logo
ЛЕКЦИЯ_КШМ

2.3.5. Вкладыши кривошипной головки шатуна (шатунные подшипники)

Назначение: являются подшипниками скольжения, уменьшающими трение при осуществлении кинематического и силового взаимодействия между шатуном и КВ.

Преимущества подшипников скольжения

 малые радикальные размеры и масса;

 простота монтажа многоколенных валов;

 демпфирующая способность и высокая долговечность, что очень важно при работе в условиях динамических нагрузок;

 при жидкостном трении коэффициент трения ниже в подшипниках скольжения по сравнению с подшипниками качения.

Недостатки:

 необходимость высокой точности обработки и стабильность геометрических размеров подшипникового узла;

 необходимость обеспечения жидкостного трения почти на всех режимах работы (кроме пуска).

Конструкция

Подшипники изготавливаются сменными, состоящими из двух половинок. Почти все шатуны имеют тонкостенные ШП, верхняя и нижняя половины которых взаимозаменяемы.

Условия работы

Верхняя и нижняя половины шатунных вкладышей (подшипников) (ШП) работают в различных условиях:

  1. Верхняя половина ШП нагружается в основном силами давления газов, действующих в течение короткого промежутка времени (в конце сжатия, начале расширения).

  2. Нижняя половина ШП нагружается силами инерции возвратно-поступательно движущихся масс (ВПДМ), действующих на них в течение значительно большего отрезка времени (75%) цикла.

Тонкостенные вкладыши устанавливаются в КГШ с натягом. После изготовления в размер постели, вкладыши обжимают в специальном штампе так, чтобы в свободном состоянии они имели строго заданную форму с увеличением диаметра в зоне разъема (стыка) (0,04…0,08 мм). Наличие натяга создает предварительные напряжения до 100 МПа, что предотвращает вибрацию вкладышей. При постановке они вдавливаются в гнездо. Кроме того, обеспечивается обязательное выступание стыковой кромки вкладышей над плоскостью разъема гнезда (т.е. высота вкладыша больше радиуса постели); при затягивании шатунных болтов обеспечивается гарантированный натяг, предотвращающий проворачивание вкладышей.

Эта же задача возложена и на фиксирующий ус, который отгибают у одной из кромок вкладышей. Он входит при монтаже в соответствующую пазовую канавку, выфрезерованную в стенке головки у разъёма.

Толщина стенок вкладышей составляет (0,03 ... 0,05)dшш, что составляет 1,5… 3,0 мм, а толщина слоя антифрикционной заливки 0,2…0,7 мм.

Диаметральные зазоры между вкладышами и шатунными шейками (ШШ) составляют  = (0,15…1,0)10-3 dшш или 0,02…0,08 мм для двигателей с искровым зажиганием (ДсИЗ) и 0,09…0,14 мм для дизелей. Величина диаметрального зазора должна обеспечивать минимально необходимую толщину масляного слоя, обеспечивающего работоспособность узла. При слишком больших диаметральных зазорах увеличивается расход масла и уменьшается давление.

Осевой зазор, которому соответствует возможное перемещение КГШ вдоль ШШ, не должен превышать 0,10…0,15 мм. Большие его значения могут привести к центробежной откачке масла из подшипника и уменьшить давление.

Наличие конструктивных выточек и отверстий уменьшает гидродинамическое давление и несущую способность подшипника.

Однако на внутренних поверхностях вкладыша у поверхностей стыка снимается часть слоя заливки для создания местных углублений (на глубину 0,013…0,025 мм на длине 6…9 мм). Это обеспечивает гарантированный зазор при затяжке шатунных болтов и при деформации корпуса подшипника, что ведет к уменьшению его диаметра в зоне стыка.

Требования к материалам

  1. низкий коэффициент трения;

  2. долговечность, что увеличивает общий ресурс износостойкости двигателя;

  3. высокая прирабатываемость;

  4. малая чувствительность к изменению геометрической формы шеек;

  5. коррозионная стойкость;

  6. высокая усталостная прочность в условиях высоких температур и давлений.

Долгое время в качестве основного материала вкладышей использовались баббиты - сплавы на основе олова или свинца с добавками сурьмы, меди и других элементов. Они отличаются хорошей прирабатываемостью, малым коэффициентом трения, низкой температурой заливки (300…4000 С), нечувствительны к изменению геометрической поверхности шеек, не поддаются воздействию механических примесей, имеют высокую коррозийную стойкость. Недостатки: низкая усталостная прочность в условиях высоких температур и давлений, а также высокая стоимость.

Последнего недостатка нет у биметаллических подшипников на основе свинцовистой бронзы БрС30 (30% свинца) с толщиной антифрикционного слоя 0,3…0,7 мм. Недостатки:

  1. недостаточная коррозионная стойкость против органических кислот;

  2. худшая прирабатываемость при недостаточной смазке;

  3. необходимость более тонкой очистки масла;

  4. недостаточная способность поглощения абразивных частиц;

  5. вымывание свинца при попадании воды в масло;

  6. необходимость использования КВ с повышенной твердостью (НRC 52)

Для уменьшения коррозии применяют покрытие из сплава свинца с индием. Это увеличивает прирабатываемость вкладышей, и увеличивает его сопротивляемость усталостным выкрашиваниям.

Большинство применяемых вкладышей биметаллические, включающие стальную ленту, на которую нанесён слой антифрикционного материала (0,2…0,4 мм).

В последнее время получили распространение трехслойные (триметаллические) вкладыши, у которых на стальную ленту (1) наносится медно-никелевый сплав (2), а затем - антифрикционный сплав (3). Т.о., стальная основа, слой свинцовистой бронзы (0,3 - 0,7 мм) и слой свинцово-оловянистого сплава (0,03 мм). Это улучшает прирабатываемость вкладышей, предохраняет их от коррозии и от схватывания в период приработки, повышает усталостную прочность основного антифрикционного сплава. Допускаемое среднее давление увеличивается на 20…30%.

Однако такие вкладыши требуют более высокой жесткости опор КВ и КГШ, а также более жестких допусков на их изготовление.

Сплавы на основе алюминия (20% олова, 1% меди) обладают:

 высоким усталостным сопротивлением;

 высокой теплопроводностью;

 коррозийной стойкостью;

 простотой технологического процесса изготовления.

Однако, алюминиевые вкладыши требуют более жёстких опор и лучшей очистки масла.

Материалы анитифрикционных покрытий:

 для ДсИЗ: Б83; СОС-6-6 (3-х сл.); АО-20, АО-;

 для дизелей: Б83; АО-20 и АО-6 (Al + Sn); БрС-30 (свинцовистая бронза).