Общая информация
Места установки подшипников в двигателе
На рисунке представлены места установки подшипников в шестицилиндровом двигателе. Установлены семь коренных подшипников, причем один из них выполняет роль осевого подшипника. Между коренными подшипниками расположены шатунные подшипники – по одному на каждый цилиндр.
Для установки других подшипников, например, распределительных валов, нижних головок шатунов и компенсационных валов, используются, как правило, не полувкладыши, а втулки подшипников скольжения.
В данной брошюре основной упор делается на полувкладыши, применяемые в кривошипно-шатунном механизме для установки подшипников шатунов и коленчатого вала.
Для установки других подшипников, например, распределительных валов, нижних головок шатунов и компенсационных валов, используются, как правило, не полувкладыши, а втулки подшипников скольжения.
В данной брошюре основной упор делается на полувкладыши, применяемые в кривошипно-шатунном механизме для установки подшипников шатунов и коленчатого вала.
01 Шатунный подшипник
02 Упорные пластины / коренной или упорный подшипник
03 Коренной подшипник
04 Втулка нижней головки шатуна
Коренные и шатунные подшипники кривошипно-шатунного механизма
Шатунные подшипники соединяют шатуны с коленчатым валом. Возможны различные исполнения вкладышей подшипников со стороны шатуна и крышки, причем нагрузка на вкладыши со стороны шатуна намного выше, чем на вкладыши со стороны крышки. Возникающее в процессе сгорания усилие зажигания передается через них на коленчатый вал. У бензиновых двигателей высокой нагрузке подвергаются также вкладыши со стороны крышки, так как из-за более высоких, чем у дизельных двигателей, частот вращения воздействуют значительные силы инерции. Масло поступает в шатунные подшипники через отверстия в коренных подшипниках коленчатого вала.
Коленчатый вал устанавливается на коренных подшипниках. При этом также различают верхние и нижние вкладыши подшипников. У коренных подшипников повышенную нагрузку на нижний вкладыш оказывают усилия зажигания. Усилия, передаваемые от шатуна к коленчатому валу, воспринимаются несколькими коренными подшипниками, поэтому они подвергаются меньшей нагрузке, чем вкладыши шатунных подшипников со стороны шатунов. Верхний вкладыш коренного подшипника имеет смазочную канавку, которая служит для подачи масла к шатунным подшипникам через отверстия в коленчатом валу.
Для дополнительного восприятия осевых усилий, возникающих, например, при включении сцепления, в качестве осевых подшипников устанавливают подшипники с упорными пластинами или композитные подшипники.
Коленчатый вал устанавливается на коренных подшипниках. При этом также различают верхние и нижние вкладыши подшипников. У коренных подшипников повышенную нагрузку на нижний вкладыш оказывают усилия зажигания. Усилия, передаваемые от шатуна к коленчатому валу, воспринимаются несколькими коренными подшипниками, поэтому они подвергаются меньшей нагрузке, чем вкладыши шатунных подшипников со стороны шатунов. Верхний вкладыш коренного подшипника имеет смазочную канавку, которая служит для подачи масла к шатунным подшипникам через отверстия в коленчатом валу.
Для дополнительного восприятия осевых усилий, возникающих, например, при включении сцепления, в качестве осевых подшипников устанавливают подшипники с упорными пластинами или композитные подшипники.
Функции подшипников скольжения
Основная функция подшипников скольжения заключается в восприятии и передаче усилий, возникающих между движущимися относительно друг друга компонентами. Кроме того, они снижают трение, обеспечивая тем самым вращательное движение почти без износа. Во время работы любого подшипника возникают силы трения, которые препятствуют вращательному движению и вырабатывают при этом тепло. Для уменьшения этих сил и отвода образующегося при трении тепла требуется масляная пленка между подшипником и шейкой вала. Отсутствие масляной пленки приводит к прямому контакту и сухому трению, вызывающему износ и истирание подшипника.
Гидродинамические подшипники скольжения, у которых только за счет относительного движения между вкладышами и шейкой образуется прочная масляная пленка, проходят до момента достижения определенной переходной частоты вращения зону полусухого трения.
Гидродинамические подшипники скольжения, у которых только за счет относительного движения между вкладышами и шейкой образуется прочная масляная пленка, проходят до момента достижения определенной переходной частоты вращения зону полусухого трения.
При малой частоте вращения гидродинамического эффекта недостаточно для того, чтобы полностью отделить поверхности друг от друга. Это приводит к частичному соприкосновению твердых поверхностей скольжения, что может вызвать повреждение подшипника. Лишь по мере увеличения частоты вращения уменьшаются силы трения, и образуется постоянная масляная пленка. Возникает жидкостное трение, при котором обе поверхности скольжения полностью отделены друг от друга. С целью обеспечения надежной функции подшипников возникающее давление смазочного материала должно быть в зазоре подшипника достаточным для восприятия действующих на подшипник сил при отсутствии контакта поверхностей скольжения. Этим характеризуется идеальная рабочая точка подшипников скольжения. Но и этот вид трения приводит к образованию тепла, для отвода которого требуется достаточная смазка.
Строение подшипников скольжения
Согласно норме DIN 50282 («Материалы металлические антифрикционные для подшипников скольжения. Термины и определения поведения материалов в процессе эксплуатации») трибологические свойства антифрикционного материала характеризуются такими понятиями, как режим работы при приработке, поглощательная способность, поведение в аварийном режиме, износостойкость и приспособляемость. Поэтому предъявляемые к подшипникам скольжения требования играют решающую роль при выборе материала.
Различают два семейства антифрикционных материалов.
БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОДШИПНИКИ
Биметаллические подшипники состоят из стальной основы, подслоя из чистого алюминия и нанесенного подшипникового материала. Как правило, в качестве материала применяют алюминиевый сплав с добавлением олова, меди и кремния.
01 Стальная основа
02 Подслой (при необходимости)
03 Подшипниковый материал
Различают два семейства антифрикционных материалов.
БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОДШИПНИКИ
- Композиты сталь-алюминий
Биметаллические подшипники состоят из стальной основы, подслоя из чистого алюминия и нанесенного подшипникового материала. Как правило, в качестве материала применяют алюминиевый сплав с добавлением олова, меди и кремния.
01 Стальная основа
02 Подслой (при необходимости)
03 Подшипниковый материал
ТРИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОДШИПНИКИ
В зависимости от области применения и предъявляемых специфических требований наносимое на триметаллические подшипники покрытие представляет собой дополнительный антифрикционный слой в виде ионно-плазменного напыления (sputter), гальванического покрытия или слоя лака скольжения. Подшипниковый металл (сплав алюминия, бронзы или латуни) наносится на стальную основу методами плакирования, заливки или спекания. При необходимости, для предотвращения диффузии между подшипниковым материалом и рабочим слоем (покрытием) наносится подслой из никеля или сплава никеля.
Таким образом, для изготовления подшипников скольжения используют различные материалы, в зависимости от предъявляемых требований. Часто материал для более высоконагруженного вкладыша подшипника отличается от материала противоположного вкладыша. Например, у V-образного двигателя полувкладыш шатунного подшипника со стороны шатуна имеет ионно-плазменное напыление, а полувкладыш со стороны крышки изготавливают из композита сталь-алюминий без покрытия.
01 Стальная основа
02 Подшипниковый материал
03 Подслой (при необходимости)
04 Рабочий слой (покрытие)
- Спеченные/литые композиты сталь-бронза или сталь-латунь с покрытием
- Композиты сталь-алюминий с покрытием
В зависимости от области применения и предъявляемых специфических требований наносимое на триметаллические подшипники покрытие представляет собой дополнительный антифрикционный слой в виде ионно-плазменного напыления (sputter), гальванического покрытия или слоя лака скольжения. Подшипниковый металл (сплав алюминия, бронзы или латуни) наносится на стальную основу методами плакирования, заливки или спекания. При необходимости, для предотвращения диффузии между подшипниковым материалом и рабочим слоем (покрытием) наносится подслой из никеля или сплава никеля.
Таким образом, для изготовления подшипников скольжения используют различные материалы, в зависимости от предъявляемых требований. Часто материал для более высоконагруженного вкладыша подшипника отличается от материала противоположного вкладыша. Например, у V-образного двигателя полувкладыш шатунного подшипника со стороны шатуна имеет ионно-плазменное напыление, а полувкладыш со стороны крышки изготавливают из композита сталь-алюминий без покрытия.
01 Стальная основа
02 Подшипниковый материал
03 Подслой (при необходимости)
04 Рабочий слой (покрытие)
Демонтаж подшипников скольжения в случае повреждения
При демонтаже вкладышей подшипников в случае повреждения необходимо учитывать следующее:
- На вкладышах подшипников следует отметить места посадки и позиции в ряду отверстий под коренные подшипники, чтобы лучше понять ход повреждения. Часто ход повреждения определяется не только по общему внешнему виду подшипника, но и по месту посадки. Например, в случае изгиба коленчатого вала односторонние следы износа образуются, в первую очередь, на первом и последнем коренных подшипниках.
- Необходимо задокументировать условия работы (длительность, вид нагрузки) и прочие воздействия, например, используемое масло, чтобы дать более точную оценку повреждения.
- Должны быть задокументированы нетипичные признаки других компонентов двигателя, например, коленчатого вала. В большинстве случаев видны повреждения детали, сопряженной с подшипником скольжения. Часто повреждения подшипника связаны с повреждениями других компонентов двигателя.
- Для последующего анализа следует взять пробу примененного масла и сохранить масляный фильтр. Можно определить и проанализировать остатки частиц, что позволит выяснить возможные причины повреждения.
- Необходимо задокументировать крутящие моменты, требуемые для ослабления болтов двигателя. В случае неправильного крутящего момента затяжки болтов возможно относительное движение вкладыша подшипника в отверстии корпуса.