Актуальность вопроса повышения работоспособности подшипников коленчатого вала ДВС

Черняков Д.С., Зарипова Н.А. Актуальность вопроса повышения работоспособности подшипников коленчатого вала ДВС // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2018. -№1 (12) январь - март. - URL http://e-journal.omgau.ru/images/issues/2018/1/00518.pdf. - ISSN 2413-4066

УДК 621.8

Черняков Дмитрий Степанович

Магистрант

ФГБОУВО Омский ГАУ, г. Омск john_shepard_96@mail.ru

Зарипова Наталья Андреевна

Кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВО Омский ГАУ, г. Омск na.zaripova@omgau.org

Актуальность вопроса повышения работоспособности подшипников коленчатого вала ДВС

Аннотация. В статье рассматривается проблема повышения работоспособности подшипников коленчатого вала в частности актуальность данной темы. По какой причине двигатели внутреннего сгорания выходят из строя. Каковы результаты износа деталей двигателя

Ключевые слова: подшипники, коленчатый вал, двигатель внутреннего сгорания, система смазки, ремонт машин.

Прогресс автотракторной промышленности неразрывно связан с совершенствованием конструкций двигателей внутреннего сгорания. Повышение надежности автотракторных двигателей внутреннего сгорания является важнейшей задачей, стоящей перед современным двигателестроением. Уровень развития современной теории рабочих процессов машин, наличие обширной экспериментальной техники для определения рабочих нагрузок и высокий уровень развития прикладной теории упругости позволяет в данный момент обеспечить достаточную прочность деталей машин с большой гарантией от поломок их в нормальных условиях эксплуатации. Поэтому наиболее распространенной причиной выхода из строя двигателей внутреннего сгорания является не поломка составляющих его деталей, а их износ. Решение этой задачи во многом связано с повышением износной долговечности двигателя внутреннего сгорания. Несмотря на прогресс, достигнутый в этой области, он остается недостаточным [3].

Большинство машин (85...90%) выходит из строя по причине износа деталей. Расходы на ремонт машин, оборудования и транспортных средств составляют в нашей стране десятки млрд. руб. в год. Затраты на ремонт и техническое обслуживание машин в несколько раз превышают их стоимость. Если рассмотреть распределение объема трудовых затрат на весь срок службы автомобиля, то получим следующие данные: на изготовление - 1,4%, на техническое обслуживание 45,4%, на текущий ремонт - 46%, на капитальный ремонт - 7,2%. Большая часть этих затрат приходится на основной агрегат автомобиля - двигатель. Двигатели внутреннего сгорания выходят из строя главным образом (до 80%) в результате

износа цилиндров и деталей шатунна-кривошипного механизма. Более всего изнашиваются цилиндры и поршневые кольца, подшипники и шейки коленчатого вала [2].

В результате износа указанных деталей падает мощность двигателя, увеличивается расход горючего и смазочного материала, возрастает в несколько раз загазованность вредными газами окружающей среды.

Основной системой двигателя внутреннего сгорания, отвечающей за нормальные условия работы пар трения двигателя, является система смазки автомобиля. Для различных типов двигателей в зависимости от назначения и характеристик режимов работы условия смазки разнообразны.

В представленной таблице 1 дана классификации подшипников скольжения.

Таблица 1. Классификация подшипников скольжения

Наименование Описание

Неразъемные нерегулируемые Состоят из цилиндрической втулки, называемой вкладышем, и корпуса, прикрепляемого к машине или составляющего с ней одно целое. Толщина стенки втулки от 2 до 10 мм соответственно для валов 10-100 мм. Как правило, в качестве материала для втулки применяют бронзу, баббиты, чугун, пластмассы, металлокерамика и другие материалы.

Неразъемные регулируемые с внутренним корпусом Представляют собой цилиндрическую втулку из бронзы или антифрикционного чугуна с конусным отверстием и наружной резьбой с обоих концов для двух регулировочных гаек. Зазор между валом и вкладышем регулируется осевым перемещением втулки. Штифт предохраняет втулку от проворачивания при регулировании.

Неразъемные регулируемые с наружным конусом Представляют собой втулку с цилиндрическим отверстием, наружным конусом и сквозной прорезью. Зазор между валом и вкладышем регулируется осевым перемещением втулки и ее сжатием при этом за счет имеющейся прорези. Болт с конусной головкой фиксирует положение подшипника.

Разъемные Состоят из корпуса и крышки, внутри который установлены вкладыши из бронзы, антифрикционного чугуна или биметаллические. Обычно в верхнем вкладыше выполняются отверстия для подвода смазочного материала и смазочная канавка. Крышка и корпус с разъемом в горизонтальной или наклонной плоскости соединяются двумя либо четырьмя резьбовыми крепежными деталями. Для их разгрузки от поперечных усилий и взаимного центрирования стык крышки с корпусом выполняется с уступом или же ставятся два штифта.

Самоустанавливающиеся цельные Служат для компенсации перекосов осей вала и отверстия опоры за счет сферической поверхности сопряжения вкладыша и корпуса. Чаще применяются для многоопорных валов.

Сегментные самоустанавливающиеся подшипники Вкладыши подшипников состоят из трех и более подушек сегментной формы, равномерно расположенных по окружности таким образом, что могут свободно устанавливаться относительно шейки вала, поворачиваясь в осевой и радиальной плоскостях. Подшипники обеспечивают без вибрационную работу узла.

Многоклиновые цельные регулируемые Вкладыш имеет конусную наружную поверхность.

При осевом перемещении вкладыш за счет вращения гайки сжимается, образуя с валом несколько суживающихся зазоров. Получаемые таким образом несколько масляных клиньев обеспечивают валу хорошее центрирование и безвибрационную работу.

Газостатические В зазор между шейкой вала и вкладышем в нескольких местах подается под давлением воздух, обеспечивающий воздушную смазку. Опоры обладают минимальным моментом трения. Применяются для подшипников с малыми нагрузками и высокими скоростями скольжения.

Гидростатические Вкладыш имеет несколько несущих камер, куда под давлением подается масло. Опоры обладают ничтожно малым коэффициентом трения при трогании с места (до 10-6). Применяются при необходимости высокой точности вращения, а также для тяжело нагруженных валов.

Гидро- и газодинамические При определенных значениях зазора между шейкой и вкладышем и скорости выше минимальной за счет гидро- и газодинамического эффекта данные опоры обеспечивают жидкостное трение в подшипнике, т.е. отсутствие непосредственного контакта между шейкой вала и вкладышем. Применяются для опор шпинделей при высоких частотах вращения. Материал втулок подшипника выбирают в зависимости от условий эксплуатации.

Подпятники Воспринимают осевые силы. Рабочая поверхность - круг или кольцо. По типам делятся на: гладкие и сегментные с неподвижным подпятником, сегментные самоустанавливающиеся, гребенчатые, гидростатические. Материал подпятника: чугун, сталь, бронза, алюминиевые сплавы, баббиты, дерево, а также сталь с заливкой опорной поверхности баббитом.

Из теории двигателестроения известно, потери на трение и изнашиваемость деталей будут наименьшими только при жидкостном трении. В современных автотракторных двигателях до 70% масла, подаваемого насосом, расходуется подшипниками коленчатого вала. В изношенном двигателе расход масла возрастает до 96% от производительности насоса [4]. Особенно много масла проходит через коренные подшипники. Относительно большой расход масла через подшипники вала изношенного двигателя вызван возрастанием зазоров между шейками и вкладышами. Расход масла через подшипник пропорционален зазору в кубической степени [1]. Этим объясняется то, что на некоторых типах двигателей, даже средней изношенности, редукционный клапан остается закрытым на всем диапазоне скоростных режимов. Производительность насоса, достаточная для нового двигателя, не обеспечивает необходимую эффективность системы смазки двигателя изношенного. Если при этом коленчатый вал обеспечен смазкой, то на распределительный вал и другие узлы трения совершенно недостаточное количество масла. Отсюда можно сделать вывод, что общее состояние и долговечность узла трения «вкладыш - шейка коленчатого вала» является основополагающим фактором нормального функционирования системы смазки двигателя внутреннего сгорания.

Таким образом, проблема повышения работоспособности подшипников коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, остро стоит на современном этапе машиностроения. Долговечность работы подшипников скольжения влияет на многие сферы обслуживания автомобилей, как на их ремонтные работы, так и на общую надежность двигателя внутреннего сгорания.

Ссылки на источники:

1. Венцель СВ. Смазка и долговечность двигателей внутреннего сгорания. Киев: Техника, 1977. -208 с.

2. Гаркунов Д.Н. Триботехника (износ и безызносность). М: Издательство МСХА, 2001. - 616 с.

3. Денисов А.С. Басков В.Н. Особенности изнашивания деталей при переменных режимах работы агрегатов//Двигателестроение. - 2003. - № 4, — С.46-48

4. Пашковский И.Э., Шестопалов Т.А. Прогностическая модель повышения срока службы подшипниковых опор при применении металлоплакирующих смазочных материалов//МЭСХ. - 2004. — № 6. — С.28-30.

Dmitry Chernyakov

Master's Degree Student FSBEI HE Omsk SA U, Omsk

Natalia Zaripova

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor FSBEI HE Omsk SA U, Omsk

Urgency of the Problem of Increasing the Serviceability of Crankshaft Bearings of ICE

Abstract. In the article the problem of increasing the working capacity of crankshaft bearings the relevance of this topic is considered. For what reason internal combustion engines fail. What are the results of wear on engine parts.

Keywords: bearings, crankshaft, internal combustion engine, lubrication system, machinery repair.