2.2 Предельная эллиптичность шеек валов

Неравномерный износ шеек валов искажает их первоначальную форму. С известным приближением обычно считают, что в процессе неравномерного износа появляется эллиптичность шеек в поперечном сечении. Для изучения изменении, вносимых эллиптичностью шеек в работу сопряжения вал ­подшипник, рассмотрим простейший случай вращающегося мотылевого подшипника и неподвижной шейки мотыля при постоянной нагрузке неизменного направления. В этом случае вращающийся вкладыш ­подшипника равномерно изнашивается по окружности, шейка же вала изнашивается на некотором участке своей нижней половины. Радиус кривизны изнашиваемого участка уменьшается, и в тот момент, когда кри­визна шейки вала совпадает с кривизной вкладыша подшипника, нарушится условие существования клиновидного зазора в сопряжении, вследствие чего станет невозможным жидкостное трение. Если принять протяженность опорной дуги шейки вала равной 90⁰, то можно вывести следующую формулу для установления предельной эллиптичности шеек вала:

y = 0,2·S_o +0,4· (17)

где у - наибольшая величина износа шейки вала в пределах изнашиваемого

квадранта, мм;

S_o –- начальный масляный зазор, мм;

 - равномерный радиальный износ вкладыша подшипника, мм.

Если принять  =  у, где  - коэффициент, показывающий, во сколько раз вкладыш подшипника изнашивается быстрее шейки вала, то после соответствующих преобразовании получим

у = 0,5S₀ / 2,5- (18)

Из формулы (18) можно сделать следующие выводы:

а) для неизношенной шейки 8 должно быть равно нулю или у = 0,2S_o, т. е. допуск на эллиптичность шейки вала при изготовлении не должен превышать 0,2 начального зазора;

б) так как по своему смыслу величина у может быть только положительной, то о нарушении режима жидкостного трения может идти речь при  < 2,5.

Если подшипник изнашивается быстрее шейки вала в 2,5 раза и более, то эллиптичность вала не может привести к ликвидации клиновидного зазора между шейкой и подшипником.

Условия износа сопряжения рамовая шейка – подшипник сложнее рассмотренного сопряжения шатунный шейка – подшипник, однако в первом приближении можно считать влияние эллиптичности на его износ таким же, как и в первом случае.

Эллиптичность шеек не должна превышать разности между максимально допускаемым и начальным масляными зазорами. В противном случае подтяжка подшипника до S₀ вызовет заклинивание вала. Предельную эллиптичность шейки вала, исходя из этих соображений, можно определить так:

у = S_max – S₀. (19)

Пример.

Найти:

а) предельно допускаемую эллиптичность для шатунный шеек коленчатого вала двигателя, для которого ранее были определены нормальные S₀ и максимальные S_max зазоры, если  = 2,1;

б) промежуток времени между подтяжками подшипника, если удельные взносы шейки вала и подшипника И_у = tgα составляют в сумме

0,006 мм/1000 ч;

в) допуск на эллиптичность шеек вала при приемке после ремонта.

1) Предельно допустимая эллиптичность:

у = 0,5S₀ / 2,5 –  = 0,5S₀/2,5 – 2,1 = 0,33 мм.

у = S_max – S₀ = 0,5 – 0,27 = 0,23 мм.

Полученное значение у показывает, что, когда эллиптичность достигнет значения, равного 0,33 мм, условия жидкостного трения будут нарушены и начнется интенсивный износ сочленения.

Значение у, показывает, что если эллиптичность превысит 0,23 мм, то подтяжка подшипника до S_o может вызвать заклинивание вала. Следова­тельно, лимитирующей эллиптичностью будет 0,23 мм.

2) Промежуток времени между подтяжками подшипников составит

t_max= S_max – S₀ / И_у= 0,5 – 0,27 / 0,006 = 38000ч

3) Допуск на эллиптичность шеек при приемке после ремонта составит

у = 0,2· S_o = 0,2·0,27 = 0,054 мм.