селект. При этом шейки подвергаются закалке с нагрева ТВЧ на глубину 2…6 мм, до твердости не менее 48 HRC. Для обеспечения предела прочности на разрыв 735…835 МН/м² и предела упругости 590…630 МН/м² применяются также стали 45А,45Г2, 50Г (все селект) и др.

Коленчатые валы быстроходных двигателей изготавливают из хромистых, хромоникелевых и хромомолибденовых сталей (40Х, 45Х, 38ХГН, 40ХН, 35ХН, 30ХН2МА, 40ХН2МА и др.)

С целью обеспечения высокой технологичности, следовательно, и снижения себестоимости коленчатые валы судовых, стационарных, тепловых и некоторых автомобильных двигателей отливают из высокопрочного чугуна (ВЧ 45-0, ВЧ 50-1,5 , ВЧ 60-2) или ковкого ферито-перлитного чугуна (КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ45-6).  

Точность изготовления

 Долговечность и безотказность коленчатых валов зависит от микро- и макрогеометрии поверхностей и пространственного (координатного) положения осей, определяющих характер функционирования сопряжений, а также точность их взаимного расположения.

Подшипники скольжения представляют собой тонкостенные стальные вкладыши шатунных и коренных шеек, на которые нанесен слой антифрикционного сплава.

Материалы подшипников. Вкладыши стационарных и судовых мало- и среднеоборотных двигателей иногда выполняют толстостенными толщиной 5…20 мм из сталей 15, 20 и 30 реже из чугуна СЧ 20, СЧ 25. Для предохранения стальных вкладышей от фреттинг-коррозии их покрывают медью. В современных быстроходных форсированных двигателях обычно используют тонкостенные вкладыши толщиной 1,5…5 мм, которые лучше прилегают к постели подшипника. Для заливки вкладышей используют баббиты, сплавы на медной основе, а также сплавы алюминия, кадмия, серебра с различными покрытиями. [2]

В двигателях с принудительным воспламенением широкое распространение получил сплав на основе свинца (5,5…6,5% олова, 5,5…6,5% сурьмы, 0,3% меди). Такие подшипники обычно выполняют триметаллическими: стальная лента толщиной 1,5…1,7 мм, медно-никелевый подслой 0,25…0,45 мм, полученный спеканием порошка, и антифрикционный слой из указанного сплава толщиной 0,08…0,13 мм. Допускаемое максимальное давление составляет 15 Мпа.

Рисунок 1. Схемы определения параметров вкладыша

Работоспособность подшипника характеризуют также распрямление (Рисунок 1, а) и выступание вкладыша (Рисунок 2, б). Распрямление вкладыша, т. е. увеличение его диаметра в свободном состоянии, обеспечивает прилегание вкладыша к постели при сборке. Величину распрямления вкладыша выбирают в зависимости от диаметра и толщины вкладыша. В процессе эксплуатации двигателя распрямление уменьшается, что затрудняет монтаж при переборках. При посадке вкладыша в постель его деформируют на величину  под действием силы 2F, и он принимает цилиндрическую форму.[1]

Преднамеренное искажение формы рабочих поверхностей гидродинамических подшипников скольжения получило большее распространение, чем в других узлах машин. Применительно к гидродинамическим опорам скольжения оптимум должен быть найден по несущей способности масляного слоя, температуре рабочих поверхностей и смазке, по затратам на трение.

Ведутся работы по использованию в качестве заливки вкладышей материалов, полученных спеканием. Поверхность такого вкладыша, имеющая сетчатую структуру, заливается оловом или композитным составом на основе синтетических материалов. Такие подшипники повышают надежность конструкции и позволяют экономить цветные металлы.

Заключение

Материалы, из которых изготавливаются коленчатые валы автотракторных двигателей, выбираются из условий режимов их функционирования: для дизелей характерно применение стальных кованных валов ввиду повышенных удельных нагрузок на их шейки и относительно низкой скорости их вращения; для двигателей с принудительным воспламенением более приемлемы чугунные валы, обладающие более высокой жесткостью, а потому допускающие уменьшение зазоров в подшипниках и позволяющие работать при значительно больших скоростях вращения.

Список литературы:

1. Саидов Ш. В., Бабашев К. А. К // обоснованию конструктивных параметров подшипника скольжения для коленчатых валов автотракторных двигателей. Методичка ТашГТУ,  46с.12-16, 2002.
2. Подшипники скольжения // С.А.Чернавский и др.; нучный ред. инж. Г.М.Ицкович Машгиз, 1963.-245 с.
3. Козырев, С. П. Гидроабразивный износ металлов при кавитации. – М.: Машиностроение. 1964. – 139 с.