Устройство автомобилей
Кривошипно-шатунный механизм
Коренные подшипники
Коренные подшипники поддерживают коленчатый вал в блок-картере и работают в тяжелых эксплуатационных условиях, характеризующихся значительными динамическими нагрузками со стороны шеек коленчатого вала и высокой частотой вращения. При этом в результате трения подшипники нагреваются, и их трущиеся поверхности подвергаются механическому изнашиванию.
Интенсивному изнашиванию коренных подшипников в значительной мере препятствует масляный клин, который образуется в зоне сопряжения подшипник-шейка коленчатого вала при вращении последнего. В результате высокого давления масла в образовавшемся масляном клине коленчатый вал буквально всплывает в масляной пленке, и во время работы двигателя практически не касается поверхности вкладышей.
Тем не менее, износ коренных подшипников развивается динамично, поскольку масляная пленка между шейками вала и поверхностью подшипников образуется при устойчивой частоте вращения и эффективном функционировании системы смазки, которые в условиях пуска двигателя, особенно после длительного перерыва в работе, требуют значительного времени для выхода на оптимальный режим.
К коренным подшипникам предъявляются следующие требования:
- уменьшение трения и теплоотвода;
- соосность опор коленчатого вала;
- высокая жесткость;
- высокая надежность.
В двигателях внутреннего сгорания могут применяться коренные подшипники качения (обычно роликовые) и подшипники скольжения. Наибольшее распространение получили подшипники скольжения (вкладыши), так как применение подшипников качения связано с усложнением конструкции блок-картера и повышенным гидродинамическим сопротивлением качению роликов по слою смазочного материала при высоких частотах вращения.
Коренные подшипники скольжения выполняют разъемными. Верхняя опорная часть их расположена в перегородке картера, а нижняя размещена в съемной крышке, которая фиксируется на картере болтами или шпильками. Крышки коренных опор в процессе изготовления блока картера и расточке отверстия (постели) под коленчатый вал, обрабатываются совместно с перегородками, поэтому в процессе эксплуатации двигателя нельзя переставлять крышку из одной опоры на другую, поскольку это может привести к нарушению центровки постелей коленчатого вала.
Коренные подшипники скольжения выполняются в виде тонкостенных сменных вкладышей, которые устанавливаются в соответствующих гнездах картера с натягом.
Тонкостенные вкладыши представляют собой изогнутую в полукольцо стальную ленту, на внутреннюю (рабочую) поверхность которых нанесен антифрикционный слой – оловянисто-алюминиевый сплав, содержащий 17,5…22,5 % олова; 0,7…1,3 % меди; по 0,7 % железа, кремния, марганца; остальное – алюминий.
В двигателях с повышенной нагрузкой на подшипники (например, дизели) в качестве антифрикционного слоя коренных вкладышей используется свинцовистая бронза, содержащая 30 % свинца.
Особенность коренных вкладышей – наличие на их рабочей поверхности отверстий и кольцевых канавок для обеспечения непрерывной подачи масла к шейкам коленчатого вала.
Для предотвращения от проворачивания вкладышей в постелях применяют отогнутые выступы – «усики», которые при сборке упираются в выемки плоскостей разъема.
Для обеспечения необходимой жесткости крышки коренных подшипников выполняются массивными с дополнительными ребрами и утолщениями, и крепятся к перегородкам картера с большим моментом затяжки.
Для того, чтобы исключить деформацию, высоконагруженные крышки коренных подшипников дизелей соединяют с картером дополнительными вертикальными или горизонтальными болтами. Во избежание боковых смещений крышки фиксируют обычно установочными штифтами или втулками, либо призонными болтами. Посадка крышки по торцевым плоскостям, отфрезерованным в приливах картера, обеспечивает высокую жесткость всему узлу подшипника.
Источник
Коренные подшипники коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания
Коренные подшипники скольжения изготавливаются в виде тонкостенных разрезных сменных вкладышей, устанавливаемых с натягом в точно обработанные цилиндрические гнёзда картера. После затяжки болтами коренные подшипники принимают форму этих гнёзд.
В основе конструкции тонкостенного вкладыша (12) [рис. 1] лежит изогнутая в полукольцо стальная лента, чья внутренняя поверхность имеет покрытие из антифрикционного слоя, состав которого аналогичен составу такого же слоя, нанесённого на шатунные вкладыши. Коренные вкладыши имеют толщину 2-3 мм (для карбюраторных двигателей) и 3-5 мм (для дизельных двигателей).
Рис. 1. Кривошипно-шатунный механизм дизельного двигателя СМД.
2) – Шестерня привода масляного насоса;
5) – Втулка верхней головки шатуна;
10) – Поршневое маслосъёмное кольцо;
11) – Поршневые компрессионные кольца;
12) – Вкладыши коренных подшипников;
14) – Маховик коленчатого вала;
16) – Фланец крепления маховика;
18) – Шестерня привода газораспределения;
19) – Масляная полость шатунной шейки;
21) – Крышка нижней головки шатуна;
22) – Вкладыш шатунного подшипника;
Как правило, упорные подшипники (предназначены для ограничения перемещения коленчатого вала основной массы двигателей, в частности дизельных) размещают со стороны маховика. В данном случае при тепловом удлинении вала не происходит изменения зазора в механизме сцепления. Упорные подшипники (в некоторых двигателях) устанавливаются со стороны привода ГРМ (механизм газораспределения) либо у среднего коренного подшипника. В двигателях Д-240, СМД-60 и прочих продольное перемещение коленчатого вала ограничивается посредством четырёх полуколец (13) [рис. 1] и (3) [рис. 2, а)], которые выполнены из сталеалюминиевой ленты и установлены по обе стороны заднего коренного подшипника.
а) – Коленчатый вал дизельного двигателя Д-240:
4) – Нижний вкладыш пятого коренного подшипника;
6) – Маслоотражательная шайба;
10) – Верхний вкладыш пятого коренного подшипника;
15) – Болт крепления противовеса;
17) – Шестерня коленчатого вала;
18) – Шестерня привода масляного насоса;
22) – Канал подвода масла в полость шатунной шейки;
24) – Полость в шатунной шейке;
25) – Трубка для чистого масла;
б) – Упорный подшипник коленчатого вала карбюраторных двигателей:
7) – Крышка распределительных шестерён;
10) – Задняя неподвижная шайба;
11) – Передняя неподвижная шайба;
14) – Крышка коренного подшипника;
16) – Упорная вращающаяся шайба;
17) – Распределительная шестерня;
в) – Коленчатый вал дизельного двигателя ЯМЗ-240Б:
Коленчатый вал в двигателях ЗМЗ-53 и ЗИЛ-130 удерживается от осевого перемещения посредством пары стальных неподвижных шайб (10) и (11) [рис. 2, б)], которые установлены с обеих сторон первого коренного подшипника.
Коренные подшипники качения (как правило, роликовые) позволяют снизить потери на трение при умеренной частоте вращения коленчатого вала, а также значительно уменьшить момент сопротивления в процессе прокрутки холодного двигателя [рис. 2, в]. Однако, применительно к многоцилиндровым двигателям (ЯМЗ-240Б), данная схема значительно усложняет конструкцию блок-картера, а также коленчатого вала с подшипниками качения. Помимо этого, в высокооборотных двигателях качение роликов осуществляется с чрезвычайно высокими скоростями и сопровождается повышенным сопротивлением гидродинамического характера. Вследствие этого, с увеличением скоростного режима снижается положительный эффект от использования подшипников качения и их применяют гораздо реже, чем подшипники скольжения.
Источник
Коренные подшипники коленчатого вала: обзор, особенности и виды
Совершенно любой двигатель – это достаточно сложный механизм, который состоит из множества различных компонентов. Каждая деталь этого механизма обеспечивает слаженную и правильную работу всей системы в целом. При этом одни детали в большом механизме могут играть серьезные роли, а другие не настолько функциональны. Коленчатый вал, как и прочие узлы и детали, которые имеют к нему прямое отношение – это наиболее значимая часть ДВС. Именно он обеспечивает вращение маховика путем превращения энергии горения топливной смеси в механическую работу.
Одна из важных деталей в устройстве двигателя – коренной подшипник. Это небольшая деталь в форме полукольца из металла средней жесткости, имеющая специальное антифрикционное покрытие. Когда двигатель эксплуатируется в течение длительного времени, эти подшипники или вкладыши подвергаются сильному износу. В статье подробнее рассмотрим эти небольшие, но очень важные элементы ДВС.
Общее описание
Коренной подшипник двигателя или вкладыш – это не что иное, как подшипник скольжения, обеспечивающий возможность вращения коленчатого вала. Процесс вращения проходит, как результат сгорания топливной смеси в камере сгорания. При активной работе двигателя детали испытывают трение – усиленные нагрузки, а также высокий скоростной режим может вывести мотор из строя. Чтобы предотвратить эту ситуацию и максимально снизить степень трения, главные значимые элементы покрыты тонким слоем смазки – в данном случае это моторное масло. Смазываются коренные подшипники коленчатого вала посредством штатной смазочной системы. При этом масляная пленка образуется только под воздействием высокого давления масла. На рабочей поверхности вкладышей имеются отверстия, а также кольцевые канавки для подачи смазочной жидкости к шейкам коленчатого вала.
Назначение
В двигателях любой конструкции и любого типа коленчатые валы постоянно подвержены огромным нагрузкам – физическим и температурным. В процессе работы двигателя коренной подшипник удерживает коленчатый вал на оси. Работа кривошипно-шатунного механизма поддерживается и обеспечивается только этими вкладышами. Шейки коленчатого вала представлены в форме внутренних обойм, а коренные вкладыши – наружные. Эти детали, как уже было замечено, смазываются через маслоканалы.
Устройство в подробностях
Итак, тонкостенным вкладышем является изогнутая в форму полукольца стальная лента. На рабочую поверхность детали нанесен специальный антифрикционный слой. Это оловянисто-алюминиевые сплавы. В моторах с повышенными нагрузками в качестве антифрикционного покрытия применяется свинцовистая бронза.
Материалы
Коренной подшипник изготавливается из нескольких слоев. Первый слой преимущественно медный – процент содержания меди составляет от 69 до 75 процентов. Второй изготавливают из свинца – он содержится в количестве от 21 до 25 процентов. В качестве третьего слоя применяется олово – не более 4 процентов.
Размеры
Толщина коренного подшипника-вкладыша составляет около 1,5-2 миллиметров. Нужно отметить, что иногда в качестве материалов для производства этой детали может применяться другой состав – вместо меди и свинцово-оловянных сплавов используют специальные сплавы на основе алюминия.
Но стандартизация материалов для изготовления этих изделий отсутствует – каждый производитель изготавливает вкладыш по своим уникальным формулам. Единственное, что объединяет изделия между собой – это стальная лента.
Практика показывает, что используются следующие размеры слоев при производстве подшипников скольжения. Так, толщина стальной основы составляет от 0,9 миллиметра и более. Основной слой имеет толщину до 0,75 миллиметра. Слой никеля – 0,001. Слой сплава олова и свинца – 0,02-0,04 миллиметра. Оловянный слой — 0,005.
Любые сплавы, использующиеся в производстве, индивидуально подбираются для каждого мотора и рассчитываются, учитывая твердость материалов, из которых изготавливается коленчатый вал. Для повышения ресурса и работоспособности новых или ремонтных моторов рекомендуется применять только те детали, которые советует использовать производитель.
Чем тоньше коренной подшипник, тем более высокими характеристиками он обладает. Более тонкие изделия гораздо лучше лежат на постели, обладают лучшим отводом тепла, зазоры в них ниже. В современных моторах производители стараются использовать более тонкие подшипники скольжения.
Вкладыш должен быть изготовлен не только из правильно подобранных компонентов. Также очень важна и форма. Дело в том, что для правильного монтажа необходимо, чтобы подшипник имел натяг на диаметре постели коленчатого вала.
Натяг делают не только по диаметру изделия, но и по его длине. Так удается достичь отличного контакта между вкладышем-подшипником и постелью. Для валов диаметром до 40 миллиметров натяг должен составлять от 0,03 до 0,05 миллиметра. Для более крупных валов (70 миллиметров) и выше натяг составляет от 0,06 до 0,08 миллиметра.
В устройстве этой детали также имеется верхняя часть – это крышки коренных подшипников. Они фиксируются болтами или же шпильками на картере двигателя.
Производится данная деталь, а именно вкладыш, методом штамповки из стальной ленты. Штамп придает детали форму. А затем выполняется обработка торцевых частей и рабочей поверхности. Данная деталь очень точная. Допуск от номинального размера до 0,02 миллиметра на длину и до 0,005 по толщине.
Канавка и ее особенности
Чтобы к детали постоянно подавалась смазка, на всю длину коренного подшипника коленвала прорезана канавка – ширина ее составляет 3,0-4,5 миллиметров, а глубина – до 1,2. На двигателях старой конструкции данная канавка выполнялась на вкладыше и на его крышке. В современных моторах нижний вкладыш канавки не имеет. Если канавка все же имеется, тогда он отличается сниженной максимальной нагрузкой.
Отказ от нарезания канавки ведет к тому, что уровень максимальных нагрузок существенно повышается. Это позволяет снизить площадь подшипника.
Замок
Зачастую при штамповке этих деталей на нем делается замок. Устройство коренных подшипников предусматривает замок около середины. Чтобы замок был прочным, он выполняется без разрывов.
По традициям конструирования двигателей внутреннего сгорания, замки расположены в зависимости от того, в какую сторону вращается коленчатый вал. На коренном вкладыше он нужен больше для центровки при его монтаже и для подстраховки от проворачивания. Когда двигатель испытывает масляное голодание, подшипник интенсивно нагревается, и тогда его не спасут никакие замки – вкладыш проворачивается.
Основные виды
Вкладыши изготавливаются для каждого типа двигателя. Однако они различаются по внутреннему диаметру. В зависимости от модели мотора, диаметр вкладышей будет разным даже для одного конкретного мотора. Шаг размера составляет 0,25 мм. Размерный ряд – 0,25 мм, 0,5 мм, 0,75 мм и далее.
Подбирают те или иные виды подшипников по тому, в каком состоянии находятся шейки коленчатого вала. Со временем, вследствие естественного износа, шейки стачиваются. Для компенсации этого износа производителями выпускаются так называемые ремонтные коренные подшипники. Для подгонки шейки коленчатого вала под тот или иной подшипник вал шлифуют до следующего размера.
Проверка и замена
Так как коленчатый вал работает в тяжелых условиях под воздействием высоких температурных и других нагрузок, то на оси его могут удерживать только эти подшипники. Шейки выполняют роль внутренней обоймы, а вкладыши – наружных. Как и прочие элементы двигателя, эти детали также нужно периодически менять.
Меняют вкладыши чаще по причине износа, а также по причине проворота. Провернуть вкладыш может по следующим причинам. Это вязкое масло, попадание в масло абразива, малый натяг при установке крышки, недостаточная вязкость смазочного материала, эксплуатация в условиях перегрузок.
Признаки необходимости замены
Чтобы определить необходимость замены коренных подшипников, понадобится провести измерения микрометром. Но нередко удается выявить поломку визуально. Если вкладыши проворачиваются, то снятие и установка вместо них новых должна проводиться очень быстро. О том, нужна ли замена, можно понять по громкому стуку вала, снижению мощности, попыткам мотора заглохнуть.
Заключение
Итак, мы выяснили, что собой представляет коренной подшипник. Как видите, это очень важный элемент в кривошипно-шатунном механизме. От его состояния зависит работоспособность всего двигателя автомобиля. Поэтому подшипник должен быть максимально надежным и иметь высокий ресурс эксплуатации.
Источник