Материал: 2181
Для дальнейших расчётов коленчатого вала и подшипников скольжения определяем Qср и Qmах. Необходимо помнить, что векторные диаграммы и развёрнутые диаграммы построены с учётом масштаба и в удельных единицах.
|
И |
|
Д |
Рис. 6.4. Развернутая диаграмма сил, действующих |
|
на шатунную шейку и подшипник |
|
б |
|
6.5. Расчет подшипников скольжения |
|
и |
|
Большинство современныхАподшипников скольжения (вклады- |
|
шей) состоят из стали ант фрикционного сплава. Толщина стальной ленты 0,9 – 3 мм, ант фр кц онного слоя 0,25 – 0,7 мм. Антифрикционный материал выбирают с учётом значения максимальных (qmax), средних (qcp), удельных давлений на подшипник и окружной скорости скольжения ( ):
С |
qmax |
|
|
|
Qmax Fn |
|
|
|
|||
|
d l |
, |
(6.3) |
||||||||
|
|||||||||||
где d и l – диаметр и длина подшипника, м; |
|
||||||||||
|
qcp |
|
Qcp Fn |
; |
|
(6.4) |
|||||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
d l |
|
|
||||
|
|
|
|
d n |
. |
(6.5) |
|||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
Для определения d и l необходимо знать длину и диаметр шатунной шейки.
56
Для бензиновых двигателей |
|
|
dш.ш = (0,55 – 0,7)·D; |
(6.6) |
|
lш.ш = (0,45 – 1)·dш.ш. |
(6.7) |
|
Для дизелей |
|
|
dш.ш = (0,63 |
– 0,75)·D; |
(6.8) |
lш.ш = (0,73 |
– 1)·dш.ш , |
(6.9) |
где D – диметр цилиндра, м.
Диаметр подшипника равен диаметру шейки. Рабочая длина подшипника может быть равна длине шейки или меньше, если имеется канавка в подшипнике.
В табл. 6.1 приведены размеры шатунных и коренных шеек ряда отечественных двигателей.
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
Таблица 6.1 |
||
|
|
|
Размеры шеек коленчатых валов |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Шатунная шейка |
|
|
Коренная шейка |
|||||
Марка двигателя |
|
|
|
|
|
И |
|
||||
|
d, мм |
|
l, мм |
|
d, мм |
l, мм |
|||||
ВАЗ -2101 |
|
|
47,8 |
|
25,0 |
|
|
50,8 |
|
22,5 |
|
ЗМЗ -53 |
|
|
60 |
б |
23,5 |
|
|
70 |
|
24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ЗИЛ-130 |
|
|
65,5 |
|
27 |
|
|
74,5 |
|
26 |
|
ЯМЗ-236 |
|
|
88,0 |
|
34,2 |
|
|
110 |
|
40 |
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
КамАЗ-740 |
|
|
80 |
|
28 |
|
|
95 |
|
28 |
|
Д-240 |
|
|
68,25 |
|
38 |
|
|
75,25 |
|
32 |
|
В табл. 6.2 пр ведены средние и максимальные удельные давле- |
|||||||||||
ния на шейках коленчатогоивала. |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
СУдельные давления на шейках вала |
Таблица 6.2 |
|||||||||
|
|
||||||||||
Двигатели |
|
|
Подшипники |
|
qcр, МПа |
|
|
qmах, МПа |
|||
Автомобильные |
Шатунные |
|
0,5-0,8 |
|
|
0,8-12 |
|||||
|
|
|
Коренные |
|
0,4-0,7 |
|
|
0,6-0,9 |
|||
Тракторные |
|
|
Шатунные |
|
0,25-0,35 |
|
|
0,8-12 |
|||
|
|
|
Коренные |
|
0,35-0,4 |
|
|
0,6-0,9 |
|||
Дизели форсирован- |
Шатунные |
|
0,9-16 |
|
|
25-42 |
|||||
ные |
|
|
Коренные |
|
10-17 |
|
|
20-30 |
|||
57
Отношение qmax для шатунных и коренных шеек не должно
qcp
превышать 2 – 3.
При изготовлении антифрикционного сплава вкладышей применяют материалы, характеристика которых приведена в табл. 6.3.
|
|
|
|
|
|
Таблица 6.3 |
|
Характеристика материалов |
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
Наименование |
Обозначение |
Плотность, |
Температура |
|||
|
|
3 |
плавления, |
|||
материала |
|
|
|
кг/м |
|
0С |
Алюминий |
|
Ю (А) |
|
2700 |
|
660 |
Медь |
|
Д (Сu) |
|
И |
|
1080 |
|
|
8960 |
|
|||
Магний |
|
Мг (Mg) |
|
1740 |
|
650 |
Олово |
|
О (Sn) |
|
6000 |
|
232 |
Свинец |
|
С (Pb) |
|
Д |
|
327 |
|
|
11300 |
|
|||
Сурьма |
|
С (Sc) |
|
670 |
|
630 |
Бронза – сплав на основе меди с добавлением свинца, олова, алюминия. Баббит – сплав на основе олова или свинца с добавлением меди и сурьмы (назван в честь американского изобретателя). Сурьма
улучшает литейные качества сплава, а магний способствует раскис- |
|||
лению металлов. |
|
|
А |
При изготовлен |
вкладышей для коренных и шатунных шеек |
||
|
|
б |
|
применяют сплавы, которые обладают высокой износостойкостью и |
|||
|
и |
|
|
С |
|
|
|
температурой плавлен я (300 – 350 0С). Низкая температура плавления материалов, входящих в состав антифрикционных сплавов вкладышей, необходима для предупреждения аварийных ситуаций. Например, вышел из строя насос для подачи под давлением масла в систему смазки, и началось сухое трение в паре «вал-подшипник». Температура в паре резко повышается, что может привести к задирам коленчатого вала. Коленчатый вал сложная и дорогая деталь двигателя. От «задиров» поверхности шеек коленчатого вала спасают вкладыши, фрикционный слой которых плавится, зазор между валом и вкладышами увеличивается. Резкий шум в двигателе (грохот) – признак неисправности, и водитель обязан остановить работу двигателя.
Вкладыш состоит из стальной основы (2–3 мм) и антифрикционного слоя. Для бензиновых двигателей применяют высокооловянистый баббит Б-83, состоящий из 83% олова, 6% меди и 11% сурьмы.
58
Для дизелей применяется свинцовистая бронза Бр.С-30, состоящей из 30% свинца и 70% меди. Возможно применение сплава АО-30, в котором 70% алюминия и 30% олова.
Определив qmax и , по табл. 6.4 выбираем материал антифрикционного сплава.
|
|
|
Таблица 6.4 |
Выбор антифрикционного сплава для подшипников скольжения |
|||
|
|
|
|
Материал |
[qmax], МПа |
[ ] , м/с |
Для |
|
|
|
двигателей типа |
|
|
|
|
.Высокооловянистый |
18 – 20 |
4 - 6 |
ВАЗ, ГАЗ |
бабит Б-83 |
|
|
|
Свинцовистая бронза |
24 – 35 |
10 |
ЯМЗ, КамАЗ |
Бр-30 |
|
И |
|
|
|
|
|
Сплав АО-30 |
28 |
10 |
ЗИЛ |
|
|
Д |
|
Расчёт подшипников заключается в определении минимального зазора между валом и подшипником, при котором сохраняется надёжное жидкостное трение. Расчёт производится для режима максимальной мощности.
Минимальный слой смазки в подшипнике hmin , мм, по гидроди-
намической теории смазки определяется по формуле |
|
||||||
и |
|
9 |
n d |
(6.10) |
|||
|
h |
55 10 |
|
|
|
, |
|
|
min |
А |
x c |
|
|||
|
|
|
|
qcp |
|
||
где μ – динамическая вязкостьбмасла, Па·с; |
|
||||||
n – частота вращен я коленчатого вала, мин-1; |
|
||||||
d – диаметр шейки, мм; |
|
|
|
|
|
|
|
qcp – среднее удельное давление на опорную поверхность под- |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
шипника, МПаС; x |
– относительный зазор; c – длина опорной по- |
||||||
d
верхности подшипника, мм.
Динамическая вязкость моторного масла зависит от его сорта и температуры. Например, для всесезонного моторного масла SAE – 5W–30 или М 53–10 кинематической вязкостью 10 сСт при 100 0С (10 сСт = 10 мм2/с =10 ·10-6 м2/с) и при плотности 900 кг/м3 динамическая вязкость будет равна 9 ·10 -3 Па· с (Н·с /м2).
Начальный диаметральный зазор между шейкой вала и подшипником (Δ) лежит в пределах 0,01 – 0,02 мм (10 – 20 мкм). Данный зазор обеспечивается высокой точностью изготовления диаметра шеек
59
коленчатого вала, подшипников скольжения и их совместной сборкой.
В процессе длительной эксплуатации двигателя происходит износ шеек коленчатого вала и подшипников скольжения. Диаметральный зазор увеличивается и его предельное допустимое значение может достигать 0,07 – 0,1 мм. При зазорах более допустимых резко повышается износ шеек коленчатого вала и подшипников и снижается давление в системе смазки двигателя.
Коэффициент запаса надёжности подшипника
K |
3 |
|
hmin |
2 , |
(6.11) |
|
h |
||||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
kp |
|
|
где hkp – величина критического слоя масла в подшипнике, при котором возможен переход жидкостного трения в сухое.
hkp hв hn , |
(6.12) |
где hв и hп – высота микронеровности поверхности вала и подшип- |
|||
ника. |
|
|
|
Для различных видов механической обработкиИзначение hв и hп , |
|||
мм, находятся в пределах: |
|
|
|
алмазное растачивание 0,0003 – 0,0016; |
|||
чистое шлифование |
|
|
Д |
|
0,0002 – 0,0008; |
||
чистое полирование |
|
0,0001 – 0,0004; |
|
суперфиниш |
|
А |
|
|
0,00005 – 0,00025. |
||
|
б |
|
|
Таким образом, предложенная методика позволяет построить |
|||
векторную диаграммуисил, действующих на шатунную шейку, опре- |
|||
делить размерыСшейки и подшипника, выбрать диаметр и место сверления канала для подвода моторного масла, выбрать антифрикционный сплав, произвести расчёт подшипника скольжения.
6.6.Порядок выполнения работы
1.Изучить методику построения векторных диаграмм сил, действующих на шатунную шейку и подшипник коленчатого вала.
2.Изучить методику расчёта подшипников скольжения.
3.В соответствии с заданием и по данным теплового и динамического расчетов двигателя на ПЭВМ построить векторную диаграмму сил, действующих на шатунную шейку и подшипник, и произвести расчёт подшипника скольжения.
60