Влияние величины зазора подшипника на работу двигателя
Зазор подшипника определяется как разность между наружным диаметром коленчатого вала и внутренним диаметром установленного подшипника.
Зазор подшипника определяется как разность между наружным диаметром коленчатого вала и внутренним диаметром установленного подшипника (Рисунок 1).
[Рис. 1] |
ЗАЗОР : C = Di + ΔD - 2w - dw
ДОПУСК : Доп. C = Доп. Di + 2 x Доп. w + Доп. dw
Факторы, влияющие на зазор подшипника
Зазор подшипника зависит от трех факторов: размерного допуска компонента, износа подшипника за время эксплуатации и свойств материалов, из которых изготовлен компонент.
Материалы, из которых изготавливают коленчатый вал, подшипники и картер имеют разные коэффициенты теплового расширения, что может значительно сказаться на зазоре подшипника при высоких и низких температурах. Обычно тугая посадка подшипника приводит к незначительному расширению посадочного гнезда.
Размер и допуски зазора подшипника
Допуск зазора подшипника определяется суммой допусков отдельных частей. Типичные значения допусков в случае с двигателем легкового автомобиля составляют 19 микрон для посадочного гнезда, 19 микрон для диаметра коленчатого вала и 10 микрон для толщины стенки подшипника. На легковых автомобилях также допускается минимальный зазор в 20 микрон для шатунного подшипника и в 25 микрон для коренного подшипника.
Таким образом, получаем зазор от 20 до 78 микрон для шатунного подшипника и от 25 до 83 микрон для коренного подшипника. На Рисунке 2 приведено сравнение минимального зазора шатунного подшипника легкового автомобиля с человеческим волосом. Это подтверждает тот факт, что даже мельчайшие частицы грязи, попавшие в подшипник двигателя, могут вызвать его повреждение.
[Рис. 2] |
Влияние зазора подшипника на работу двигателя
Величина зазора подшипника довольно сильно влияет на работу двигателя. Минимальный зазор обеспечивает хорошую прилегаемость между подшипником и шейкой коленчатого вала. Такая прилегаемость является результатом износа материала в некоторых частях подшипника порядка нескольких микрон. Этот процесс приводит к снижению локального напряжения на слое скольжения, лучшей амортизации ударных нагрузок и снижению износа. Меньший зазор также снижает шумы двигателя. Недостаток маленького зазора заключается в том, что через меньший смазочный зазор проходит меньшее количество масла, т.е. подшипник охлаждается хуже, чем при большем зазоре.
Для улучшения охлаждения подшипников применяется больший зазор. В качестве примера можно привести двигатели спортивных автомобилей, использование большего зазора на которых значительно сокращает срок их эксплуатации. Не стоит и говорить о том, что после каждой гонки двигатели спортивных автомобилей перебирают полностью.
Влияние температуры масла на зазор подшипника
Если картер двигателя и вал изготовлены из одного и того же материала, то по мере роста температуры масла компоненты расширяются равномерно. В этом случае при повышении температуры масла зазор подшипника остается неизменным.
Однако в том случае, если картер изготовлен из алюминия, а вал из стали, ситуация меняется (Рисунок 3). При повышении температуры алюминий расширяется больше стали, поэтому в данном случае с ростом температуры зазор увеличивается. Более того, снижается и тугая посадка. Такое явление можно компенсировать за счет увеличения припуска на длину вкладыша, который необходимо учитывать еще на этапе разработки двигателя.
При крайне низких температурах зазор может уменьшиться даже до нуля, что сделает невозможным запуск двигателя.
[Рис. 3] |
По материалам компании Federal-Mogul