Типы подшипников
Подшипники подразделяются на две основные группы - подшипники скольжения и антифрикционные подшипники. В дизелях применяются подшипники обоих типов (Рисунок. 17.1). Подшипниками скольжения являются подшипники коленвала (коренные и шатунные), распредвала, вала топливного насоса впрыска, валиков коромысел, вала турбокомпрессора, генератора и др. Применение антифрикционных подшипников ограничено (подшипники крыльчатки вентилятора, насос охлаждающей жидкости, регуляторы, направляющий подшипник маховика и др.).
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216498.jpg)
17.1. Типовые подшипники, используемые в дизелях
Структура подшипников скольжения
Основу подшипника скольжения составляет стальная обойма, на которую нанесен более мягкий материал для повышения поглощения абразивных частиц и прилегания трущихся элементов (рисунок 17.2).
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216499.jpg)
17.2. Структура подшипника скольжения: 1. Связывающий подслой для нанесения никеля; 2. Стальная основа; 3. Подслой из алюминиевого сплава; 4. Оловянно-свинцовое покрытие
Наибольшее применение получили подшипники со стальной основой, на которую нанесен бронзовый слой со свинцовым, оловянным или индиевым наружным покрытием. Широко применяются также подшипники со стальной основой и многослойной медно-свинцовой структурой (на подшипник наносится свинцово- оловянное покрытие) или подшипники со стальной основой и спеченной медно-никелевой структурой, на которую нанесено покрытие из свинцового сплава. Применяются также подшипники со стальной основой и спеченным подслоем из медного сплава, барьерным слоем и оловянным покрытием и другие подшипники, в которых также используется стальная основа, подслой из различных сплавов (например, натриево-алюминиевого) со свинцовым или оловянным покрытием.
Внимание! В большинстве подшипников для лучшего сцепления с наружным покрытием на подслой наносится тонкая пленка меди или никеля.
Подшипник скольжения (например, вкладыш шейки коленвала) удерживается по месту с помощью специальных ушек, которые заходят в углубление удерживающей оснастки (Рисунок. 17.3). Диаметр разъемной части подшипника скольжения обычно несколько превышает размер отверстия, в которое подшипник устанавливается (на 0,125-0,75 мм, в зависимости от размера подшипника и его конструкции). Деформация подшипника при затягивании крышек корпуса не превышает 0,006 мм. При недостаточной деформации подшипник может провернуться, что приведет к усиленному износу вала.
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216500.jpg)
17.3. Подшипник коренной шейки коленвала: 1. Кромка подшипника; 2. Верхний вкладыш; 3. Смазочная канавка; 4. Смазочное отверстие; 5. Нижний вкладыш; 6. Выступ; 7. Кромка; 8. Тыльная поверхность
Таблица 17.1. Материалы, применяемые в подшипниках и их свойства
Свойство | Основа 100%-сталь | Подслой (75% меди и 25% свинца) | Покрытие (90% свинца и 10% олова) | 100% алюминий |
Усталостная прочность | высокая | средняя | низкая | высокая |
Сопрягаемость | низкая | средняя | высокая | средняя |
Поглощение абразивных частиц | низкая | средняя | высокая | низкая |
Коррозионная стойкость | высокая | средняя | высокая | высокая |
Понижение трения | низкая | средняя | высокая | низкая |
Термостойкость | высокая | средняя | низкая | высокая |
Подшипники должны обеспечивать необходимый масляный зазор, необходимый для смазки, охлаждения и образования клина, центрирующего смазываемую шейку при вращении (Рисунок. 17.4).
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216501.jpg)
17.4. Масляный клин, образующийся при вращении вала: 1. Подвод масла; 2. Объем, заполненный маслом; 3. Масляный клин
Процессы, происходящие в подшипнике
При остановке двигателя шейка коленвала опирается на нижний вкладыш (рисунок 17.5).
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216502.jpg)
17.5. Неподвижный вал опирается на нижний вкладыш
При вращении вала масло заполняет область, в которой приложена нагрузка. Затем происходит отрыв шейки от вкладыша подшипника из-за образования масляного клина (который формируется молекулами масла). Толщина пленки масла между шейкой и подшипником меняется при вращении шейки вала и зависит от скорости вращения и нагрузки. При больших нагрузках остается лишь монослой молекул на поверхностях подшипника и вала, что может привести к локальному перегреву и заклиниванию двигателя. С этой целью в нижних вкладышах выполнены канавки, равномерно распределяющие масло по поверхностям вала и подшипника при вращении вала.
Причины усиленного износа шатунных и коренных вкладышей
По степени износа этих вкладышей можно судить о состоянии двигателя в целом. Различают следующие причины усиленного износа вкладышей: загрязнение (45%), применение некачественного масла (25%), выход из строя из-за неправильной эксплуатации, или установки подшипников (15%), действие поверхностных реакций (15%).
Нормальный износ подшипников
Нормальный износ как правило обусловлен приработкой подшипника на протяжении первых нескольких часов работы дизеля. На рисунке 17.6 показан вкладыш подшипника грузового автомобиля после 4500 часов работы дизеля. Это типичный нормальный износ. Удален только тонкий свинцово-оловянный слой, под которым обнажается покрытие (медно-никеле-вое или алюминиевое). Максимальный износ имеет место только вблизи центральной части, где диаметр был минимален. Если такой износ обнаруживается на дизелях тягача или гусеничного трактора, проработавшего 2000 часов (или через 170000 км пробега), то он считается ненормальным, обусловленным попаданием грязи в масло.
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216503.jpg)
17.6. Типичный нормальный износ подшипника коленвала
Износ из-за нарушения формы шейки коленвала
На рисунке 17.7 представлен вид типичного износа подшипников коленвала из-за неправильной формы шейки. Конусность, овальность, гантелеобразная форма шейки сильно сокращает срок службы двигателя.
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216504.jpg)
17.7. Ненормальный износ подшипника из-за нарушения формы шейки коленвала: 1. Нормальный профиль шейки; 2. Нормальный износ подшипника; 3. Бочкообразный профиль шейки; 4. Износ подшипника из-за бочкообразного профиля шейки коленвала; 5. Гантелеобразная форма шейки коленвала; 6. Износ подшипника из-за гантелеобразного профиля шейки коленвала; 7. Конусность шейки коленвала; 8. Износ подшипника из-за конусности шейки коленвала
Износ из-за попадания грязи в масло
В процессе эксплуатации в масло попадают частицы, образующиеся в результате износа
движущихся частей, из загрязненного масляного фильтра, из-за некачественной очистки двигателя после расточки или хоннингования. На рисунке 17.8 показан типичный износ в результате попадания в масло посторонних частиц. Глубокие царапины уменьшают теплоотвод от подшипника и ухудшают смазку. Частицы удаленного металла (алюминия) смешиваются с частицами, вызывая локальный перегрев и оплавления свинцового покрытия вкладыша.
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216505.jpg)
17.8. Типичный износ вкладыша из-за попадания в масло посторонних частиц
Износ из-за недостаточного прилегания вкладыша к стенкам сопряженного отверстия или неправильной установки
Этот вид износа обусловлен попаданием частиц между подшипником и стенкой сопряженного отверстия еще при сборке (Рисунок. 17.9). При этом уменьшается зазор в подшипниках, снижается эффективность смазки, что ведет к локальному перегреву вкладыша.
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216506.jpg)
17.9. Повреждение подшипника из-за попадания грязи в зазор с тыльной стороны вкладыша
Результатом выхода вкладыша из строя также является его неправильная установка. На рисунке 17.10 показан вкладыш, который проработал только 2 часа. Причиной выхода из строя явилось не совмещение смазочных отверстий..
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216507.jpg)
17.10. Повреждение подшипника коленвала из-за нарушения совмещения смазочных отверстий
При недостаточной затяжке болтов крышек при сборке посадка вкладышей ослабляется и в результате вкладыш приобретает овальность. Это приводит к повышению трения и ухудшению отвода тепла от подшипника. Тыльная поверхность "ослабленного" вкладыша обычно приобретает глянцевый вид, на ней также обнаруживаются следы фреттинга (коррозии из-за истирания) или износ в местах стыковки вкладышей. Ослабление вкладышей также может быт обусловлено конусностью постели, увеличенным диаметром постели (или крышки) против нормального, деформацией постели или крышки при работе двигателя с перегрузкой.
Неправильная установка крышки шатуна (Рисунок. 17.11) приводит к поломке вкладыша около смазочного отверстия или около утолщенной его части из-за недостаточного усилия сжатия.
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216508.jpg)
17.11. Неправильная установка крышки шатуна
Повреждение вкладышей из-за длительных перегрузок или долгой работы на холостом ходу
Повреждение подшипников коленвала из-за ненормального пуска двигателя
Обычно после пуска двигателя или после работы двигателя на холостом ходу в подшипниках коленвала остается масло. Давление в системе смазки нарастает до необходимого уровня спустя только 15-30 сек после пуска. Если за этот период обороты двигателя превышают 1000 об/мин, то подшипники коленвала остаются практически без смазки и происходит вытирание поверхностного слоя. В результате многократного повторения пуска шатунные подшипники выходят из строя. Чтобы повысить давление масла сразу после пуска на части дизелей устанавливаются насосы предварительной подкачки масла.
![]() 17.12. Износ подшипника из-за недостаточной смазки вследствие пониженного уровня масла | ![]() 17.13. Предварительная смазка дизеля под давлением |
Повреждение подшипников коленвала при пуске холодного двигателя
При низкой температуре масла (ниже -6,6°С) количество остаточного масла в подшипниках снижается. Поэтому, при пуске двигателя те подшипники, которые находятся вдали от смазочных каналов, будут испытывать длительное масляное голодание и быстрее изнашиваться. При низких температурах обороты следует повышать до рабочих только после полного прогрева двигателя. Вязкость масла должна соответствовать сезону эксплуатации. Если масло стекает со щупа, то его вязкость соответствует сезону эксплуатации и его вязкость не скажется на состоянии двигателя, в противном случае дизель перед пуском следует разогреть.
Преждевременный выход подшипников коленвала из строя может быть обусловлен также недостаточным уровнем масла, попаданием в масло охлаждающей жидкости (в этом случае масло приобретает сероватый оттенок или молочную окраску и обнаруживается на щупе), разбавлением масла топливом, попадающим через большой зазор между поршнем и цилиндром в изношенном двигателе. После длительного хранения дизеля (например, после ремонта) следует выполнить смазку под давлением с помощью специального агрегата. Причинами износа подшипников также могут быть нарушение центровки коленвала из-за деформации блока цилиндров, химические и электрохимические реакции (например при использовании блока цилиндров в качестве "массы" при сварочных работах), кавитация (аэрация масляной пленки и разрушение тонкого наружного слоя подшипника).
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216511.jpg)
17.14. Износ подшипников коленвала из-за нарушения центровки коленвала
![]() 17.15. Нарушение центровки коленвала: 1. Центральный коренной подшипник; 2. Осевая линия погнутого коленвала; 3. Осевая линия несдеформированного коленвала | ![]() 17.16. Электрохимическая коррозия вкладыша подшипника коленвала |
![]() 17.17. Химическая коррозия вкладыша подшипника коленвала | ![]() 17.18. Кавитационная коррозия вкладыша подшипника коленвала |
Антифрикционные подшипники (подшипники качения)
Подшипники качения подразделяются на шариковые, цилиндрические роликовые и игольчатые (Рисунок. 17.19). Устройство подшипников показано на рисунках 17.20-17.24. Шарики подшипников изготавливаются из стали с повышенным содержанием хрома, в качестве материала роликов обычно используется углеродистая сталь.
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216516.jpg)
17.19. Подшипники качения: 1. Шариковый; 2. Роликовый; 3. Игольчатый
![]() 17.20. Устройство шарикового подшипника: 1. Наружное кольцо; 2. Шарик; 3. Кромка; 4. Фаска; 5. Внутренняя обойма; 6. Сепаратор; 7. Наружная обойма; 8. Лицевая сторона; 9. Отверстие; 10. Внутреннее кольцо | ![]() 17.21. а) Полузакрытый подшипник, b) Закрытый подшипник: 1. Экран (шайба); 2. Уплотнение |
![]() 17.22. Радиально-упорный роликовый подшипник: 1. Наружное кольцо; 2. Конус; 3. Ролик; 4. Сепаратор; 5. Обойма; 6. Отверстие | ![]() 17.23. Игольчатый подшипник |
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216521.jpg)
17.24. Упорные подшипники: 1. Конусный роликовый; 2. Сферический; 3. Цилиндрический роликовый
Снятие и установка подшипников качения
Для снятия и установки подшипников используются специальные съемники и оправки (Рисунок. 17.25-17.29), так как внутренняя обойма подшипника напрессована на вал. При снятии подшипника не допускается сбивать его молотком, нагревать пламенем горелки.
![]() 17.25. Съемники подшипников качения: 1. Упорная пластина съемника; 2. Шпилька съемника; 3. Вал; 4. Двухлапный съемник; 5. Шестерня; 6. Шпилька съемника; 7. Резьбовой наконечник; 8. Съемник обоймы радиально-упорного подшипника; 9. Ступица или корпус; 10. Кольцо подшипника | ![]() 17.26. Снятие подшипника ударами по оправке |
![]() 17.27. Снятие подшипника на прессе | ![]() 17.28. Установка подшипника с помощью пресса |
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216526.jpg)
17.29. Напрессовка подшипника с помощью оправки
При снятии подшипника силовой элемент съемника должен упираться в обойму.
Наиболее просто подшипник можно установить, предварительно нагрев его до температуры 121°С (Рисунок. 17.30). либо охладить вал. После нагрева (или охлаждения вала) подшипник должен быть установлен незамедлительно.
![](https://autoinstruction.ru/img/_paper/216527.jpg)
17.30. Нагрев подшипника перед установкой на вал: 1. Масляная ванна; 2. Подшипник; 3. Подставки