Шейка вала это: ШЕЙКА ВАЛА — это… Что такое ШЕЙКА ВАЛА?

ШЕЙКА ВАЛА — это… Что такое ШЕЙКА ВАЛА?

шейка вала — (4.8) Участок вала или оси, опирающийся на радиальный подшипник скольжения. [ГОСТ ИСО 4378 1 2001] Тематики подшипники Обобщающие термины элементы конструкции узлов подшипников скольжения EN journal FR tourillon …   Справочник технического переводчика

шейка вала — 4.8. шейка вала : Участок вала или оси, опирающийся на радиальный подшипник скольжения (рисунки 2, 3, 18) Источник: ГОСТ …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ШЕЙКА — ШЕЙКА, шейки, жен. 1. уменьш. к шея. «Я пожирал взором этот стройный стан и шейку.» А.Тургенев. 2. Узкая, утонченная часть чего нибудь (в отличие от утолщенной части). Шейка зуба. Шейка вала. Шейка рельса. Шейка ложи винтовки. 3. У раков задняя… …   Толковый словарь Ушакова

ШЕЙКА МОТЫЛЕВАЯ, ШАТУННАЯ ШЕЙКА — эксцентричная по отношению к оси вращения вала цапфа кривошипа, соединяющая кривошип с шатуном. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 …   Морской словарь

коренная шейка (коленчатого вала) — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN main journal …   Справочник технического переводчика

ПОДШИПНИК — конструктивный узел машин и механизмов, поддерживающий или направляющий вращающийся вал или ось. Если шейка вала в подшипнике скользит непосредственно по опорной поверхности, то он называется подшипником скольжения. Если же между шейкой вала и… …   Энциклопедия Кольера

СМАЗКА — смазочный материал, а также нанесение и действие смазочного материала, уменьшающего силу трения между движущимися частями механизмов и их изнашивание. Смазочные материалы попутно могут выполнять также функции охлаждения, защиты от коррозии,… …   Энциклопедия Кольера

ГОСТ ИСО 4378-1-2001: Подшипники скольжения. Термины, определения и классификация. Часть 1. Конструкция, подшипниковые материалы и их свойства — Терминология ГОСТ ИСО 4378 1 2001: Подшипники скольжения. Термины, определения и классификация. Часть 1. Конструкция, подшипниковые материалы и их свойства оригинал документа: 3.3.2. аэродинамический подшипник : Подшипник скольжения,… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Вальцы прокатные* — или вальсы (Train de laminoir, Walzenstrasse, rolling train, [металлургия]). Этот важнейший прибор металлургических заводов применяется, подобно молоту, для обработки или придания однородности и формы всяким металлам. Особенно важно применение… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Вальцы прокатные — (Вальсы, Train de laminoir, Walzenstrasse, rolling train, [металлургия]). Этот важнейший прибор металлургических заводов применяется, подобно молоту, для обработки или придания однородности и формы всяким металлам. Особенно важно применение… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Шатунные шейки

Создание эффективного и прочного подшипника — это не только вопрос оптимальной конструкции вкладышей подшипника. Шатунные шейки также играют значительную роль, т.к. любое отклонение от допустимой геометрии может вызвать повреждение подшипника.

 

Осевая погрешность профиля
Осевая погрешность профиля шатунных шеек может представлять собой коническое, выпуклое или вогнутое отклонение (Рисунок 1). Степени допустимого отклонения формы определяются заданными предельными значениями и зависят от диаметра и толщины шатунной шейки. В Таблице 1 приведен пример с шейкой диаметром 50 мм.

Радиальная погрешность профиля
Радиальная погрешность профиля возникает в тех местах, где во время изготовления есть вибрации между инструментом и шатунной шейкой. На Рисунке 2 приведены примеры возможных радиальных погрешностей профиля. Степени допустимого отклонения формы зависят от типа отклонения, а также минимальной толщины масляной пленки. Минимальная толщина пленки масла зависит от нагрузки на подшипник.

[Рис. 1] Создают такие погрешности формы шейки коленчатого вала в осевом направлении, как коническое, выпуклое или вогнутое отклонение от идеальной цилиндрической формы. Практически все шейки коленчатых валов имеют отклонения от идеальной цилиндрической формы. Решающее значение имеет разница между самым большим (a) и самым маленьким (b) диаметрами. Примеры предельно допустимых погрешностей формы приведены в Таблице 1.

[Рис. 2] Типичные отклонения формы шеек коленчатого вала от идеальной круглой формы в радиальном направлении. На иллюстрации показаны отклонения от 1-го по 6-ой порядок. Такие погрешности формы возникают в том случае, если между шлифовальным кругом и проворачивающимся коленчатым валом создаются гармонические колебания.

Шероховатость поверхности
Вместе с осевыми и радиальными погрешностями формы еще одни важным свойством шатунной шейки является качество обработанной поверхности. Высокое качество обработанной поверхности минимизирует износ шейки и вкладыша. В Таблице 2 приведен ряд рекомендаций в отношении параметров Ra и Rz шероховатости поверхности.

Коленчатые валы из ЧШГ
В настоящее время коленчатые валы изготавливают либо из стали, либо из чугуна с шаровидным графитом (ЧШГ). ЧШГ содержит включения графита (так называемые «вкрапления» графита), повышающие эластичность материала. При производстве шеек из ЧШГ необходимо учитывать одну специфическую характеристику.

При перешлифовке шейки из чугуна с шаровидным графитом происходит разрезание «вкраплений» графита, а «размазывание» материала во время процесса резки вызывает формирование «крышек», закрывающих «вкрапления» графита. Поэтому даже если поверхность внешне выглядит гладкой, во время работы двигателя напряжения на «крышках» могут вызвать их разрушение, что приведет к повреждению подшипника (см. Рисунки 3 и 4). Формирования «крышек» следует избегать во что бы то ни стало. Для этого существуют два способа. Первый способ заключается в минимизации формирования «крышек» за счет использования полос из кубического нитрида бора (КНБ ). Второй способ — это газовое азотирование и полировка после шлифовки вала. «Крышки», подвергшиеся газовому азотированию, более хрупкие и во время полировки легче отламываются. Необходимо отметить, что шлифовка и полировка должны выполняться в противоположных направлениях, при этом полировка должна осуществляться в направлении вращения двигателя.

[Рис. 3] Поверхность «крышек» вкраплений графита на коленчатом вале Схематическое увеличенное изображение шейки коленчатого вала, выполненного из чугуна с шаровидным графитом, в поперечном разрезе. Заштрихованные области представляют собой включения графита в матрицу чугуна. При перешлифовке шейки коленчатого вала включения графита разрезаются. Режущий инструмент «размазывает» сталь по включениям таким образом, что они частично или полностью закрываются «крышкой». Такие «крышки» могут быть опасны для двигателя. Циклическая нагрузка на подшипник может вызвать вибрацию или повреждение «крышек». Разрушение «крышек» может привести к повреждению подшипника частицами загрязнения.

[Рис. 4] Увеличенное в 300 раз изображение шейки коленчатого вала, выполненного из чугуна с шаровидным графитом, в поперечном разрезе. На нем хорошо видны «крышки», показанные на Рисунке 3.

По материалам компании Federal-Mogul

 

 

 

 

В двигателе все детали одинаково нужны и важны. При поломке хотя бы одной запчасти весь мотор выходит из строя. Сегодня мы разберем подробно коленчатый вал, который преобразует возвратно-поступательные движения шатунов и поршней во вращательные.

Устройство

Коленвал состоит из:

• колен;
• коренных и шатунных шееек;
• щек.

Ось коленчатого вала – это коренные шейки, которые проходят ровно по центру. Шатунные шейки исполняют роль крепления и приема давления от шатунов. Шатунные шейки смещены по отношению оси вала и держатся с помощью щек.

Шатунных шеек по количеству столько же, сколько и цилиндров. Но во многих V-образных моторах на 1 шейку опираются 2 цилиндра. Так же можно встретить, когда V-образные двигатели имеют коленвал, в котором на 1 шатун рассчитана 1 шейка, но соединенные шейки тогда сдвинуты на 18 градусов по отношению друг к другу.

Что же касается щек, то они обладают несколькими функциями: соединяют шейки и являются противовесом, чтобы уравновесить шатуны и шатунные шейки. Если противовеса не было бы, то появлялась бы вибрация, а у высокооборотных ДВС, это верный признак указывающий на возможность выхода из строя мотора.

В коленчатом вале основная нагрузка распределяется на щеки и на места соединения шеек. Чтобы распределение было равномерным, данные отрезки изготавливаются галтелью – переход в виде закругленной формы от шейки к щеке.

В результате правильное расположение щек и шеек в коленвале обеспечивает эффективную работу возвратно-поступательного движения во вращательное: уравновешивает ДВС, противостоит изгибающим нагрузкам и предотвращает появление колебаний и вибраций.

Полноопорные и неполноопорные коленвалы

Коренные шейки по размеру больше шатунных, и они служат как осью, так и опорой КШМ (кривошипно-шатунного механизма). Нагрузка передается мотору от коленвала через коренные шейки, они же опираются на коренные подшипники в картере двигателя.

Коленвал делится на 2 вида по типу опоры:

1. Полноопорный. В нем шеек коренных на одну больше, чем шатунных. Коренные шейки находятся с обеих сторон шатунных шеек.
2. Неполноопорный. Коренных шеек меньше, чем шатунных, но по бокам щеки может быть 2 смещенных на конкретный угол шатунных шейки.

Простая конструкция неполноопорного коленвала, а также меньшее количество точек опоры говорит о высокой степени жесткости и прочности, соответственно и тяжести. Именно поэтому в XXI веке чаще используют полноопорные коленвалы, пусть сложнее в производстве, но на выходе легкие и надежные.

Смазка коленвала и других деталей КШМ

Смазка запчастей коленвала очень важна: для опоры коренных шеек и шатунов на шатунные шейки применяют подшипники скольжения (вкладыши), а они не могут правильно функционировать без постоянной смазки.

Чтобы масло поступало к запчастям, внутри коленчатого вала есть каналы. Благодаря давлению, смазочный материал поступает к подшипникам равномерно.

Взаимодействие коленвала совместно с другими запчастями

Нагрузка подается на коленчатый вал через шатуны, тем самым переводя в крутящий момент. Этот самый момент проходит через заднюю часть вала (хвостовик) к маховику и потом к трансмиссии. Через переднюю часть вала (носок) крутящий момент переходит на вал газораспределительного механизма и другие системы двигателя.

Зачастую на носке имеется гаситель колебаний. Это простое устройство состоит из 2 дисков, резиновой прокладки, соединительных пружин и упругого материала, такого как, например, силиконовая жидкость. Такой гаситель при работе мотора уменьшает крутильные колебания вала, что минимизирует риски повреждения.

Производство и материал

Во время работы на коленвал подается большая нагрузка. Для дизельных моторов производят цельной коленчатый вал. А вот сборные коленвалы на практике оказались несостоятельны для высокооборотных моторов, и поэтому их почти не применяют.

В качестве материала изготовления используют сталь или чугун. Коленвал из чугуна выполняют методом отливки, а из стали методом ковки или штамповки. Затем чугунные и стальные коленчатые валы механически обрабатывают, чтобы достичь нужных параметров – балансировка, чистота поверхности и т.д.

Автозапчасти для двигателя и его узлов вы найдете на нашем сайте в разделе «Категория запчастей».

Валы, оси и опоры — Слесарно-механосборочные работы

Валы, оси и опоры

Категория:

Слесарно-механосборочные работы

Валы, оси и опоры

Для передачи вращательного движения наиболее характерными типовыми деталями и сборочными единицами машин являются валы, оси, цапфы, опоры валов и осей (подшипники) и муфты.

Валы — детали машин, предназначенные для передачи крутящего момента (мощности) и несущие на себе такие детали, как шкивы, зубчатые колеса, муфты, маховики. Валы могут иметь различное расположение: горизонтальное, вертикальное, наклонное. При работе валы подвергаются скручиванию, изгибу, поперечным и продольным нагрузкам. Валы могут быть цилиндрическими, гладкими, пустотелыми, ступенчатыми, коленчатыми, кривошипными и составными. Когда вал машины или механизма расположен по отношению к валу двигателя так, что осуществить их связь жесткими передачами невозможно, применяют гибкие проволочные валы, например привод дистанционного управления и контроля.

Оси — детали машин, служащие лишь опорой для вращающихся деталей (не передают крутящего момента). Оси могут быть неподвижными, когда вращающиеся детали свободно насажены, или подвижными, когда детали закреплены и вращаются вместе с осью. Форма осей цилиндрическая (прямая или ступенчатая).

Рис. 1. Валы, оси и опоры: а — вал на опорах; 6 — подшипник скольжения неразъемный, в, г — подшипник скольжения разъемный; 1 — цапфа-шип, 2 — опора (подшипник), 3 — шкив, 4 — монтажная шейка, J — опора (подшипник), 6 — зубчатое колесо, 7 — цапфа-шейка, 8 — ось, 9 — блок

Цапфы- опорные концы вала. В зависимости от положения на валу и направления нагрузки цапфы делятся на шипы, шейки и пяты.

Шип и шейка принимают радиальную нагрузку, пята— осевую. Шип располагается на конце вала или оси и через него не передается крутящий момент. Шейка ставится на участках вала, подверженных действию крутящего момента.

Шипы и шейки имеют цилиндрическую (реже коническую или шаровую) форму. Пята представляет собой торцовую часть оси или вала.

Опоры в машинах являются неподвижными частями, на которые опираются вращающиеся вал и ось. В зависимости от направления прилагаемой нагрузки опоры делятся на подшипники и подпятники.

Подшипники принимают радиальную нагрузку, а под-пятники — осевую. При комбинированной нагрузке используют радиально-упорные опоры. В зависимости от рода трения различают опоры скольжения и опоры качения.

Реклама:

Читать далее:

Муфты и тормоза

Статьи по теме:

Коленчатый вал: как будем ремонтировать? ч. 2 / Ремонт двигателей

В предыдущей статье мы рассмотрели подготовительный этап работы, предшествующий шлифовке коленчатого вала. Он включает в себя проверку шлифовального станка и вала. Только после этих операций можно приступить к шлифовке.

На первый взгляд может показаться, что шлифовка коленчатого вала больших трудностей не представляет — был бы только станок. К сожалению, такого, мягко говоря, упрощенного взгляда придерживаются не только механики-мотористы, но некоторая часть шлифовщиков. И ведет это к ошибкам при ремонте, а то и просто к преднамеренной халтуре. В результате чего и появляются неизвестно где, кем и как отремонтированные коленвалы и двигатели, которые «не ходят».

Между тем шлифовка коленвала — процесс тонкий, требует аккуратности, опыта и знания не только технологии обработки, но и условий работы вала в моторе, а также умения «чувствовать» металл. В общем, работа мастера, шлифующего иной «сложный» коленчатый вал, — не только ремесло, но и искусство. И уж никак не рутинный поточный процесс, когда о качестве должен думать кто-то другой и лишь в самую последнюю очередь, когда заказчик предъявляет претензии.

С чего все-таки начнем?

Шлифовать коленчатый вал начнем…нет, сначала думать надо. Потому как первый вопрос возникает сам собой: какие шейки шлифовать в первую очередь — шатунные или коренные?

Быть может, кому-то покажется странным, но этот вопрос имеет принципиальное значение. Дело в том, что слабое место любого коленчатого вала — это шатунные шейки, включая галтели («переходы» от шейки к щекам-противовесам). Так вот, после шлифования шатунных шеек внутренние напряжения в их поверхностном слое могут резко изменять свое значение. А это, очевидно, явится причиной деформации всего вала. И если коренные шейки «сделаны» раньше шатунных, то вал в той или иной степени «поведет» — ось коренных шеек изогнется, а сами шейки получат взаимное биение, причем далеко не всегда деформация и биение будут малыми.

Наиболее подвержены деформации «нежесткие» валы — с шатунными шейками малого диаметра, не имеющие «полных» (с двух сторон шатунной шейки) противовесов. Такие валы установлены в ряде двигателей Volvo, Chrysler, Mercedes, Lincoln, а также многих японских фирм. Попытки шлифовать такие валы «наоборот» (сначала коренные, затем — шатунные шейки) часто заканчиваются неудачей — не только повышенным биением, но и эллипсностью шеек.

Однако не всегда начинать шлифовать вал надо с шатунных шеек. При шлифовке шатунных шеек вал устанавливается в патронах станка. Но если поверхности вала, зажимаемые кулачками, некондиционные (к примеру, хвостовик вала восстановлен наваркой металла), то вначале потребуется шлифовка этих поверхностей, и лишь затем — шатунных шеек. В противном случае будет «потеряна» база, от которой шлифуют шатунные шейки, и они окажутся непараллельны коренным.

Еще одна проблема, которую нередко упускают из виду, а чаще просто игнорируют некоторые шлифовщики, — это радиус галтелей шеек. На практике известно немало случаев, когда коленчатые валы с подрезанными галтелями ломались в результате значительного снижения прочности (концентрации напряжений в подрезанных галтелях).

Исключить подрез можно, если «заправить» на краях шлифловального круга радиусы, соответствующие радиусам галтелей. Такая операция необходима для тех валов, у которых на краях шеек нет канавок для выхода шлифовального круга. Но и там, где такие канавки есть, аккуратность тоже не помешает.

Анализ излома разрушенных коленчатых валов показывает, что трещина обычно начинает развиваться от места перехода шлифованной поверхности к не тронутой шлифовальным кругом. А такое место обычно и приходится на галтель, приобретающую после неквалифицированного ремонта вала неправильную форму. Особенно опасна недооценка получающейся при ремонте формы галтелей для коленчатых валов современных высокофорсированных двигателей.

Осторожно, шатунные шейки!

Если подготовка к работе завершена, можно приступать к шлифованию шатунных шеек. Для этого вал устанавливается в патроны станка так, чтобы его ось вращения проходила через одну из шатунных шеек.

Но шлифовать пока все равно рано. Посмотрите: смещенный вал, вращаясь вокруг оси одной из шатунных шеек, явно несбалансирован. Такой большой дисбаланс при вращении обязательно приведет к деформации самого вала и элементов станка, в результате чего качество шлифовки резко снизится — исказится форма шейки (появится эллипс), ее ось окажется непараллельной оси коренных шеек.

Исключить или, по крайней мере, значительно уменьшить дисбаланс вала позволяют специальные грузы, закрепляемые на планшайбах напротив патронов станка. Масса и расположение балансировочных грузов подбирается в зависимости от массы вала и радиуса кривошипа.

Все? Еще нет. Теперь надо точно выверить положение вала, чтобы ось его вращения совпала с осью обрабатываемой шейки. Это нетрудно сделать с помощью стойки с индикатором. Правда, только для малоизношенных шеек — в случае сильного задира шейка приобретает неправильную форму, и точная установка вала может потребовать заметно большего времени.

После такой выверки многие шлифовщики и начинают собственно шлифовку шейки. И — пропускают один весьма важный момент. Дело в том, что большинство коленчатых валов (к примеру, 4-х и 6-цилиндровых двигателей) имеют «парные» шатунные шейки, лежащие на одной оси. Если при шлифовке учесть и это условие, то выверка вала на предмет совпадения осей парных шеек в станке сильно усложнится. Но вполне оправдает себя — после шлифовки будет достигнуто наивысшее качество ремонта.

Добиваться совпадения осей «парных» шеек целесообразно не только из чисто геометрических соображений: совпадение осей — это и одинаковый угол опережения зажигания, и такой же ход поршня во всех цилиндрах.

Однако на практике обеспечить это условие удается далеко не всегда — некоторые валы после длительной эксплуатации оказываются «скрученными», т.е. их шатунные шейки получают слишком большое угловое смещение и уже не «попадают» в одну ось даже при шлифовке через ремонтный размер. Отметим, что ошибка при наладке станка, при которой патроны получаются несоосны, тоже не позволит шлифовать «парные» шейки в одной оси.

Итак, только теперь можем начинать шлифовку. Включаем вращение вала, подачу СОЖ (смазывающе-охлаждающей жидкости), подводим шлифовальный круг до касания шейки. Далее следует сделать подачу в пределах 0,05 мм «на врезание», короткую остановку и снова подачу. И так до заданного размера шейки, разумеется, с промежуточным контролем получающегося размера.

«Нежесткие» валы требуют при шлифовке еще более осторожного обращения. К примеру, подачу на врезание следует ограничить величиной 0,03 мм, а перерыв между подачами увеличить (сделать так называемое «выхаживание») — в противном случае шейка окажется с недопустимой эллипсностью (более 0,01 мм).

В общем случае ширина шлифовального круга всегда меньше ширины шейки. Чтобы обеспечить обработку шейки по всей ширине, ее надо, как говорят шлифовщики, «разогнать», т.е. подать круг по оси шейки до легкого касания щек. Эта операция должна выполняться с максимальной осторожностью — при врезании в щеки (противовесы) вал начинает вибрировать, что может привести к появлению глубокой «огранки» на поверхности шейки. Для «нежестких» валов это критично, поскольку появившуюся огранку практически не удается исправить, даже имея припуск в 0,1 мм.

А теперь — коренные!

Главный вопрос, который необходимо решить перед шлифовкой коренных шеек, — каким способом закреплять (устанавливать) вал в станке.

Многолетняя практика шлифования коленчатых валов большого числа различных двигателей позволяет указать оптимальный способ установки вала. Но прежде рассмотрим варианты.

Некоторые шлифовщики зажимают вал в патронах точно так же, как и при шлифовке шатунных шеек, только патроны сводят к оси вращения планшайб станка. Считается, что при хорошей выверке положения вала по минимальному биению хвостовика (или 1-й коренной шейки) и поверхности заднего сальника (или последней коренной шейки) шейки можно шлифовать и таким способом.

В действительности есть ряд причин, по которым так устанавливать вал нельзя. Главное, что в первую очередь характерно для «нежестких» валов — это деформация вала при сжатии его в кулачках патронов.

Еще один неприятный момент — планшайбы при смещении патронов к центру невозможно сбалансировать. А тогда вал и элементы станка при вращении будут деформироваться, в результате чего коренные шейки окажутся некруглыми. И, наконец, зажимая вал за хвостовик и поверхность заднего сальника, очень трудно контролировать биение этих поверхностей (коренные шейки могут иметь свое биение, если когда-то вал был неправильно отремонтирован).

Правда, описанный способ проще: он не требует демонтажа планшайб с патронами (это не слишком приятная и легкая процедура), но такое «слабое» его преимущество меркнет перед серьезными недостатками.

Редко, но встречается и такой способ установки: хвостовик — в центр передней бабки станка, а поверхность заднего сальника — в патрон. Или, наоборот, центр ставят в заднюю бабку. Но суть от этого не меняется, поскольку все недостатки останутся, ну, может быть, их негативное влияние на качество шлифовки будет чуть меньше.

Свободен от указанных недостатков только один способ — установка вала в центрах. При этом задний центр должен обязательно быть неподвижен (он фиксируется с помощью стопора), иначе из-за проскальзывания в центровой фаске вал будет вращаться неравномерно, и шейки после шлифовки опять получатся некруглыми.

Шлифовка в центрах, очевидно, предполагает, что планшайбы с патронами необходимо заменять на центры. Поскольку это требует времени, во многих мастерских для ремонта коленчатых валов используют два станка — один только для шатунных шеек (с планшайбами и патронами), другой — только для коренных (с центрами). Тем самым экономится время.

Очень важно, чтобы усилие сжатия вала центрами было минимальным, в противном случае вал в станке деформируется. Если затем коренные шейки прошлифовать, то после снятия со станка вал разогнется и сразу окажется кривым.

Разумеется, при установке вала в центрах необходимо контролировать биение различных поверхностей (хвостовик, шейки, задний сальник). Повышенное биение может свидетельствовать не только о необходимости правки центровых фасок, но и о повреждении или износе посадочной поверхности центров в станке.

Отметим также, что для задней части вала нередко приходится использовать различные центры, в том числе укороченные, причем перед установкой вала в станок требуется выпрессовывать подшипник опоры первичного вала КПП, чтобы он не мешал центру (для этого применяются специальные цанги с обратным молотком). Кроме того, очень важна правильная геометрия центровых фасок вала — попытки некоторых шлифовщиков поправить фаски вручную с помощью шабера (такое встречается) обычно дают повышенную эллипсность коренных шеек.

Сама шлифовка коренных шеек выполняется аналогично шатунным. Начинают обычно с шеек, имеющих максимальный износ (средняя или первая), чтобы сразу определить, в какой ремонтный размер выйдут коренные шейки. При этом не следует забывать про торцевые поверхности упорного подшипника — у некоторых двигателей с фланцевым коренным вкладышем ремонтное уменьшение коренных шеек сопровождается одновременным увеличением ширины между фланцами, что требует расшлифовки соответствующих поверхностей на валу.

В заключительной стадии работы неплохо чуть тронуть поверхность переднего и заднего сальников — это повысит надежность уплотнений вала. И, конечно же, необходимо тщательно проконтролировать всю геометрию вала — без выходного контроля работа не может считаться законченной.

Только шлифовка?

Если правильно и аккуратно выполнить все операции по шлифовке коленчатого вала, то реально добиться 0,003 мм эллипсности, конусности и взаимного биения шеек, что будет даже лучше, чем у нового вала. Однако блестящие «свежешлифованные» поверхности шеек не должны вводить в заблуждение грамотного механика-моториста — микропрофиль шлифованной поверхности вала весьма далек от идеала. Дело в том, что острые выступы микронеровностей способны некоторое время в начальный период эксплуатации двигателя изнашивать вкладыши, одновременно загрязняя систему смазки продуктами износа (масло будет быстро приобретать характерный серый цвет). Кроме того, что не менее неприятно, острые, с микрозаусенцами, края смазочных отверстий необратимо повреждают вкладыши, оставляя на них характерные борозды. Да и галтели с недопустимо грубой после шлифовки поверхностью — верный путь к усталостному разрушению вала.

Устранить микронеровности и загладить острые края смазочных отверстий нетрудно — необходима доводка шеек вала после шлифовки.

Существует два основных способа доводки шеек — суперфинишная обработка и полировка. Первый способ дает более качественную поверхность, но сложен, требует специального оборудования и чаще применяется в массовом производстве.

В ремонте доступнее и проще полировка. Ее делают вручную в несколько переходов — вначале с помощью мелкозернистой наждачной бумаги, вставляемой в специальные клещи-захваты, затем — абразивной пастой. При съеме не более 0,001 мм полировка позволяет практически полностью убрать микронеровности. Что, кстати, нетрудно проверить — достаточно провести по шейке медным предметом до и после полировки: в последнем случае на шейке не остается следа, даже если она выглядит не такой блестящей и красивой.

И еще…

Иногда шейки вала «не проходят» в ближайший ремонтный размер — слишком велик их износ. В результате приходится значительно — до 0,75-1,0 мм (зависит от наличия соответствующих ремонтных вкладышей) занижать размер шейки.

Несмотря на опасения некоторых механиков о якобы срезаемом «твердом слое» и низком ресурсе отремонтированного вала, никаких неприятностей не наблюдаeтся. С одной стороны, валы после стандартной закалки токами высокой частоты (ТВЧ) имеют глубину упрочненного слоя до 1,0 мм. С другой — практика показала, что для надежной и долговечной работы вала более важна его геометрия и геометрия сопряженных деталей. А это зависит от квалификации механика-моториста, от точности шлифовального станка, на котором ремонтировали вал, но главное — от опыта и умения специалиста-шлифовщика, без которого рассчитывать на успешный ремонт коленчатого вала по меньшей мере наивно.

Коленчатый вал и масляные каналы в нем (Часть 3).

Коленчатый вал и масляные каналы в нем (Часть 3).

Подробности

В прошлых статьях (часть1 и часть 2) мы подробно разобрали конструкции и разновидности коленчатых валов. Теперь настало время разобраться, как происходит смазка шеек вала. О самой системе смазке мы поговорим отдельно, а сейчас разберем только то, как происходит подача смазки к коренным и шатунным шейкам.

В блоке цилиндров постели коленчатого вала к каждой коренной шейки подходят масляные каналы. Через отверстие во вкладыше (подшипнике) масло под давлением подается в зазор между коренной шейкой вала и вкладышем, образовывая масляный клин.

Внутри коленчатого вала проходят масляные каналы, через которые масло попадает от коренных шеек к шатунным. Сам канал в большинстве случаев стараются сдвинуть от вершины шейки и зачастую делают на нем радиусную фаску, которую потом отполировывают.

Теперь разберем наиболее популярные схемы смазки коленчатого вала. Наиболее распространенной является следующая схема:

1. В коренной шейке сверлится сквозное отверстие. В шатунной сверление происходит под наклоном до попадания в сквозное отверстие (масляный канал) коренной шейки. Данная схема расположения масляных каналов в коленчатом валу позволяет обеспечить непрерывное поступление масла к шатунным шейкам при установке нижних вкладышей без канавки. Как правило, на коленвалах рядных двигателей поступление масла к шатунным шейкам индивидуально, то есть от одной коренной шейки смазывается одна шатунная. Таким образом, получается, что одна коренная шейка остается без масляного отвода, на ней устанавливаются упорные полукольца и оба вкладыша могут не иметь проточки.
2. Не менее популярной схемой смазки является схема с косым сверлением от шатунной шейки к коренной. Для непрерывной подачи масла с таким расположением масляных каналов необходимо чтобы оба вкладыша (верхний и нижний) имели проточку. Однако существуют двигатели, в которых коренные подшипники подвержены большим нагрузкам, поэтому нижний вкладыш у них ставят без проточки. В таком случае подача масла к шатунной шейке получается прерывистой. Для продления ресурса шатунных подшипников приходится очень точно подбирать расположение масляного отверстия на шейке. Расположение отверстия подбирается в зависимости от того, в каком положении находится коленчатый вал и когда подача масла для него жизненно необходима.

Такая схема косого сверления от шатунной шейки к коренной часто применима на коленчатых валах V – образных двигателей. Отличие состоит лишь в том, что от одной коренной шейки смазываются две шатунные.

3. В отличие от двух предыдущих схем, эта уже менее популярна. Суть здесь такова, в шатунной и коренной шейке сверлятся сквозные масляные каналы, затем косым сверлением они соединяются. Минусом данной схемы является то, что при ее реализации приходится дополнительно ставить заглушки, одну или две. Рядом с заглушкой образовывается непроточный участок, то есть, в нем нет циркуляции. В итоге это место является замечательном грязесборником. Еще сравнительно недавно это считалось плюсом, так как происходила дополнительная центробежная очистка масла. В настоящее время с появлением современных масляных фильтров, с тонкой очисткой, эта необходимость отпала. И в итоге эта стало настоящей бедой, так как грязь вычистить с этих мест достаточно проблематично, а при самостоятельном отрыве и попадании в масляный канал, она может его закупорить и привести к масляному голоданию. А так как эта грязь содержит твердые частицы, она может повредить поверхность вкладышей и шеек коленвала.

Существуют и другие схемы смазки, они не получили должного распространения и являются скорее индивидуальными схемами для отдельных марок. Например:

• на некоторых двигателях HONDA подвод масла происходит от крышек коренных подшипников выполненных как одно целое.
• на четырех цилиндровых двигателях NISSAN подача масла к шатунным шейкам происходит только от второй и четвертой коренной шейки.
• на двигателях ALFA ROMEO можно встретить схему, где масляные каналы подведены лишь к первой, третей и пятой коренным шейкам. От них отходят каналы к шатунным. Вторая и четвертая коренная шейка получают смазку через шатунные.
• иногда можно встретить на двигателях MAZDA шатунные шейки с дополнительным смазочным отверстием.

Коленчатый вал в процессе работы подвержен циклическим нагрузкам, поэтому большое значение здесь имеет усталостная прочность. Максимально уязвимые места на коленчатом валу, где могут появиться трещины – это на щеке между шатунной и коренной шейкой. В этом месте она ослаблена проходящим внутри масляным каналом.

Как правило, коленчатый вал за исключением масляных каналов внутри не имеет полостей, но в современных двигателях для облегчения веса все чаще стали использоваться полые коленчатые валы. В таких валах полости внутри имеют сложное строение позволяющее огибать масляные каналы. Такие валы легче на 25-30%, что позволяет снизить нагрузку на подшипники. Но в то же время такие валы более подвержены деформации.

В следующей статье мы с вами поговорим о хвостовике и заднем фланце коленвала.

Шлифовка коленчатого вала в компании Механика, территория г.Дзержинский

 

Коленчатый вал – деталь непростая

Коленчатые валы поражают обилием форм и размеров: плоские и пространственные, длинные и короткие, разные по размерам, весу, жесткости, и, конечно же, по числу коренных и шатунных шеек.

Коленчатый вал часто называют не просто деталью, а системой. И вполне оправданно – любое сколь-нибудь существенное воздействие (механическое или термическое) на шейку, щёку, галтель или любой другой участок вызывает реакцию всей детали, отклик. И выражается он в виде деформации тех или иных зон, грозящей вызывать биение и дисбаланс.

Поэтому ремонтировать коленчатый вал необходимо только профессионально, руководствуясь принципом «не навреди». Иначе – выбраковка дорогой детали.

 

Когда требуется шлифовка

Первый признак необходимости ремонта коленчатого вала замечает водитель – это падение давления масла. Значит, подшипники скольжения скорее всего изношены и масляный клин между шейкой и стенкой вкладыша недостаточно плотный и надежный.

Помогает и взятие пробы масла из картера. Существуют методики, основанные на спектральном анализе таких проб. Если прибор показывает в масле следы меди и некоторых других цветных металлов, можно говорить о вероятном износе вкладышей.

Но окончательный диагноз ставится лишь после разборки двигателя и замеров геометрии коленчатого вала. И тогда выносится вердикт: вал требует шлифовки в ремонтный размер. Именно шлифовки в отличие от расточки блока – ведь шейки имеют закаленный слой, а такая поверхность не для резца. Приносим извинения за столь банальное уточнение, но вдруг кто-то из читателей не знаком с технологией коленчатого вала и металловедением. Знаете, в интернете всякое встречается…

В цехах «Механики». Диагностика

(фото: диагностика состояния коленчатого вала)

Дальнейший разговор поведем, опираясь на опыт компании «Механика». Здесь принимают в ремонт любые коленчатые валы – от автомобильных (бензиновый ДВС, дизель) до громадных тепловозных.

Вал прибывает в ремонт в составе двигателя либо отдельно, если мотор уже разобран самим заказчиком. И сразу попадает на проверку. Первое, что с ним делают – замеряют износ шеек.

Вал устанавливается крайними коренными шейками на призмы. Далее мастер микрометром замеряет диаметры всех шеек в нескольких плоскостях, чтобы проверить – есть ли «эллипс»? До величины 0,01 мм его можно вытерпеть, больше – нет.

Про замеры шеек, как правило, клиенты знают. Это делают во всех мастерских. Но «Механика» выполняет еще один замер – прогиб (биение) вала. К центральной коренной шейке подводят часовой индикатор и вращают вал на призмах. Если стрелка отклоняется в пределах 0,01 мм – прекрасно. Эту «сотку» можно списать на погрешность измерений. Также необходимо проверить биение хвостовика и поверхностей сальников.

А если биение центральной коренной шейки больше «сотки»? По опыту компании, биение до 0,1 (а иногда до 0,2 мм) исправляется шлифовкой. Разумеется, с учетом особенностей данного вала.

В цехах «Механики». Шлифовка

(фото: шлифовка коленчатого вала)

Итак, вал замерен. Принято решение шлифовать шейки – в какой именно размер, зависит от их износа и наличия в каталогах производителя соответствующих вкладышей.

Правда, ухо здесь надо держать востро. В разных каталогах разных производителей вкладышей встречается различные ряды ремонтных размеров. Например, у официалов только 0,25 мм, у Кольбеншмидт (Kolbenschmidt) – 0,25 и 0,5, а у американского Глико (Glyco ) еще и 0,75 мм. Еще нюанс: присутствие вкладышей в каталоге еще не означает, что они есть в природе. Поэтому важно уточнить их фактическое наличие и лишь тогда приступать к работе.

 Для шлифовки применяются специализированные шлифовальные станки. Главная их «изюминка» – приспособления, позволяющие смещать зажимные кулачки относительно оси станка. Это позволяет шлифовать шатунные шейки. Точность станков – 5 мкм.

Как закрепляется вал? В «Механике» рассказали, что при шлифовке коренных шеек валов легковых двигателей деталь закрепляется в центрах. При этом необходима подготовка внутренних фасок – их предварительно протачивают на токарном станке.

Когда подпираешь деталь центром, очень важно «не пережать», иначе вал в станке может деформироваться – вспомните, с чего мы начали эту статью.

Если вал «грузовой», тяжелый, его зажимают в патроне по поверхности заднего сальника, а передняя часть подпирается центром. Здесь тоже требуется подготовка фаски на токарном станке.

Что касается шатунных шеек, при их обработке вал фиксируется в патронах с обеих сторон. Разумеется, со смещением на радиус кривошипа и тщательным выставлением оси каждой шатунной шейки в ось вращения станка с помощью индикаторной стойки.

Шлифовка каждой шейки осуществляется, как правило, в два прохода. Например, если вал шлифуется в ремонтный размер 0,25 мм, то сначала снимается слой 0,15 – 0,2 мм. А потом, уже с меньшей подачей, шейка выводится в окончательный размер. Подача смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) обязательна – иначе шейка перегреется.

Долго ли длится сам процесс, включая переналадку под коренные или шатунные шейки? По опыту компании, на шлифовку вала четырехцилиндрового двигателя легкового автомобиля уходит порядка 40 мин.

Но это время можно и сократить – например, если обрабатывать партию однотипных валов. В этом случае задействуются два станка – на одном шлифуют коренные шейки, на другом шатунные.

Нельзя не сказать и об инструменте – шлифовальных кругах. К ним тоже есть свои требования, и довольно жесткие. Например, биение круга должно быть менее 3-4 мкм, иначе шейка из круглой может превратиться в граненую. Этот дефект называется дроблением.

И еще. Если шейка имеет канавку для выхода круга, никакой особой подготовки инструмента не потребуется. А если ее нет? Тогда галтель будет подрезана, что недопустимо. Ведь в вале появится опасный концентратор напряжений, резко снижающий усталостную прочность детали.

В этом случае шлифовальный круг заправляется специальным алмазным инструментом таки образом, чтобы радиус закругления края был равен радиусу галтели. И тогда шлифовка станет для вала безопасной.

И завершает процесс ремонта полировка шеек. Она не только убирает микронеровности, повышая качество поверхности, но и уничтожает заусенцы в на масляных отверстиях на шейках.

После работ необходимо очистить все масляные каналы от технологической грязи после шлифовки и полировки.

В цехах «Механики». Несколько подробностей

Выходной контроль при передаче отремонтированного вала заказчику – процедура обязательная. Проверка размеров и формы шлифованных шеек – это само собой. А еще вал устанавливается на призмы и проверяется с помощью индикатора на биение.  Если уложились в «сотку», прекрасно, деталь можно смело ставить в двигатель.

Правда, и здесь есть свои нюансы. Вал по разным плоскостям имеет не равную жесткость. Тяжелый вал может прогнуться и от собственного веса. Поэтому в ряде случаев допускается прогиб равный монтажному зазору.

Есть еще один подводный камень – состояние посадочного места для подшипника первичного вала коробки. Многие мастерские пренебрегают его проверкой и получают претензии: вы сделали мотор, сделали коробку, почему же коробка выходит из строя?

Загадка в следующем. Гнездо для подшипника может иметь биение. Вина ли это завода или предыдущего некачественного ремонта, неважно. Важно этот дефект устранить. Мастер разворачивает индикаторную стойку, упирает щуп во внутреннюю стенку гнезда и вращает вал. Ага, биение есть.

Вал ставят в токарный станок, базируясь по коренной шейке, и протачивают бьющее отверстие на 2 мм «в плюс». Затем запрессовывают в него стальную  втулку и протачивают посадочное место под подшипник первичного вала. Все – теперь подшипник сосен с шейкой, и приключений с коробкой не будет.

Подробности можно приводить еще и еще, но, как говорил Козьма Прутков, нельзя объять необъятное. Поэтому резюмируем: используя отличное знание коленчатых валов, применяя индивидуальный подход к каждому случаю, базируясь на современных технологиях и станочном парке, компания неизменно обеспечивает высокое качество ремонта.

И еще. Качество и опыт – вещи неразделимые. Об опыте «Механики» свидетельствует такая история. Однажды, еще в 90-х (так ли уж важна точная дата?) компанию посетили представители известной фирмы Кольбеншмидт. И среди прочего поинтересовались: а сколько валов вы делаете в своем цехе? Где-то штук пятнадцать, ответили в «Механике». В неделю, уточнили немцы? В день, пояснили в «Механике». Надо было видеть глаза гостей.

И в заключение рекомендуем к просмотру ролики. В них руководитель «Механики» Д.Н. Даньшов рассказывает о тонкостях шлифовальных технологий.

 

Автор: Юрий Буцкий, к.т.н.

Подшипники скольжения и их смазка

Подшипники скольжения или скольжения состоят из вала или шейки, которые свободно вращаются в опорной металлической втулке или кожухе. В этих подшипниках нет тел качения. Их конструкция и конструкция могут быть относительно простыми, но теория и работа этих подшипников могут быть сложными.

В этой статье рассматриваются подшипники скольжения с жидкой пленкой, смазываемые маслом и консистентной смазкой; но сначала краткое описание пальцев и втулок, сухих и полусмазываемых опорных подшипников и подшипников качения.

Тихоходные пальцы и втулки представляют собой форму опорных подшипников, в которых вал или вкладыш, как правило, не совершают полного вращения. Частичное вращение на низкой скорости перед тем, как обычно меняет направление, не позволяет сформировать полную пленку жидкости, и, таким образом, контакт металл-металл действительно происходит внутри подшипника. Пальцы и втулки постоянно работают в режиме граничной смазки.

Эти типы подшипников обычно смазываются консистентной смазкой с противозадирными присадками (EP), которая помогает выдерживать нагрузку.Твердый дисульфид молибдена (молибден) включен в консистентную смазку для повышения несущей способности смазки.

Во многих приложениях для наружного строительства и горнодобывающего оборудования используются пальцы и втулки. Следовательно, ударные нагрузки и загрязнение водой и грязью часто являются основными факторами их смазки.

Рис. 1. Kingsbury Radial
и упорный подшипник

Сухие опорные подшипники состоят из вала, вращающегося в сухой втулке, обычно из полимера, который может быть смешан с твердыми частицами, такими как молибден, графит, ПТФЭ или нейлон.

Эти подшипники предназначены только для приложений с низкой нагрузкой и низкой поверхностной скоростью. Полусмазываемые опорные подшипники состоят из вала, вращающегося в пористой металлической втулке из спеченной бронзы или алюминия, в которой смазочное масло содержится в порах пористого металла. Эти подшипники рассчитаны на низкие нагрузки, скорость от низкой до средней и температуру до 100 ° C (210 ° F).

Подшипники с поворотными подушками или поворотными башмаками состоят из вала, вращающегося внутри корпуса, состоящего из изогнутых подушек.Каждая колодка может поворачиваться независимо и совпадать с кривизной вала. Схема подшипника с наклонной подушкой представлена ​​на рисунке 1.

Преимущество этой конструкции заключается в более точном совмещении опорной оболочки с вращающимся валом и повышении устойчивости вала. ¹

Подшипники скольжения включают подшипники скольжения, скольжения, вкладыши и баббитовые подшипники. Термин баббит фактически относится к слоям более мягких металлов (свинец, олово и медь), которые образуют металлическую контактную поверхность вкладыша подшипника.Эти более мягкие металлы накладываются на более прочную стальную опорную оболочку и необходимы для защиты оболочки от более твердого вращающегося вала.

Простые опорные подшипники скольжения воспринимают только радиальную нагрузку, перпендикулярную валу, как правило, из-за веса или нагрузки вала, направленной вниз. Осевые или осевые нагрузки вдоль оси вала также могут восприниматься опорными подшипниками, предназначенными для этой цели. На рис. 1 показан подшипник с наклонной подушкой, способный воспринимать как радиальные, так и осевые нагрузки.

Рис. 2. Слои конструкции подшипников скольжения

Подшипники скольжения работают в граничном режиме (контакт металл-металл) только во время пуска и останова оборудования, когда частота вращения вала (шейки) недостаточна для образования масляной пленки. Именно во время пуска и останова происходит почти полное повреждение подшипника. ²

Гидростатическая подъемная сила, создаваемая подачей масла под внешним давлением, может использоваться для смещения больших тяжелых цапф перед запуском (вращение вала) для предотвращения такого типа повреждений.Во время нормальной работы вал вращается с достаточной скоростью, чтобы протолкнуть масло между соответствующими изогнутыми поверхностями вала и кожуха, тем самым создавая масляный клин и гидродинамическую масляную пленку.

Эта полностью гидродинамическая пленка жидкости позволяет этим подшипникам выдерживать чрезвычайно тяжелые нагрузки и работать с высокими частотами вращения. Обычные скорости на поверхности от 175 до 250 метров в секунду (от 30 000 до 50 000 футов в минуту). Температуры часто ограничиваются используемым смазочным материалом, так как свинцово-оловянный баббит может достигать температуры 150 ° C (300 ° F).

Важно понимать, что вращающийся вал не центрируется в вкладыши подшипника при нормальной работе. Это расстояние смещения называется эксцентриситетом подшипника и создает уникальное место для минимальной толщины масляной пленки, как показано на Рисунке 3.

Рисунок 3. Движение вала при запуске

Обычно минимальная толщина масляной пленки также является динамическим рабочим зазором подшипника. Знание толщины масляной пленки или динамических зазоров также полезно при определении требований к фильтрации и чистоте поверхности металла.

Обычно минимальная толщина масляной пленки в зоне нагрузки во время работы составляет от 1,0 до 300 микрон, но значения от 5 до 75 микрон чаще встречаются в промышленном оборудовании среднего размера. Толщина пленки будет больше в оборудовании с валом большего диаметра.

Лица, которым требуется более точное значение, должны получить информацию о числе Зоммерфельда и числе Рейнольдса. Более подробное обсуждение этих расчетов выходит за рамки данной статьи.Обратите внимание, что эти значения значительно превышают значения в один микрон, встречающиеся в подшипниках качения.

Давления, возникающие в зоне контакта опорных подшипников, значительно меньше, чем в подшипниках качения. Это происходит из-за большей площади контакта, создаваемой соответствующими (схожей кривизной) поверхностями шейки и оболочки.

Среднее давление в зоне нагрузки опорного подшипника определяется силой на единицу площади или, в данном случае, весом или нагрузкой, поддерживаемой подшипником, деленными на приблизительную площадь нагрузки подшипника (диаметр подшипника, умноженный на длину опоры). несущий).В большинстве промышленных приложений эти значения находятся в диапазоне от 690 до 2070 кПа (от 100 до 300 фунтов на кв. Дюйм).

При таком низком давлении вязкость масла в зоне контакта подшипника практически не увеличивается из-за давления. Подшипники автомобильных поршневых двигателей и некоторые сильно нагруженные промышленные применения могут иметь среднее давление от 20,7 до 35 МПа (от 3000 до 5000 фунтов на квадратный дюйм). При таких уровнях давления вязкость может немного увеличиться. Максимальное давление, с которым сталкивается подшипник, обычно примерно вдвое превышает среднее значение, до максимального примерно 70 МПа (10 000 фунтов на квадратный дюйм).

Масляный вихрь — это явление, которое может возникать в высокоскоростных подшипниках скольжения, когда положение вала внутри корпуса становится нестабильным, и вал продолжает менять свое положение во время нормальной работы из-за сил жидкости, создаваемых внутри подшипника. Масляный завихрение можно уменьшить, увеличив нагрузку или изменив вязкость, температуру или давление масла в подшипнике.

Постоянное решение может включать новый подшипник с другим зазором или другой конструкцией. Масляный выброс возникает, когда частота масляного вихря совпадает с собственной частотой системы.Результатом может стать катастрофический отказ. ³

Смазка маслом

Масла используются в опорных подшипниках, когда требуется охлаждение или необходимо смыть загрязнения или мусор с подшипника. Высокоскоростные опорные подшипники всегда смазываются маслом, а не консистентной смазкой. Масло подается в подшипник либо системой масляного насоса под давлением, либо масляным кольцом, либо манжетой, либо фитилем. Канавки вкладыша подшипника используются для распределения масла по поверхностям подшипников.

Требуемый класс вязкости зависит от частоты вращения подшипника, температуры масла и нагрузки. Скорость подшипника часто измеряется строго по оборотам вала в минуту, без учета поверхностной скорости вала, согласно значениям «nd _m », рассчитанным для подшипников качения. В таблице 1 приведены общие рекомендации по выбору правильного класса вязкости по ISO.

Указанный номер класса ISO является предпочтительным для диапазона скорости и температуры.Масла классов ISO 68 и 100 обычно используются в помещениях с подогревом, а масла класса 32 используются для высокоскоростных (10 000 об / мин) агрегатов и некоторых наружных низкотемпературных применений.

Обратите внимание на таблицу, что чем выше частота вращения подшипника, тем ниже требуемая вязкость масла; и чем выше рабочая температура агрегата, тем выше требуемая вязкость масла. Если возможна вибрация или незначительная ударная нагрузка, следует рассмотреть более высокий сорт масла, чем тот, который указан в Таблице 1.

Скорость подшипника	Температура подшипника / масла (° C)
(об / мин)	От 0 до 50	60	75	90
От 300 до 1500	—	68	От 100 до 150	—
~ 1,800	32	32 по 46	68 к 100	100
~ 3,600	32	32	46 по 68	68 к 100
~ 10 000	32	32	32	32 по 46

Таблица 1.Выбор класса вязкости опорного подшипника ISO

Другой метод определения надлежащей степени вязкости — применение критериев минимальной и оптимальной вязкости к графику зависимости вязкости от температуры. Общепринятая минимальная вязкость масла при рабочей температуре для подшипников скольжения составляет 13 сСт, хотя в некоторых конструкциях допускается использование масла толщиной от 7 до 8 сСт при рабочей температуре.

Оптимальная вязкость при рабочей температуре составляет от 22 до 35 сСт для подшипников с умеренной скоростью вращения, если не происходит ударных нагрузок.Оптимальная вязкость может достигать 95 сСт для низкоскоростных, сильно нагруженных или ударно нагруженных подшипников скольжения.

Использование этого метода требует определенных знаний о температуре масла в подшипнике в рабочих условиях, которую бывает сложно определить. К счастью, точная температура масла не требуется для большинства определений вязкости. Обычно определяют температуру внешней поверхности труб, по которым масло подается к подшипнику и от него.

Температура масла внутри труб обычно выше (от 5 до 10 ° C, от 10 до 18 ° F), чем на внешней металлической поверхности трубы.Температуру масла внутри подшипника можно принять как среднее значение температуры масла на входе и температуры на выходе из подшипника. ⁴

Третий и более сложный метод — это расчет вязкости масла, необходимой для получения удовлетворительной толщины масляной пленки. Лица, желающие узнать больше об этом методе, должны искать информацию относительно уравнения Зоммерфельда и либо коэффициентов эксцентриситета, либо чисел Рейнольдса. ⁴

Если выбранное масло имеет слишком низкую вязкость, из-за недостаточной толщины пленки будет выделяться тепло, и произойдет некоторый контакт металла с металлом.Если масло имеет слишком высокую вязкость, снова будет выделяться тепло, но из-за внутреннего жидкостного трения, создаваемого внутри масла. Выбор масла слишком высокой вязкости также может увеличить вероятность кавитации.

Зоны высокого и низкого давления, которые создаются в масле с каждой стороны зоны минимальной толщины пленки, могут вызвать кавитацию масла в этих подшипниках. Кавитация — это результат расширения растворенного воздуха или пара (воды или топлива) в зоне низкого давления подшипника.

Образовавшийся пузырь лопается, вызывая повреждение при прохождении через часть подшипника, находящуюся под высоким давлением. Если взрыв или схлопывание пузырька пара происходит рядом с поверхностью металла, это может вызвать кавитационное точечное повреждение металла. Если взрыв пузыря происходит внутри масла, может возникнуть микрогорячее пятно или микродизель, что может привести к покрытию лаком внутри системы.

Обычно в маслах, используемых в этих областях, используется система присадок, ингибирующих ржавчину и окисление (R&O).Также могут присутствовать антипенные добавки и присадки, понижающие температуру застывания. Противоизносные (AW) гидравлические масла также могут использоваться, если не превышен предел высокой температуры цинкового компонента AW и не присутствует избыточное количество воды.

Масла R&O, как правило, обладают лучшими характеристиками водоотделения, что является полезным, а свойства гидравлического масла AW будут полезными только во время пуска и останова, если предполагается, что подшипник работает правильно.

Консистентная смазка

Консистентная смазка используется для смазки опорных подшипников, когда охлаждение подшипника не имеет значения, как правило, если подшипник работает на относительно низких скоростях.Смазка также полезна, если возникает ударная нагрузка или если подшипник часто запускается и останавливается или меняет направление.

Консистентная смазка почти всегда используется для смазки пальцев и втулок, поскольку она обеспечивает более густую смазку, чем масло, для выдерживания статических нагрузок и защиты от вибрации и ударных нагрузок, которые являются обычными для многих из этих применений.

Литиевое мыло или загустители на основе литиевого комплекса являются наиболее распространенными загустителями, используемыми в консистентных смазках, и отлично подходят для большинства применений в подшипниках скольжения.Используемая консистентная смазка обычно относится к классу № 2 по NLGI с вязкостью базового масла приблизительно от 150 до 220 сСт при 40 ° C.

Консистентные смазки для низкоскоростных, высоконагруженных и высоких температур, а также для пальцев и втулок могут использовать базовое масло с более высокой вязкостью и содержать противозадирные и твердые присадки. Консистентные смазки для повышения водостойкости могут быть изготовлены на основе более тяжелых базовых масел, различных загустителей и специальных составов присадок.

Консистентные смазки для лучшего нанесения при низких температурах могут включать базовое масло с более низкой вязкостью, произведенное в соответствии со спецификацией NLGI # 1.Подшипники, смазываемые централизованными системами подачи консистентной смазки, обычно используют консистентную смазку №1, 0 или 00.

Кажущаяся вязкость консистентной смазки изменяется в зависимости от сдвига (давления, нагрузки и скорости), то есть консистентные смазки являются неньютоновскими или тиксотропными. Внутри вращающегося опорного подшипника, поскольку подшипник вращается быстрее (увеличивается скорость сдвига), кажущаяся вязкость консистентной смазки уменьшается и приближается к вязкости базового масла, используемого в консистентной смазке.

На обоих концах вкладыша подшипника давление ниже, поэтому кажущаяся вязкость остается выше.Полученная более густая смазка на концах подшипников действует как встроенное уплотнение, уменьшая проникновение загрязняющих веществ.

Процедуры смазки

Процедуры смазки подшипников скольжения, пальцев и втулок не так четко определены и не столь критичны, как для подшипников качения, поскольку смазка не подвергается перемешиванию, создаваемому телами качения.

Объем впрыскиваемой смазки и частота применения больше зависят от метода проб и ошибок.Как правило, большинство опорных подшипников нельзя чрезмерно смазывать. Следует соблюдать осторожность при нагнетании консистентной смазки в подшипник с уплотнениями, чтобы они не были повреждены или смещены под действием силы и объема поступающей смазки.

Суровые условия окружающей среды, ударные нагрузки и особенно рабочая температура будут основными факторами при определении частоты повторного смазывания.

Подшипники скольжения обычно имеют более простую конструкцию и их не так сложно смазывать, как подшипники качения.Правильная вязкость, соответствующая условиям эксплуатации, и чистая и сухая смазка, как правило, достаточны для образования полностью жидкой смазочной пленки и обеспечения длительного срока службы подшипников.

Список литературы

1. Стрекер, Уильям. «Поиск и устранение неисправностей в упорных подшипниках качения». Machinery Lubrication, журнал , март-апрель 2004 г.

2. Стрекер, Уильям. «Анализ отказов подшипников скольжения.» Machinery Lubrication, журнал , июль-август 2004 г.

3. Берри, Джеймс. «Неустойчивость масляного вихря и хлыста в подшипниках скольжения». Machinery Lubrication, журнал , май-июнь 2005 г.

4. Справочник по трибологии . Глава 61, Конструкция и анализ подшипников скольжения. Хонсари, М. CRC Press, 1997.

Примечание редактора:
Части этой статьи были ранее опубликованы в разделе «Общество трибологов и инженеров-смазчиков» (STLE), Альберта, , Базовый справочник по смазке, , второе издание, 2003 г.

Подшипники скольжения — обзор

15.1.1.1 Подшипники скольжения скольжения

Основной формой подшипников скольжения является цилиндрический подшипник, в котором поперечное сечение поверхности подшипника представляет собой круг. На самом деле, этот тип подшипников не используется в паровых турбинах, так как он склонен вызывать нестабильность, в частности масляный выброс [5], и долгое время заменялся другими конструкциями, т.е.например, многолопастными подшипниками или TPJB.

Многолепестковые подшипники имеют поперечное сечение, состоящее из двух (рис. 15.2) — четырех (рис. 15.3) дуг окружности, образующих так называемые «выступы». В случае двух лепестков подшипник иногда называют «лимонной». Двухлопастные подшипники могут иметь в верхней половине механически обработанный карман, называемый перемычкой давления, целью которой является создание дополнительной направленной вниз нагрузки на вал, что способствует стабилизации ротора (и увеличению динамической жесткости подшипника).

Рисунок 15.2. Подшипник скольжения двухлопастной лимонной формы с напорной перегородкой.

Источник : Предоставлено Eurobearings Srl.

Рисунок 15.3. Нижняя половина подшипника скольжения с четырьмя лепестками.

15.1.1.2 Опорные подшипники качения с подушечками

TPJB могут иметь несколько подушек вокруг обеих половин вкладыша подшипника (рис. 15.4) или только в нижней (рис. 15.5). Причем колодки у них могут быть одинаковыми или разными. Равные колодки являются наиболее распространенным случаем, в то время как, например, асимметричные трехпластинчатые TPJB используются в больших паровых турбинах, используемых на атомных электростанциях.

Рисунок 15.4. Опорный подшипник качения.

Источник : Предоставлено Eurobearings Srl.

Рисунок 15.5. Нагрузка между колодками (LBP) опорный подшипник качения.

Источник : Предоставлено Eurobearings Srl.

Симметричные TPJB с нагрузкой, приложенной к нижнему выступу (конфигурация нагрузки на площадку (LOP), рис. 15.7) или между двумя нижними выступами (с конфигурацией нагрузки между площадками (LBP); рис. 15.5 и 15.9), имеют наилучшие характеристики. характеристики с точки зрения устойчивости роторно-подшипниковой системы.

Конфигурация LBP предпочтительна, когда требуется высокая грузоподъемность. В этом случае демпфирование также выше, чем в конфигурации LOP, из-за большей площади опоры.

TPJB также имеют некоторые недостатки, такие как унос горячего масла [4], риск колебания ненагруженных колодок [6,7] (то есть в верхней половине), более высокую стоимость и более сложное определение зазоров, чем подшипники скольжения. . Дрожание колодки — явление, которое довольно трудно преодолеть, и оно определяется как нестабильная вибрация колодки, которая постоянно перемещается вперед и назад между точкой поворота и шейкой во время вращения вала.Это связано с другим явлением, известным как «пробуксовка» подушек подшипников [8].

Однако преимущества TPJB перевешивают их недостатки, и их использование в паровых турбинах растет.

Свободный наклон колодки связан с поворотом, который может быть идеальным, т. Е. Колодка качается по прямой линии на задней стороне (имеющей геометрически линейчатую поверхность) колодки, которая находится в контакте с вкладышем подшипника. . В этом случае говорят, что TPJB является качающимся (рис. 15.6 и 15.7). Если шарнир обработан на задней части колодки (рис. 15.8) или реализован с помощью закаленных металлических вставок в задней части колодки и в кожухе (рис. 15.9), TPJB считается поворотным.

Рисунок 15.6. Передняя и задняя сторона подушечки коромысла опорного подшипника качения.

Рисунок 15.7. Секция опорного подшипника качения коромысла с нагрузкой на колодку (LOP).

Рисунок 15.8. Поворотная накладка. Обратите внимание на основу покрытия из сплава CuCr1Zr.

Источник : Предоставлено Eurobearings Srl.

Рисунок 15.9. Опорный подшипник поворотной колодки поворотного типа с нагрузкой между колодками (LBP).

Источник : Предоставлено Eurobearings Srl. Сравнение подшипников скольжения

и шариковых подшипников

Подшипники скольжения или скольжения опираются на жидкую пленку — обычно масляную — для поддержки вращающихся валов. Шариковые и роликовые подшипники обеспечивают одинаковую опору валов с помощью механических средств. Оба подшипника используются для противодействия радиальным и осевым нагрузкам. В этой статье мы кратко опишем оба типа, а затем приведем несколько примеров, когда один тип может быть предпочтительнее другого.Чтобы узнать больше о различных типах подшипников, обратитесь к нашему руководству по покупке подшипников.

Шариковые и роликовые подшипники

Типичный шариковый или роликовый подшипник состоит из внутренних и внешних дорожек качения, ряда сферических, цилиндрических, конических или полуцилиндрических элементов, разделенных держателем, и, часто, экранов и / или уплотнений, предназначенных для защиты от грязи и смазки. При установке внутреннее кольцо часто слегка прижимается к валу, а внешнее кольцо удерживается в корпусе. Доступны конструкции для работы с чисто радиальными нагрузками, чисто осевыми (осевыми) нагрузками и комбинированными радиальными и осевыми нагрузками.

Шариковые подшипники имеют точечный контакт; то есть каждый мяч касается гонки на очень маленьком участке — точке, теоретически. Роликовые подшипники имеют линейный, а не точечный контакт, что обеспечивает им большую грузоподъемность и более высокую ударопрочность. Подшипники качения не имеют бесконечного срока службы. В конце концов, они выходят из строя из-за усталости, растрескивания или любого количества других механизмов. Они спроектированы таким образом, что на статистической основе ожидается, что определенное количество отказов выйдет из строя после того, как наберется установленное количество оборотов.Это определяет срок службы подшипника.

Центровка вала и подшипников играет решающую роль в сроке службы подшипников. Для большей несоосности используются самоустанавливающиеся подшипники.

Для увеличения радиальной грузоподъемности опора подшипника устраняется, а пространство между дорожками качения заполняется таким количеством шариков или роликов, которое может поместиться — так называемый подшипник с полной компоновкой. Износ и трение в этих подшипниках выше, чем в подшипниках с подшипниками, из-за трения между соседними телами качения.

В критических приложениях, где биение вала является проблемой — например, шпиндели станков — подшипники могут быть предварительно нагружены для компенсации любого зазора в подшипниковом узле с уже имеющимися допусками.

Подшипник скольжения

В подшипниках скольжения или скольжения используется нажимной клин жидкости, который образуется между вращающимся валом и подшипником. Часть вала, поддерживаемая подшипником, называется цапфой и обычно закалена для повышения износостойкости. Материал вкладыша подшипника обычно более мягкий, такой как баббит на основе олова и свинца, бронза, медь-свинец, спеченный металлический порошок, углерод, ПТФЭ и т. Д.

Когда вал вращается в зазоре подшипника, он стремится взобраться вверх по стенке подшипника, создавая область высокого давления в масляной пленке, которая поддерживает шейку вала. Поскольку нагрузка на вал меняется, изменяется и эта область высокого давления, что делает подшипники скольжения достаточно устойчивыми к перегрузкам и ударным нагрузкам.

Опорный подшипник с полностью гидродинамической смазкой может работать вечно, так как не происходит износа. Однако износ происходит при запуске, так как поддерживающая масляная пленка отсутствует, когда вал находится в состоянии покоя.Таким образом, для вкладышей подшипников предпочтительны мягкие материалы, особенно материалы с низким коэффициентом трения. В некоторых конструкциях используется вспомогательный насос, который нагнетает давление в подшипнике до тех пор, пока вал не начнет производить гидродинамический клин.

На подшипники скольжения

влияет несоосность подшипника и вала, поскольку его присутствие препятствует образованию пленки жидкости.

Выбор подшипника скольжения или качения

Подшипники скольжения

обычно имеют более низкую начальную стоимость, чем подшипники качения.Эта экономия может быть компенсирована, если необходимо использовать внешнее оборудование, такое как нагнетательные насосы. Подшипники скольжения требуют меньшего радиального пространства, чем подшипники качения, но требуют большей длины в осевом направлении.

Подшипники скольжения

более устойчивы к ударам и перегрузкам, чем шариковые и роликовые подшипники. Они также менее подвержены утомлению. Они могут работать тише, чем подшипники качения, особенно когда подшипники качения начинают изнашиваться. Кроме того, поскольку масло разделяет шейку и подшипник, грязь и другие частицы меньше влияют на работу подшипника скольжения.

Подшипники качения из-за их низкого пускового трения являются предпочтительным выбором для прерывистых режимов работы и в холодных условиях. Они гораздо лучше приспособлены к устранению перекосов между валом и подшипником с помощью самоустанавливающихся конструкций, позволяющих увеличить эту способность.

Несмотря на то, что существуют опорные подшипники, которые могут воспринимать осевые нагрузки, подшипники качения могут быть спроектированы для совместной работы с радиальными и осевыми силами.

Изношенные опорные подшипники часто требуют повторной обработки и восстановления поверхности шейки.Подшипники качения обычно можно заменять целиком.

Например, когда-то в железнодорожных вагонах использовались опорные подшипники на осях колес. К подшипнику прилагалась одинаковая нагрузка независимо от того, двигалась машина или стояла неподвижно. Часто для движения поезда требовалось несколько локомотивов, в то время как одного было достаточно, чтобы он продолжал движение. Подшипники качения практически полностью заменены опорными подшипниками на осях железнодорожных вагонов.

С другой стороны, если рассматривать нагрузку в двигателе внутреннего сгорания, использование опорных подшипников для коленчатого вала, шатунов и т. Д.имеет полный смысл. При запуске существуют только силы проворачивания. Но когда начинается горение, валы набирают скорость, и теперь гидродинамические подшипники способны успешно выдерживать повышенные силы, действующие на них.

Сводка

В этой статье кратко обсуждаются различия между подшипниками скольжения и подшипниками качения. Для получения дополнительной информации о дополнительных продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Подшипники прочие изделия

Больше товаров от Machinery, Tools & Supplies

Что такое подшипник скольжения

Подшипники скольжения

(более известные как подшипники скольжения или подшипники скольжения) имеют вал (шейку), который вращается в опорной втулке или корпусе. В этих подшипниках нет тела качения. Их конструкция и конструкция относительно просты, но эксплуатация может быть довольно сложной.

Вал в опорном подшипнике вращается в кожухе из изогнутых шайб.Каждая шайба может вращаться независимо, чтобы соответствовать кривизне вала. Преимуществом этой конструкции является более точное выравнивание вкладыша подшипника относительно вращающегося вала и, как следствие, повышение устойчивости вала. Помимо конструкции, еще одним фактором, влияющим на работу, является смазка.

Смазка подшипников скольжения

Смазка

(масло и консистентная смазка) образует пленку между контактными поверхностями движущихся элементов для уменьшения трения и рассеивания тепла.Подвижные элементы, включая пальцы и втулки, могут быть полностью смазанными, полусмазанными (или сухими). Масла используются в опорных подшипниках, когда требуется охлаждение или когда необходимо вымыть загрязнения из подшипника.

Скоростные опорные подшипники всегда смазываются маслом, а не консистентной смазкой. Масло в подшипник подается нагнетательным насосом. Канавки вкладыша подшипника используются для распределения масла по опорным поверхностям. Давайте посмотрим, как смазка влияет на работу подвижных элементов опорных подшипников.

Полная смазка

Гидростатический домкрат, создаваемый путем подачи масла под внешним давлением, может использоваться для подъема больших тяжелых шарниров перед вращением вала. При нормальной работе вал вращается с достаточной скоростью, чтобы протолкнуть масло между изогнутыми поверхностями вала и корпуса, тем самым образуя масляный клин и гидродинамическую масляную пленку.

Этот гидродинамический слой жидкости позволяет подшипникам выдерживать чрезвычайно высокие нагрузки и работать с высокими частотами вращения.Обычные рабочие скорости колеблются от 175 до 250 метров в секунду. Вращающийся вал не центрируется в вкладыши подшипника при нормальной работе. Это расстояние смещения является эксцентриситетом подшипника и создает уникальное место для минимальной толщины масляной пленки.

Полусмазка

Когда подшипник включает в себя тихоходные втулки, вал, который он поддерживает, и втулка не вращаются полностью. Частичное вращение движущихся элементов на низкой скорости предотвращает образование сплошной пленки жидкости.Это приводит к контакту металл-металл (для получения дополнительной информации прокрутите вниз) в подшипнике. Эти типы подшипников обычно смазываются консистентной смазкой для высокого давления, которая помогает выдерживать нагрузку.

Смазка содержит твердый дисульфид молибдена для увеличения несущей способности смазки. Многие виды оборудования для наружного строительства и горнодобывающей промышленности включают в себя пальцы и втулки. Следовательно, ударные нагрузки, а также загрязнение водой и грязью часто являются основными соображениями при их смазке.

Сухой подшипник скольжения

Сухие опорные подшипники состоят из вала, вращающегося в сухой втулке, обычно из полимера, который можно смешивать с твердыми частицами, такими как молибден, графит, ПТФЭ или нейлон. Эти подшипники предназначены только для небольших нагрузок с низкой поверхностной скоростью. Без смазки механизм не выдерживает экстремальных нагрузок.

Ниже приведено подробное видео, показывающее систему смазки в опорном подшипнике.

Введение в подшипники скольжения, KTU Web

Контакт металл-металл объяснен

Подшипники скольжения работают в предельном режиме (контакт металл-металл) только во время пуска и останова оборудования, когда частота вращения вала (шейки) недостаточна для образования масляной пленки.Именно во время пуска и останова происходят почти все поломки подшипников.

Толщина масляной пленки между контактными поверхностями

Помимо покрытия смазкой важна также минимальная толщина масляной пленки. Показывает динамический рабочий зазор подшипника. Толщина масляной пленки и динамический зазор полезны при определении требований к фильтрации и чистоте поверхности металла. Минимальная толщина при эксплуатации обычно от 1 до 300 микрон.От 5 до 75 микрон чаще встречается в промышленном оборудовании среднего размера. Толщина больше в оборудовании с валом большего диаметра.

:: Подробнее: подшипники скольжения — очень важные компоненты!

Oil Vortex

Масляный вихрь — это явление, которое может возникать в высокоскоростных опорных подшипниках, когда положение вала внутри корпуса становится нестабильным, и вал продолжает менять свое положение во время нормальной работы из-за сил жидкости, возникающих в подшипнике.Масляные завихрения можно уменьшить, увеличив нагрузку или изменив вязкость, температуру или давление масла в подшипнике.

Постоянное решение может включать новый подшипник с другим зазором или конструкцией. Вытекание масла происходит, когда частота вращения масла совпадает с собственной частотой системы. Результатом может стать катастрофический отказ.

Давление между контактными поверхностями

Давление в зоне контакта радиальных подшипников намного ниже, чем в подшипниках качения.Это связано с большей площадью контакта, создаваемой совпадающими поверхностями цапфы и оболочки. Среднее давление определяется силой на единицу площади или делением веса / нагрузки на приблизительную площадь нагрузки подшипника.

При низких давлениях вязкость масла в зоне контакта подшипника не увеличивается. Подшипники для автомобилей и промышленных приложений с высокими напряжениями имеют среднее давление от 20 до 35 МПа. На этих уровнях вязкость немного увеличивается, и максимальное возникающее давление обычно примерно вдвое превышает среднее значение до максимального примерно 70 МПа.

Другие особенности подшипников скольжения

Радиальные подшипники представляют собой опорные подшипники, которые включают в себя втулку, скольжение, вкладыш и баббитовый подшипник. Термин «баббит» относится к слоям более мягких металлов (свинец, олово и медь), которые составляют металлическую контактную поверхность вкладыша подшипника. Эти металлы добавляют к более прочному стальному вкладышу подшипника и смягчают его перед более твердым вращающимся валом.

IMTS Выставка

IMTS собрала мировых производителей подшипников на этой онлайн-платформе.Просмотрите и найдите своего следующего поставщика вместе с нами.

Если у вас возникнут трудности, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Быстрая ссылка на поставщиков

Коррозионное повреждение шейки вала | Форумы по обслуживанию AMP

Описание двигателя / подшипника
Это большой двигатель 1800 с горизонтальным подшипником скольжения
Подшипники имеют диаметр 4,5 дюйма и длину 4,25 дюйма. Ротор составляет 4000 фунтов. Номинальный зазор 0,007 дюйма. Масло VG32
Я рассчитываю нагрузку как 4000 / (2 * 4.5 * 4,25) ~ 105 фунтов на квадратный дюйм (на основе расчетной площади, без учета небольшого уменьшения площади из-за распределительной канавки, которая проходит на один дюйм вниз от линии разделения на обеих сторонах нижней половины подшипника)

Каждый подшипник представляет собой разъемный тип с распределительные канавки на нижней половине разделительной линии и имеют 2 маслосъемных кольца и резервуар на 2,5 галлона.

Ротор был новым в 2008 году … цапфы ни разу не подвергались механической обработке / гальванике / ремонту.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ : Оба подшипника двигателя непреднамеренно подвергались воздействию влажной среды (вода в масле) в течение некоторого времени, пока двигатель не работал, что привело к повреждению шейки вала.

ОПЦИИ :
A — снимите ротор двигателя для ремонта вала
OR
B — Проведите тест / осмотр / анализ, чтобы определить, можно ли считать двигатель надежным до следующей возможности проверки подшипника (скажем, один год) без устранения неисправности.

Наблюдения:
Перед фотографиями цапфа подвесного вала была полностью сглажена, чтобы удалить выступы, с использованием ткани эмори, а внутренняя часть — частично сглажена.
Есть ямы (предположительно из-за коррозии), где масляные кольца сидели на валу, а также на линии разделения подшипника (больше не в горизонтальном положении после вращения вала).Вы можете легко почувствовать шероховатость в этих областях подушечкой пальца (не нужно использовать ноготь). Есть одна яма больше, чем остальные, показанные в приложении.

Предварительная проверка:
Все выступающие точки были / будут удалены перед запуском.
Общая площадь поверхности ямок составляет небольшую часть общей площади подшипников (намного меньше 10%).
Повреждение полностью состоит из точечной коррозии (а не бороздок / царапин), поэтому я не думаю, что это существенно повлияет на распределение давления.
Подшипник имеет такие размеры, что нагрузка на единицу площади мала (~ 100 фунтов на квадратный дюйм, упомянутые выше).
Исторические тенденции показывают, что длина подшипников составляет 135F или меньше … большой запас по температуре.

Требуется дополнительная проверка:
Будет проведен несвязанный ход — 4 часа.
Мы будем контролировать температуру подшипников, температуру слива масла и вибрацию корпуса во время работы без сцепления.

Вопросы:
* Предвидите ли вы какие-либо опасения по поводу дальнейшего повреждения во время работы без сцепления, если машина будет выключена из-за каких-либо необычных скачков температуры или вибрации.
* Если предположить, что результаты несвязанного хода нормальные, можно ли назвать подшипник надежным? (Помните, что нагрузка во время несвязанного хода примерно такая же, как и во время работы, при отсутствии перекоса).
* Как насчет того, если бы после разобщенного пробега был проведен еще один осмотр подшипника, вы бы тогда объявили подшипник надежным?
* Вы бы порекомендовали провести дальнейшие испытания / осмотр или все же порекомендовали бы немедленный ремонт?

Прогнозирование кавитации в подшипниках скольжения

Подшипники скольжения — это смазанные компоненты, которые поддерживают вращающийся вал.Кавитация влияет на характеристики этих подшипников и должна учитываться на этапе проектирования. Здесь я объясню, что такое опорные подшипники и почему важно прогнозировать кавитацию, а также поделюсь с вами отраслевым примером.

Что такое подшипники скольжения?

Подшипники скольжения

обычно используются для поддержки вращающегося вала. Они состоят из двух частей: вала (или шейки), вращающегося в неподвижном подшипнике. Чтобы уменьшить трение и износ между неподвижным подшипником и вращающимся валом, тонкий зазор между этими двумя частями заполняется вязкой жидкостью, например маслом, что позволяет избежать контакта поверхности с поверхностью.Эта смазка также гасит нежелательные механические колебания. Этот тонкий слой жидкости называется смазочным слоем . Его толщина в идеале составляет от тысячных до сотых миллиметра.

О кавитации

Из-за нагрузок, прилагаемых к подшипнику и валу, толщина смазочного слоя непостоянна, как и давление потока. Когда давление потока падает ниже давления окружающей среды, воздух и другие газы, растворенные в смазке, высвобождаются.Это явление, характерное для нагруженных подшипников, известно как кавитация или газовая кавитация .

Схема опорного подшипника.

В некоторых случаях, связанных с высокочастотными переменными нагрузками, например, в двигателях внутреннего сгорания, давление может упасть ниже давления паров масла (которое ниже давления окружающей среды). В этом случае пузырьки образуются в результате быстрого испарения / кипения масла. Это явление известно как паровая кавитация .

Возможность прогнозирования начала и степени кавитации в смазочном слое важна по двум основным причинам:

1. Начало и степень газовой кавитации в опорном подшипнике определяет нагрузку, которая может быть приложена к подшипнику.
2. Взрыв пузырьков паровой кавитации вызывает серьезные повреждения шейки и опорных поверхностей.

Прогнозирование кавитации

Давление смазки можно рассчитать по уравнению Рейнольдса.Это уравнение не решается в трехмерной области жидкости между подшипником и валом, а вместо этого решается на двумерной поверхности внутри зазора.

Следовательно, зазор между валом и подшипником не представлен в геометрии, где две части находятся в контакте. Такой подход «более низкого измерения» резко снижает как использование ЦП, так и нагрузку на память во время разрешения модели. В программе моделирования COMSOL Multiphysics уравнение Рейнольдса было изменено для учета эффектов газовой кавитации.

В этом руководстве из нашей галереи моделей прогнозируется возникновение и степень кавитации в смазочном слое опорного подшипника. Цвет представляет массовую долю смазки в области кавитации. Белый контур показывает очертание области кавитации. (Для этой модели требуется COMSOL Multiphysics и модуль CFD.)

Промышленный пример: динамика роторов на гидродинамических подшипниках

На конференции COMSOL 2013 в Роттердаме Роб Элинг из Mitsubishi Turbocharger & Engine Europe представил свою работу, в которой он использовал COMSOL Multiphysics и физический интерфейс тонкой пленки для оценки риска нестабильности ротора, вызванного взаимодействием между ротором и подшипниками в турбокомпрессоре. .

Изображение предоставлено: Р. Элинг, Mitsubishi Turbocharger & Engine Europe, Алмере, Нидерланды.

Этот в высшей степени нелинейный анализ включает два основных компонента:

1. Гибкий вал (показан серым на приведенном выше графике), соединяющий обе стороны турбокомпрессора.
2. Два отдельных гидродинамических подшипника (показаны цветами на графике выше).

Совместный анализ этой проблемы позволяет прогнозировать следующие критические критерии эффективности:

• Устойчивость ротора для обеспечения безопасной работы при любых условиях нагрузки.
• Реакция ротора на несбалансированные нагрузки для предотвращения износа и шума.
• Потери на трение в подшипниках.

Из-за сложности модели проблема решалась в три этапа.

Шаг 1

На первом этапе был проведен анализ динамики ротора (т.е. проблема структурной механики без учета подшипников):

Изображение предоставлено: Р. Элинг, Mitsubishi Turbocharger & Engine Europe, Алмере, Нидерланды.

Шаг 2

На втором этапе он провел анализ гидродинамических подшипников:

Изображение предоставлено: Р. Элинг, Mitsubishi Turbocharger & Engine Europe, Алмере, Нидерланды.

Шаг 3

Наконец, он провел анализ сопряженной системы подшипников ротора:

Изображение предоставлено: Р. Элинг, Mitsubishi Turbocharger & Engine Europe, Алмере, Нидерланды.

Eling провел симуляции во всем рабочем диапазоне и показал наличие многих интересных — и потенциально опасных! — самоиндуцированные колебания системы из-за взаимодействия жидкости и конструкции между ротором и подшипниками.

Дополнительные ресурсы

Дополнительную информацию об исследованиях, представленных здесь, можно найти в статье Элинга «Динамика роторов на гидродинамических подшипниках», представленной на конференции COMSOL 2013 в Роттердаме. Если у вас есть какие-либо вопросы, обратитесь в местную службу технической поддержки.

Смазочные материалы | Бесплатный полнотекстовый | О характеристиках несоосных подшипников скольжения

Относительное движение скольжения или сжатия между двумя поверхностями, разделенными тонкой пленкой жидкости, приводит к возникновению гидродинамического давления и несущей способности.Это называется гидродинамической смазкой. Среди всех типов подшипников наиболее распространенными являются радиально нагруженные гидродинамические опорные подшипники. Они используются для опоры вращающихся валов в таких машинах, как компрессоры, турбогенераторы, насосы, двигатели внутреннего сгорания и т. Д. В идеале оси вала и втулки параллельны при установке и остаются таковыми во время работы под приложенной нагрузкой и скорость. Тем не менее на практике это идеальное состояние существует редко, и вал имеет тенденцию испытывать некоторую несоосность при вращении внутри своей втулки.Основным эффектом является значительное уменьшение минимальной толщины смазочной пленки, которая защищает поверхности от прямого контакта.

Известно, что несоосность отрицательно сказывается на устойчивых характеристиках опорного подшипника. Однако общая характеристика поведения смещенных подшипников очень сложна. Цель этой статьи — изучить современное состояние проблемы смещения подшипников журналов и направить заинтересованных читателей к соответствующим публикациям.

1.2. Толщина пленки

Наиболее важным эффектом несоосности подшипника является резкое изменение толщины защитной пленки как в окружном, так и в осевом направлениях. Следовательно, уравнение Рейнольдса следует модифицировать, чтобы разрешить изменение толщины пленки в обоих направлениях. Это необходимо тщательно учитывать при анализе.

На рис. 1 показана схематическая геометрия смещенной системы подшипников скольжения. Ссылаясь на рисунок 1, толщина пленки опорного подшипника с учетом несоосности может быть выражена как:

h = C + eocos (θ − φo) + e ′ (zL − 12) cos (θ − α − φo)

.

(1)

где C — зазор, R — радиус шейки, L — ширина подшипника, φ _o — угол наклона между вертикальной линией (ось Y) и линией центров (ось Y ‘), а e _o — эксцентриситет в средней плоскости подшипника.Параметр e ′ — величина проекции оси смещенной шейки на среднюю плоскость подшипника. Угол смещения α — это угол между линией центров и задним центром смещенной шейки (см. Рисунок 1). Коэффициент эксцентриситета несоосности равен ε ′ = e ′ / C = DMε′max, где DM — степень рассогласования по значению от 0 до 1. ε′max максимально возможное ε ′ [1]. Положение шейки определяется с помощью коэффициента эксцентриситета и угла установки в средней плоскости, а также двух важных параметров, степени смещения D _M и угла смещения α, определяющих степень и направление смещения.

Рисунок 1. Номенклатура смещенного опорного подшипника.

Рисунок 1. Номенклатура смещенного опорного подшипника.

1,3. Поле давления

Обобщенное уравнение Рейнольдса с учетом изменения вязкости по толщине пленки используется для прогнозирования профиля давления. Основываясь на предположении, что осевым перемещением шейки пренебрегают, втулка неподвижна, а плотность остается постоянной по толщине пленки, обобщенное уравнение Рейнольдса имеет следующий вид:

∂∂x [ρF2 (∂P∂x)] + ∂∂z [ρF2 (∂P∂z)] = ∂∂x [ρus (h − F1F0)] + ∂∂t (ρh)

(2)

куда

F0 = ∫0h2ηdy F1 = ∫0hyηdy и F2 = ∫0h [1η (y2 − F1F0y)] dy

(3)

Для стационарного состояния последний член в уравнении (2) исчезает.Граничные условия:

P = PS подача в канавке P = Pambient на обоих концах ∂P∂θ = 0 и P = P кавитация при θ = θ кавитация

(4)

Третье граничное условие представляет собой граничное условие Свифта-Штибера, которое может быть легко использовано в численной схеме. Однако это граничное условие не удовлетворяет уравнению неразрывности вблизи границы кавитации. Хотя этого набора граничных условий обычно достаточно для идеально выровненных, устойчиво нагруженных подшипников, их использование становится сомнительным, когда речь идет о смещенных подшипниках, из-за осложнений, связанных с кавитацией.Это требует реализации более реалистичного граничного условия кавитации, известного как условие Якобссона-Флоберга-Ольссона (JFO).

Для реализации граничных условий JFO Элрод [2] ввел новый параметр, называемый фракционным содержанием пленки, Θ = ρ / ρc, сформулировано соответствующее давление P = Pc + β lnΘ, и получил форму уравнения Рейнольдса, где неизвестным является фракционное содержание пленки вместо давления. Результатом является консервативная по массе форма уравнения Рейнольдса, которая принимает следующий вид:

∂∂x [gβF2 (∂Θ∂x)] + ∂∂z [gβF2 (∂Θ∂z)] = ∂∂x [uSΘ (h − F1F0)] + ∂∂t (Θh)

(5)

где ρ _c — плотность жидкости при кавитационном давлении. Pc, β — модуль объемной упругости, а u _s — скорость вала.Функция переключения кавитации g (Θ) равна нулю внутри кавитации и единице в другом месте.

g = 0, когда <1g = 1, когда ≥1

(6)

Уравнение (5) удовлетворяет условиям давления во всей области пленки и кавитации, а также автоматически реализует разрыв и преобразование пленки. Члены потока, вызванные давлением, существуют во всей области и исчезают в области кавитации. Следовательно, в области полной пленки уравнение Рейнольдса представляет собой эллиптическое уравнение в частных производных, и член сдвигового потока (истоковый член) должен иметь центральную разность.В области кавитации уравнение Рейнольдса является гиперболическим, и для определения сдвигового потока следует использовать разность против ветра. Элрод [2] модифицировал конечно-разностные выражения, чтобы учесть изменение толщины пленки в осевом направлении. Массово-консервативный алгоритм кавитации Элрода широко используется во многих исследованиях. Однако этот алгоритм кавитации подвержен численной нестабильности во многих случаях, когда функция переключения меняет свое значение от 0 до 1 вблизи границы кавитации во время итераций.Так называемый p-Θ формулировка Элрода и Адамса [3] снижает числовую нестабильность, так как функция переключения не используется в этой формуле. На рисунке 2 показаны типичные изотермические распределения давления смещенного подшипника скольжения с учетом алгоритма кавитации Элрода. На рис. 2а показан выровненный опорный подшипник, поскольку D _M = 0 и, следовательно, максимальное давление находится в средней плоскости, а давление симметрично относительно средней плоскости. При D _M = 0,6 четко видно, что максимальное давление смещено в задний конец.На положение максимального давления влияет ориентация смещения, то есть угол смещения α. Максимальное давление больше, чем у выровненного подшипника из-за несоосности. Кроме того, увеличение степени несоосности (D _M = 0,88 и 0,9) дает два пика давления в осевом направлении около обоих концов.

Рисунок 2. Изотермические давления смещенного подшипника скольжения при N = 3000 об / мин, ε = 0,6, Ʌ = 1 и α = 90 ° ( a ) при степени смещения D _M = 0; ( b ) D _M = 0.6; ( c ) D _M = 0,8; ( d ) D _M = 0,9.

Рисунок 2. Изотермические давления смещенного подшипника скольжения при N = 3000 об / мин, ε = 0,6, Ʌ = 1 и α = 90 ° ( a ) при степени смещения D _M = 0; ( b ) D _M = 0,6; ( c ) D _M = 0,8; ( d ) D _M = 0,9.

1,4. Температурное поле

В связи с недавней тенденцией к ограничению конструкции ожидается, что подшипники будут удовлетворительно работать при более высоких нагрузках и скоростях.По мере того, как рабочий диапазон подшипников исчерпывается, тепловые эффекты становятся основным узким местом, которое необходимо учитывать на этапе проектирования. На практике это представляет собой серьезную проблему, поскольку смещение подшипников практически неизбежно. В тяжелых условиях эксплуатации выделяется значительное количество тепла, которое необходимо должным образом отводить, в противном случае подшипники могут выйти из строя. Втулки многих подшипников турбин покрыты защитным мягким металлом, например, баббитом. Известно, что баббит подвергается пластическому течению при 150 ° C [4,5,6] под давлением.Это напрямую связано с максимальной температурой подшипника. При смещении подшипника максимальная температура подшипника становится более жесткой. Высокие температуры, ведущие к истиранию, возможны также при наличии задиров [7]. С этой целью особенно важно разработать методы, позволяющие реалистично прогнозировать максимальную температуру подшипника, параметр, который, как известно, является важным параметром конструкции [6,8,9]. Максимальная температура увеличивается с увеличением степени несоосности.В то время как в центрированных опорных подшипниках с неподвижной нагрузкой максимальная температура возникает в средней плоскости подшипника вблизи минимальной толщины пленки, ситуация в несовмещенных подшипниках иная: точка максимальной температуры смещается от центральной плоскости. Обширные экспериментальные испытания выровненных подшипников ясно показывают, что температура вала одинакова по окружности и в значительной степени в осевом направлении [10], так что вращающийся вал практически можно рассматривать как изотермический элемент.Это экспериментальное наблюдение фактически использовалось в качестве граничного условия для аналитического прогнозирования температуры выровненного вала с большой точностью по сравнению с экспериментальными измерениями. В идеально выровненном, стационарно нагруженном подшипнике двухмерный анализ теплопередачи обычно дает удовлетворительные результаты, поскольку термогидродинамический анализ показывает, что, действительно, прогнозы близко совпадают с экспериментальными результатами. Заинтересованный читатель может обратиться к анализу [6,8,11,12,13,14,15], где показано сравнение с экспериментальными результатами ссылок [16,17,18] для проверки предсказаний.Эти анализы также предоставляют обобщенную процедуру для прогнозирования эффективной и максимальной температуры подшипника, как указано в справочных материалах [9,19,20]. Для динамически нагруженных подшипников двигателя Allmaier et al. [21] обнаружил, что только около 10% тепла попадает в цапфу или опорную конструкцию, и считает двумерное решение надежным. В отличие от этого, в подшипнике с перекосом температура шейки значительно изменяется в осевом направлении. Соответственно, тепло поступает во втулку не только радиально, но также по окружности и в осевом направлении.В случае смещенного подшипника обширное моделирование показывает, что давление, температура и кавитационное поле могут быть существенно изменены [22]. Отсюда следует, что полное рассмотрение трехмерной теплопередачи необходимо для точного определения теплового поля в смещенном подшипнике. Как мы обсудим позже в этой статье, результаты многих отчетов свидетельствуют о том, что температура на границе раздела втулка-масло увеличивается с увеличением несоосности при всех значениях нагрузки, и что она значительно варьируется как в окружном, так и в осевом направлениях.Анализ, который полностью учитывает тепловое поле жидкости и твердого тела с нелинейной связью уравнения Рейнольдса и энергии через зависимость вязкость-температура (например, µ = µ * e ^{(T − T * )} , где T * и μ * — эталонная температура и соответствующая ей вязкость), известный как термогидродинамический (THD) анализ. Анализ THD почти всегда требует численной обработки уравнений в частных производных с использованием либо методов конечных разностей [8,11,23,24,25], либо методов конечных элементов [26].Если давление и / или температурное поле становятся достаточно серьезными, чтобы гарантировать учет деформации поверхностей из-за нагрузки или теплового расширения, тогда в игру вступают и уравнения упругости. Эти задачи относятся к категории термоэластогидродинамического (ТЭГД) анализа [6,27,28,29].

Термогидродинамическая формула (THD) включает обработку уравнения энергии для получения профиля температуры в жидкой пленке.

ρ c (u∂ T∂ x + v∂ T∂ y + w∂ T∂ z) = ∂∂ x (k∂ T∂ x) + ∂∂ y (k∂ T∂ y) + ∂∂ z (k∂ T∂ z) + η [(∂ u∂ y) 2+ (∂ w∂ y) 2]

(7)

Член в левой части представляет собой энергию, переносимую конвекцией.Члены в правой части — это теплопроводность и рассеивание соответственно. Члены проводимости в осевом и окружном направлениях пренебрежимо малы по сравнению с проводимостью через пленку для небольшого зазора. Для большинства обычных смазочных материалов вязкость экспоненциально уменьшается с повышением температуры. Связь между вязкостью и температурой связывает уравнение Рейнольдса и уравнение энергии.

Температурное поле во втулке и цапфе можно вычислить, решив уравнение теплопроводности в цилиндрических координатах.

ρIcIωI∂TI∂θ = kI (∂2TI∂rI2 + 1rB∂TI∂rI + 1rI2∂2TI∂θ2 + ∂2TI∂zI2)

(8)

где индекс I обозначает куст или журнал. Параметр ωI — это скорость вращения, а скорость вращения втулки обычно равна нулю. На границах раздела применяется условие, требующее непрерывности теплового потока. Когда существует перекос, температурное поле подшипника перестает быть симметричным относительно средней плоскости, и тепловой поток в валу усложняется. Соответствующая обработка теплопроводности во вращающемся валу необходима для определения температурного поля в несоосном подшипнике.Температурное поле во втулке и цапфе можно вычислить, решив уравнение теплопроводности в цилиндрических координатах.

ρIcIωI∂TI∂θ = kI (∂2TI∂rI2 + 1rB∂TI∂rI + 1rI2∂2TI∂θ2 + ∂2TI∂zI2)

(9)

где индекс I обозначает куст или журнал. Параметр ωI — это скорость вращения, а скорость вращения втулки обычно равна нулю. На границах раздела применяется условие, требующее непрерывности теплового потока. Когда существует перекос, температурное поле подшипника перестает быть симметричным относительно средней плоскости, и тепловой поток в валу усложняется.Соответствующая обработка теплопроводности во вращающемся валу необходима для определения температурного поля в несооснанном подшипнике. Блок-схема решения THD несовместимого подшипника показана на рисунке 3. Она показывает, что поле давления и поле температуры взаимосвязаны. Обычно существует 4 неизвестных: угол наклона, коэффициент эксцентриситета, степень смещения и угол смещения. Угол наклона и коэффициент эксцентриситета можно определить по вектору нагрузки, а степень смещения и угол смещения можно определить по вектору момента.Ошибка между двумя последовательными итерациями может быть вычислена с помощью следующего выражения

EΨ = 1N∑i = 1NΨnow − ΨoldΨnow

(10)

куда EΨ это ошибка, Ψ может быть температура или фракционное содержание пленки, которое необходимо решить, а N — общее количество узлов.

Рисунок 3. Блок-схема термогидродинамического (THD) решения смещенного подшипника.

Рисунок 3. Блок-схема термогидродинамического (THD) решения смещенного подшипника.