Конструирование узлов трения скольжения ДВС

При правильной конструкции и смазке подшипники скольжения (ПС) могут нести большие нагрузки при высокой частоте вращения вала. ПС имеют следующие преимущества: малые радиальные размеры и массу; их изготовление не требует специального оборудования; ПС легко могут быть выполнены разъемными, что облегчает их монтаж и делает почти единственной формой опор для коренных и шатунных шеек коленвала; бесшумность работы и высокая демпфирующая способность при воздействии циклических и ударных нагрузок; долговечность ПС не зависит от частоты вращения вала.

К недостаткам ПС можно отнести следующие: значительно больший коэффициент трения по сравнению с подшипниками качения (0,001-0,03); большой пусковой момент вследствие загустения масла; нуждаются в непрерывном подводе масла под давлением для поддержания режима жидкостной смазки и отвода теплоты; работают при температурах не выше 150^оС вследствие сильного разжижения масла.

В подшипниках скольжения встречаются три основных вида смазки: жидкостная, полужидкостная и граничная.

Несущая способность подшипника P [H] определяется по формуле ,

где d - диаметр вала, мм, l - длина подшипника, мм, h - динамическая вязкость смазки, Па×с, n - частота вращения вала, об/с, m - коэффициент, зависящий от величины зазора, значения которого можно определить из таблицы:

Эта формула показывает, что при прочих равных условиях несущая способность ПС пропорциональная кубу диаметра. Следовательно, увеличение диаметра представляет очень эффективное средство повышения несущей способности ПС.

Несущая способность также пропорциональная квадрату отношения l/d. Но при повышении l/d улучшение работы ПС не однозначно. ПС с высоким l/d очень чувствительны к перекосам, поэтому при конструировании придерживаются средних значений l/d = 0,8-1,2. ПС устойчиво работают в широком диапазоне эксплуатационных режимов. Это объясняется их способностью приспосабливаться к различным условиям работы благодаря свойству смазочных масел менять вязкость с изменением температуры, то есть ПС жидкостной смазки является саморегулирующейся системой.

Большие зазоры неблагоприятны для несущей способности, но способствуют уменьшению трения и увеличению прокачки масла. Рабочая температура при этом снижается, что ведет к увеличению вязкости масла и компенсирует снижение несущей способности. Этим объясняется способность ПС работать даже при довольно значительных износах.

Если ПС работает неудовлетворительно, то причиной этому является, как правило, ошибки конструирования. Наиболее частые причины выхода подшипников из строя следующие: неправильный подвод смазочного материала; недостаточная подача масла в пусковые периоды; заторможенное истечение масла из ПС; неправильная конструкция подшипникового узла (неблагоприятное распределение сил на подшипнике, повышенные кромочные нагрузки); недостаточная жесткость вала и подшипника; неправильный выбор материала вала и подшипника; недостаточная твердость поверхности вала; неправильное соотношение между твердостью вала и подшипника; неправильная макро- и микрогеометрия несущих поверхностей; низкое качество масла или окисление масла в эксплуатации; неудовлетворительная фильтрация масла от механических примесей и твердых продуктов окисления. Ввод масла в подшипники: через сверления в корпусе; через сверления в вале; с использованием кольцевых канавок с целью увеличения прокачиваемости масла; ввод масла с торца не снижает несущей способности, но снижает прокачиваемость масла в 2 раза. Смазка в пусковые периоды. Наибольший износ и наиболее частые повреждения рабочих поверхностей ПС происходит при пуске, когда ПС работают в условиях граничной или полужидкостной смазки. Подача масла по смазочным магистралям в пусковые периоды затруднена из-за загустевания масла. Кроме того, при пуске масло поступает в смазочные точки с запозданием через промежуток времени, необходимый для заполнения масляных каналов. Поэтому для ускорения подачи масла к смазочным точкам целесообразно уменьшать объем полостей масляной магистрали. В ответственных конструкциях применяют систему автономного питания подшипников в пусковой период.