Voznitskiy_-_Sudovye_dvigateli_vnutrennego_sgora (1)

газов и, соответственно, ростом нагрузок на подшипники, а это, как только что было показано, провоцирует повышенные износы.

Зависимость минимальной толщины масляной пленки hn . от ве-

0 Ш1П

личины нагрузки на вал определяется также скоростью вращения вала (и, об/мин) и вязкостью масла. С увеличением скорости вращения и вязкости больше масла нагнетается в зону масляного клина, давление в нем и, соответственно, его несущая способность растут, и шейка вала всплывает вверх.

Выводы.

С износом и увеличением зазора в подшипнике несущая способ­ ность масляного клина снижается, hg уменьшается и возникает опас­ ность появления полусухого трения и прогрессирующего износа. В про­ тивоположность отмеченному уменьшение зазора способствует росту несущей способности масляного слоя. Но здесь надо иметь в виду, что для каждого подшипника существует своя критическая величина ми­ нимально 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 несу­ щей способности масляного клина. Пределы уменьшения зазора дик­ туются также опасностью местных перегревов из-за касания трущихся поверхностей вследствие возможной несоосности положения цапфы в подшипнике, ее овальности и эллиптичности.

Важно учитывать, что высокие износы и даже задиры в подшип­ никах могут возникать при пуске холодного двигателя, когда вязкость масла высокая и оно благодаря низкой текучести может не успеть до­ стигнуть наиболее удаленных точек смазки. В итоге первые обороты вала могут сопровождаться возникновением сухого или полусухого трения.

Практические рекомендации.

1.Не допускать длительной работы двигателей при низких оборо­ тах 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.

19*2. Конструкции

Кконструкции подшипника предъявляют следующие требо­ вания: высокая жесткость; обеспечение условий создания масляного «клина»; хороший теплоотвод от вкладышей; минимальные перепады давлений в потоке масла через подшипник (для предотвращения кави­ тационных разрушений рабочего слоя); антифрикционный сплав .дол­ жен выдерживать большие ударные нагрузки и давления (максималь­ ное давление на подшипник от действия газовых и инерционных сил в МОД достигает 14-16 МПа, в форсированных СОД - 16-18МПа); ма­ лый коэффициент трения; высокая усталостная прочность; коррозион- но-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 подшип­ ников МОД обычно заливают баббитом (Б83, Б89 и Б90), а вкладыши СОД средней мощности - бронзой (Бр. СЗО) или алюминиевым спла­ вом (ACM, А020-1). Для ускорения приработки рабочий слой вклады­ ша часто покрывают тонким слоем олова, свинца или индия (гальвани­ ческим способом).

Подшипники с тонкостенными вкладышами.

Рост нагрузок на подшипники, вызванный форсировкой двигате­ лей наддувом, требование повышения их эксплуатационной надежно­ сти, в частности, увеличения усталостной прочности антифрикцион­ ного слоя, вызвали необходимость перехода от традиционно исполь-

поверхностей вкладышей. Не допускается наличие грязи, следов кор­ розии и раковин.

2.Затяг шпилек или болтов крышек подшипников обязательно осуществлять динамометрическим ключом или гидравлическим домк­ ратом на величину рекомендованных в инструкции усилий.

3.Обязательно проверять величину масляного зазора, используя пластмассовую или свинцовую выжимку.

4.Проверка величины натяга в подшипниках двигателей неболь­ ших размеров осуществляется путем отдачи болтов крепления крыш­ ки с одной стороны и замера образующегося зазора.

В целях повышения несущей способности подшипников и их на­ дежности фирма «Катерпиллар-МАК» применила подшипники, разра­ ботанные австрийской фирмой «Миба». В отличие от широко применяе­ мых трехслойных вкладышей со сплошной заливкой рабочей поверх­ ности мягким сплавом в этом подшипнике (рис. 9.6) мягким оловянно­ свинцовым сплавом заполнены только созданные в нем канавки, пере­ межающиеся с более твердыми и износостойкими ребрами из алюми­ ниевого сплава, хорошо несущими нагрузку. Соотношение площадей - около 75% канавки, около 25% алюминиевые ребра и максимум 5% - никелевые перемычки между ними.

Чтобы лучше понять преимущества этого типа подшипников, рас­ смотрим наиболее типичные причины повреждений подшипников

дизелей:

►посторонние частицы, внедряющиеся в подшипник и вызываю­ щие 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 на­ грузки при перегрузках);

именно им, хотя многие из нижерассматриваемых явлений могут быть распространены и на более старые конструкции.

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

-износ;

-усталостное трещинообразование и выкрашивание;

-коррозия;

-риски и царапины;

-эрозия и кавитация;

-фреттинг-коррозия и питтинг;

-полное разрушение.

Впроцессе нормального износа в основном изнашиванию под­ вергаются нижние половинки головных подшипников, верхние вкла­ дыши мотылевых и нижние вкладыши рамовых подшипников. При этом наибольший износ отмечается в наиболее нагруженных зонах, располагающихся в средней части вкладышей по их окружности, здесь

впервую очередь исчезает тонкий приработочный слой оловянного покрытия и проявляются следы финишной механической обработки. Через несколько тысяч часов на наиболее нагруженных участках мо­ жет износиться оловянно-свинцовистое покрытие, толщина которого обычно составляет 0,015-0,040 мм, и тогда здесь появляется краснова­ тый оттенок нижележащего электролитического слоя меди/никеля. Однако толщина медного слоя очень мала (0,0025 мм) и поэтому чаще виден уже слой алюминиевого сплава.

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 недо­ статочного поступления масла (низкое давление в системе, заг­

рязнение масляных каналов); ►несоблюдение сроков смены масла, отсутствие контроля за его

качественными показателями (истощение присадок, загрязне­ ние масла продуктами окисления и частицами продуктов изна­ шивания).

►разжижение масла топливом, попадание в него воды из систе­ мы охлаждения и пр.

Статистические исследования фирмы «Катерпиллар» показывают, что причины повреждения подшипников:

эрозия, вдавливание частиц

в подшипник

-в 40-50% случаев приходятся на наличие в масле загрязняющих примесей, попадание в него твердых углеродистых частиц и продук­ тов износа;

-в 20-30% - недостаточное поступление масла и снижение его вязкости;

-20% соотносятся с нарушениями при сборке и использованием некачественных деталей.

Абразивный износ (рис. 9.7, 9.8).

Абразивное изнашивание чаще всего является следствием попа­ дания грязи при небрежно проведенных работах по очистке двигателя после его переборки и ремонта. Абразивное изнашивание вызывается также попаданием в циркулирующее в подшипниках масло твердых грязевых частиц, под влиянием которых появляются на рабочей по­ верхности вкладышей риски, царапины, а иногда и глубокие борозды.

Впоследнем случае поверхность выглядит так, как это происходит при задирах из-за недостатка масла, чрезмерно высоких нагрузок и перегрева.

Появление в масле абразивных частиц обусловливается проры­ вом из цилиндров газов, несущих в себе сажу и отколовшиеся частицы нагара (более мелкие частицы вдавливаются в мягкий поверхностный слой и благодаря этому не приводят к заметным повреждениям). Боль­ шая часть механических примесей должна задерживаться масляным фильтром (15-20 мкм), но при загрязнении фильтра открывается бай­ пасный клапан и в двигатель поступает нефильтрованное масло, несу­ щее в себе более крупные частицы. Аналогичные явления наблюдают­ ся при прорыве фильтров.

Адгезионный износ (рис. 9.9).

Адгезионное изнашивание возникает при недостаточном поступ­ лении масла в подшипники, чаще всего вызываемом загрязнением мае-

ром сначала происходит заполировывание поверхностного слоя, со­ провождающееся ростом температур в зоне трения, затем - размягче­ ние антифрикционных сплавов, их утонение вследствие выдавлива­ ния, оплавление и их наволакивание на шейки вала.

Расслаивание.

Расслаивание антифрикционных сплавов обычно выражается в отслаивании оловянно-свинцовистого слоя от алюминиевого или алю­ миниевого от стальной основы вкладыша. Это происходит при много­ кратных деформациях неплотно сидящих в расточке подшипника вкла­ дышей под действием чрезмерно высоких нагрузок. Причиной может быть также появление задира, при котором вкладыш перегревается и алюминиевый слой отрывается от стальной основы. Значительно реже расслаивание возникает в результате технологических нарушений, до­ пущенных при изготовлении подшипников.

Питтинг.

Питтинг, вызываемый электрическими разрядами, обычно возни­ кает при нарушении заземления у двигателей, приводящих генераторы электрического тока, или при производстве сварочных работ. Повреж­ дения характеризуются появлением на вкладышах рисок абразивного износа и язвин точечного характера. Затылки вкладышей также под­ вергаются питтингу, вокруг которого образуются зоны окисления сталь­ ной основы, часто переходящие в цвета побежалости. На шейках вала, исключая зоны маслоподводящих отверстий, иногда также наблюда­ ются следы питтинга. При распознавании причин повреждений важно иметь в виду, что питтингу под действием дуговых разрядов подверга­ ются рамовые подшипники, в то время как мотылевые остаются не­ поврежденными .

Кавитационная эрозия.

Кавитационная эрозия подшипников является следствием образо­ вания в них паровых пузырей в зонах низкого давления и их коллапса (разрыва) при затягивании в зоны высокого давления. Давление в мас­ ляном слое растет по мере перемещения к нагруженной зоне, и кол­ лапс происходит до того, как пузырек попадает в эту зону (средняя часть вкладыша), и поэтому разрушение размещается за ее пределами, не приводя к серьезным повреждениям подшипников. Обычно кавита­ ционная эрозия возникает при длительной работе двигателя при высо­ ких оборотах и нагрузках и выражается в откалывании частиц алюми­ ниевого слоя, их попадания в зазор и небольшого абразивного изнаши­ вания вблизи коллапса.

Коррозионный износ.

Коррозионный износ возникает как следствие использования сер­ нистого топлива, работы на масле с недостаточным уровнем щелочно­ сти, наличия низких температур в системе охлаждения двигателя и пр. Коррозионному износу, прежде всего, подвергаются рабочие цилинд­ ры, поршневые кольца, штоки и направляющие клапанов и, в ряде слу­ чаев, подшипники. Повреждение подшипников под действием кислот­ ных соединений проявляется в возникновении в зонах, удаленных от действия высоких нагрузок, повышенного износа и шероховатой по­ верхности оловянно-свинцовистого сплава.

Фреттинг-коррозия.

Фреттинг-коррозия выражается в выкрашивании частиц металла в зоне контакта под действием усталостных разрушений, вызываемых вибрациями и микроперемещениями контактирующих поверхностей.

Одновременно с фреттингом возникает коррозия. Фреттинг может происходить при достаточно малых скоростях скольжения, когда эле­ менты длительное время находятся в контакте, что затрудняет унос про­ дуктов износа из зоны контакта и тем самым способствует абразивному изнашиванию. Рост амплитуд микроперемещений сопровождается по­ вышением интенсивности разрушения контактирующих поверхностей.

Процесс повреждения поверхности можно условно разделить на три этапа.

Первый этап характеризуется пластическими деформациями и упрочнением верхнего слоя в зоне контакта. Под действием колеба­ тельных нагрузок и микроперемещений в этом слое возникают устало­ стные напряжения. На глубине под поверхностью образуются зоны разрыхленного материала, затем происходит диспергирование верхне­ го слоя с образованием продуктов изнашивания.