Подшипники кривошипно шатунного механизма

Условия работы, нагрузки. Подшипники являются одним из основных элементов двигателей,

определяющих их ресурс и надежность.

При неработающем двигателе нагрузка на подшипники определяется массами коленчатого вала, шатунов с поршнями и маховика. Шейка вала (цапфа) при отсутствии вращения под действием действующих на нее сил под действием сил тяжести кривошипно-шатунного механизма

ложится на подшипник входя в соприкосновение с ним. При пуске двигателя и страгивании шейки с места возникает сухое трение и, как следствие, - интенсивный износ и нагрев. При последующем вращении вала поступающее в зазор масло благодаря силам вязкостного трения затягивается под шейку, и режим переходит в полусухое трение, коэффициент трения уменьшается и при полном отсоединении трущихся поверхностей слоем масла режим полусухого трения переходит в режим жидкостного трения - коэффициент трения достигает минимума.

Дальнейший его небольшой рост с увеличением числа оборотов обусловлен ростом сил жидкостного трения. В создаваемом под шейкой вала масляном клине возникают силы внутреннего давления, противостоящие нагружающим шейку силам и разъединяющие трущиеся поверхности (вал всплывает над подшипником).

С износом и увеличением зазора в подшипнике несущая способность масляного клина снижается, h0 уменьшается и возникает опасность появления полусухого трения и прогрессирующего износа. В противоположность отмеченному уменьшение зазора способствует росту несущей способности масляного слоя. Но здесь надо иметь в виду, что для каждого подшипника существует своя критическая величина минимально допустимого зазора, при которой в связи с уменьшением прокачиваемого через зазор масла появляется опасность сокращения количества отводимого от подшипника тепла и, как следствие - его перегрев. С повышением температуры в зоне трения вязкость масла в зазоре снижается, а это влечет за собой еще большее снижение несущей способности масляного клина.

Практические рекомендации:

1. Не допускать длительной работы двигателей при низких оборотах и высоких нагрузках;

2. Не допускать разжижения масла топливом и в случае падения вязкости за допустимые пределы принимать меры к замене масла.

3. Чтобы избежать повышенных износов и возможных задиров при пуске - обязательно прокачивать масло перед пуском двигателя.

Конструкции. требования:

- высокая жесткость;

- обеспечение условий создания масляного клина;

- хороший теплоотвод от вкладышей;

- минимальные перепады давлений в потоке масла через подшипник (для предотвращения

кавитационных разрушений рабочего слоя);

- антифрикционный сплав должен выдерживать большие ударные нагрузки и давления (максимальное давление на подшипник от действия газовых и инерционных сил в МОД достигает 14-16 МПа, в форсированных СОД — 16-18МПа), малый коэффициент трения, высокая усталостная прочность, коррозионно-кавитационная и износостойкость, способность поглощать твердые частицы и хорошо прирабатываться.

Материалом для изготовления вкладышей подшипников служит малоуглеродистая сталь марок 10 и 15 или бронза. Вкладыши подшипников МОД обычно заливают баббитом (Б83, Б89 и Б90), а вкладыши СОД средней мощности — бронзой (Бр. СЗО) или алюминиевым сплавом (ACM, А020-1). Для ускорения приработки рабочий слой вкладыша часто покрывают тонким слоем олова, свинца или индия (гальваническим способом).

Подшипники с тонкостенными вкладышами. Рост нагрузок на подшипники, вызванный форсировкой двигателей наддувом, требование повышения их эксплуатационной надежности, в частности, увеличения усталостной прочности антифрикционного слоя, вызвали необходимость перехода от традицион но используемых в дизелях старых моделей подшипников с толстостенными вкладышами или с непосредственной заливкой в тело постели к подшипникам с тонкостенными трехслойными вкладышами.

Вкладыши вставляются в тщательно обработанную и очищенную поверхность тела подшипника (постель) на глухой посадке. Глухая посадка с натягом необходима для того, чтобы воспрепятствовать проворачиванию вкладышей в корпусе.

Причины повреждений подшипников дизелей:

• Посторонние частицы, внедряющиеся в подшипник и вызывающие появление рисок и задиров как в самом подшипнике, так и на шейках;

• Задиры, возникающие при перегрузках, неудовлетворительном качестве масла и пр.;

• Усталостные повреждения с образованием трещин (ударные нагрузки при перегрузках);

• Кавитация;

• Коррозия

• Ошибки, допущенные при сборке и пр.

Встречающиеся в процессе эксплуатации повреждения подшипников можно условно разделить на следующие группы:

- Износ,

- усталостное трещинообразование и выкрашивание,

- коррозия,

- риски и царапины,

- эрозия и кавитация,

- фреттинг коррозия и питтинг,

- полное разрушение.

Ненормальные случаи изнашивания и повреждения подшипников чаще всего вызываются действием следующих причин:

- Длительная работа двигателей на режимах высоких нагрузок и оборотов, приводящая к возможному перегреву масла, снижению его вязкости и уменьшению несущей способности масляного клина;

- Работа подшипников в режиме граничного трения из-за недостаточного поступления масла (низкое давление в системе, загрязнение масляных каналов);

- Несоблюдение сроков смены масла, отсутствие контроля за его качественными показателями (истощение присадок, загрязнение масла продуктами окисления и частицами продуктов изнашивания).

- Разжижение масла топливом, попадание в него воды из системы охлаждения и пр.

Абразивное (риски, царапины, а иногда, и глубокие борозды) изнашивание чаще всего

является следствием попадания грязи при небрежно проведенных работах по очистке

двигателя после его переборки и ремонта.

Адгезионное изнашивание возникает при недостаточном поступлении масла в подшипники,

чаще всего вызываемом загрязнением масляных каналов. Причинами могут быть также падение

давления масла и существенное снижение несущей способности масляного клина из-за

разжижения масла топливом или образования водомасляной эмульсиивследствие попадания

в масло воды, увеличения масляного зазора при большом износе подшипника.

Расслаивание антифрикционных сплавов обычно выражается в отслаивании оловянно-свинцовистого слоя от алюминиевого или алюминиевого от стальной основы вкладыша. Это происходит при многократных деформациях неплотно сидящих в расточке подшипника вкладышей под действием чрезмерно высоких нагрузок. Причиной может быть также появление задира, при котором вкладыш перегревается и алюминиевый слой отрывается от стальной основы.

Питтинг, вызываемый электрическими разрядами, обычно возникает при нарушении заземления у двигателей, приводящих генераторы электрического тока, или при производстве сварочных работ. Повреждения характеризуются появлением на вкладышах рисок абразивного износа и язвин точечного характера.

Кавитационная эрозия подшипников является следствием образования в них паровых пузырей в зонах низкого давления и их коллапса (разрыва) при затягивании в зоны высокого давления. Обычно кавитационная эрозия возникает при длительной работе двигателя при высоких оборотах и нагрузках и выражается в откалывании частиц алюминиевого слоя, их попадания в зазор и небольшого абразивного изнашивания вблизи коллапса.

Коррозионный износ возникает как следствие использования сернистого топлива, работы на масле с недостаточным уровнем щелочности, наличия низких температур в системе охлаждения двигателя и пр. Коррозионному износу прежде всего подвергаются рабочие цилиндры, поршневые кольца, штоки и направляющие клапанов и, в ряде случаев, подшипники. Повреждение подшипников под действием кислотных соединений проявляется в возникновении в зонах, удаленных от действия высоких нагрузок, повышенного износа и шероховатой поверхности оловянно-свинцовистого сплава

Фреттинг-коррозия выражается в выкрашивании частиц металла в зоне контакта под действием усталостных разрушений, вызываемых вибрациями и микроперемещениями контактирующих поверхностей. Процесс повреждения поверхности можно условно разделить на три этапа.

Первый этап характеризуется пластическими деформациями и упрочнением верхнего слоя в зоне контакта.

Второй этап характеризуется дальнейшим и более активным процессом усталостного разрушения, сопровождаемого окислением продуктов изнашивания и образованием мелких каверн, в которых они концентрируются и, окисляясь, увеличиваются в объеме.

Третий этап завершает усталостные разрушения корродированных поверхностей. Отдельные каверны соединяются между собой и образуют в зонах контакта относительно обширные поврежденные площади, на которых отмечаются следы микросварки, точечного питтинга и коррозии.

Признаки - появление на рабочей поверхности темных пятен со слабой шероховатостью в зоне контакта шейки вала и вкладыша.

Основная причина возникновения фреттинг-коррозии - наличие микроперемещений между контактирующими поверхностями вкладышей подшипников и их постелью.

Фреттинг- коррозия отмечается также на стыковочных поверхностях элементов остова- причина ослабление затяга гаек соединительных болтов. В соответствии с требованиями Классификационныхт обществ проверка затяга этих болтов должна осуществляться при очередных освидетельствованиях (раз в 4 года). Это очень мало, опыт показывает, что в современных форсированных двигателях, проверка должна проводиться каждые 6 месяцев.

Ковалёв Д.А МК-212