Вкладыш подшипника коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F16C9/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в опорах двигателей внутреннего сгорания.

Известна опора скольжения, содержащая вкладыш с канавкой подвода смазки под давлением на его рабочей поверхности, установленный с возможностью возвратно- вращательного перемещения посредством регулирующего элемента, размещенного в корпусе, и вкладыш выполнен в виде жестко соединенных между собой сегментов.

Недостатком устройства является то, что в условиях пусковых режимоа с увеличивающимися температурами и переменными нагрузками разница в температурных расширениях жестко связанных между собой сегментов снижает надежность опоры скольжения. Кроме того, при большой частоте пусков снижается долговечность.

Известна опора скольжения, содержащая корпус с расположенными в нем износостойким и антифрикционным установленным с возможностью поворота вкладышами, средства для поворота, возврата и ограничения поворота антифрикционного вкладыша вокруг оси, в которой обеспечивается повышение надежности и долговечности путем снижения износа при нестационарных режимах работы за счет изменения фрикционных характеристик поверхности трения при переходе от пускового режима к рабочему. Износ втулки снижается за счет автоматического переключения контакта вала с износостойкой поверхностью на контакт с антифрикционной поверхностью при помощи возвратной пружины и специального устройства.

Недостатком этой опоры скольжения является малая надежность и долговеч ч

00

Јь vj

СП

ность, обусловленная возможными отказами возвратной пружины и специального устройства в условиях частых пусков и переменных по величине и направлению нагрузках.

Наиболее близким по технической сущности и взятый в качестве прототипа к заяв- ляембму является вкладыш подшипника коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, выпблн ённый в виде двух полу- втуло к с К%%1ками на его внутренней по- верхноЪтТС и снабженный двумя устан 1ЙШШ| в канавках разъемными коль амиГвьтолнекными из фторсодержа- щих пластмасс.

Недостатком вышеуказанного вкладыша подшипника является низкая надежность и долговечность при использовании этого вкладыша в пусковых режимах двигателя внутреннего сгорания, сопровождающихся увеличением температуры. При нерациональном подборе размеров и материала вкладыша и разъемных колец колебания температуры масла вызывают либо интенсивный износ колец, либо появление зазора между ними и валом.

Целью изобретения является повышения надежности и долговечности путем снижения износа при пусковых режимах.

Поставленная цель достигается тем, что во вкладыше подшипника коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, состоящего из двух полувкладышей с канавкой на его внутренней поверхности и с размещенной в канавке вставкой, вставка установлена в на- иболее нагруженной зоне и выполнена в виде антифрикционного сегмента, толщина которого д0 и глубина канавки А 0 выбраны из соотношения:

1+«д(Тр

Т+аДТр

Jo)

3

где сьи ay- коэффициенты линейного расширения материалов полувкладыша и анти- фрикционного сегмента;

Тр и Т0 - рабочая и монтажная температуры вкладыша подшипника.

Установка вставки в наиболее нагруженной зоне и выполнение ее в виде анти- фрикционного сегмента в соответствии с заявляемым соотношением толщины сегмента и глубины канавки приводит к повышению надежности и долговечности за счет увеличения минимальной толщины смазоч- ного слоя hmin в подшипнике, поскольку действующая внешняя нагрузка уравновешивается силами давления смазочного слоя при меньшей величине эксцен0

5

0

5

0

5

0

5

0 5

триситета расположения вала в подшипнике, что следует из основных положений гидродинамической теории смазки и подтверждено специальными экспериментами. Например, сравнительные испытания подшипника со сплошной кольцевой канавкой и с канавкой нулевой глубины в наиболее нагруженной зоне показали увеличение hmin в 2,5 раза. Это обусловлено затруднений вытекания смазки из наиболее нагруженной зоны при гидродинамическом режиме, т.е. при рабочем режиме, характеризующимся высокой температурой и скоростями скольжения.

Нулевая глубина канавки формируется именно & том случае, когда толщина д0 сегмента и А о глубина канавки связаны между собой заявляемым соотношением, при этом величина А0 задана заранее.

По известной величине АО согласно заявляемой формуле определяется толщина сегмента д0так, чтобы величина And при Тр были равны, т.е.

Д До + ДойдОр -То) 5 30 й/СГр -Т0) ,

откуда/ч

30 +сл0Р -T°)-ll+ao(TP-To)J

Если толщина сегмента будет меньше, чем величина 50 в заявляемом соотношении, то при работе подшипника канавка в наиболее нагруженной зоне не будет иметь нулевую глубину и относительный эксцентриситет расположения вращающегося вала в подшипнике, а, следовательно, и минимальная толщина смазочного слоя будет меньше, чем hmin в случае канавки нулевой глубины, что снижает надежность работы подшипника установленного в двигателе внутреннего сгорания при пусковых режимах. Если толщина сегмента будет больше, чем 50 в заявляемом соотношении, то при разогреве подшипника сегмент будет выступать над поверхностью вкладыша в наиболее нагруженной зоне, что может привести к заклиниванию вала. Кроме того, отсутствие канавки в наиболее нагруженной зоне при пусковом режиме затрудняет подачу масла в зону трения, что также снижает надежность и долговечность подшипника из-за возможности задиров трущейся поверхности.

Нафиг.1 представлен вкладыш подшипника коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, разрез; на фиг.2а - сечение наиболее нагруженной зоны вкладыша в холодном состоянии; 26 - сечение наиболее

нагруженной зоны в рабочем состоянии; 2в - сечение наиболее нагруженной зоны при отсутствии антифрикционного сегмента в канавке.

Вкладыш состоит из двух полувклады- шей 1 и 2 с канавкой 3 на его внутренней поверхности 4 и с размещенной в канавке 3 вставкой 5. Вставка 5 установлена в наиболее нагруженной зоне 6 и выполнена в виде антифрикционного сегмента 7, толщина ко- торого д0, а глубина канавки А0.

В верхней части полувкладыша 1 выполнено отверстие 8 для подачи смазки. Внутри вкладыша размещен коленчатый вал 9, радиусом г, нагруженный усилием F и враща- гощийся с угловой скоростью W.

Вкладыш подшипника коленчатого вала работает следующим образом.

Смазка через отверстие 8 под давлением подается на внутреннюю поверхность 4 вкладыша и по канавке 3 в результате вращения вала 9 движется вдоль рабочей поверхности 4 в наиболее нагруженную зону 6.

В холодном состоянии двигателя внут- реннего сгорания, когда температура смазки и деталей равняется монтажной -То. толщина антифрикционного сегмента 7 равняется величине 50, а глубина канавки 3 равняется величине А0, причем А0 д0. Наличие разности До-д0 облегчает подачу масла из отверстия 8 в наиболее нагруженную зону 6 при пуске ДВС. т.е. низких скоростях скольжения и температуре масла. При работе двигателя внутреннего сгорания в результате действия усилия F вращающийся с угловой скоростью W вал 9 образует смазочный клин с высоким давлением в наиболее нагруженной зоне 6 за счет скорости вращения вала 9 V W- г и вязкости смазки, которая определяется рабочей температурой Тр-То.

В результате температурного расширения материала полувкладыша 2 и антифрикционного сегмента 7 происходит уменьшение разности А0 - до , причем в случае выполнения равенства:

а.(Тр-То) «(fOVTo) расширившийся сегмент 7 полностью перекроет канавку 3. При этом подача смазки в наиболее нагруженную зону осуществляется за счет скорости V, а толщина слоя смазки h существенно больше, чем h (см. фиг.2в и б). Увеличение h по сравнению с h обусловлено затрудненностью утечки смазки из смазочного клина в канавку и торцы вкладыша.

Установка антифрикционного сегмента в наиболее нагруженной зоне, толщина которого и глубина канавки выбираются из заявляемого соотношения:

д0 Д

11+«д(Тр-То) 1+а Тр-То)

позволит увеличить толщину смазочного слоя в подшипнике в 2,5 раза; уменьшить потери на трение на 0,5%; повысить надежность и долговечность работы подшипника. Формула изобретения Вкладыш подшипника коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, состоящий из двух полуколец с канавкой на их внутренней поверхности и размещенной в канавке вставки, отличающийся тем, что, с целью повышения его надежности и долговечности путем снижения износа при пусковом режиме работы, вставка выполнена в виде кольцевого сектора из антифрикционного материала и размещена в зоне наибольшего нагружения, при этом толщина кольцевого сектора до и глубина канавки До выбраны из соотношения

до АО

1+«А(Гр-Т0) 1+ау(Тр-Т0)

где аАИ af- коэффициенты линейного расширения материалов вкладыша и антифрикционного сегмента;

Тр и То - рабочая и монтажная температуры вкладыша подшипника.

Фиг.I

Сущность изобретения: вкладыш подшипника, состоит из двух полуколец с канавкой на их внутренней поверхности и вставки в виде кольцевого сектора из антифрикционного материала, размещённой в канавке в зоне наибольшего нагружёния. п ри этом толщина кольцевого сектора 50и глубина канавки А0 выбрана из соотношения: (50 НчгД(Тр -Т0)/1 + a,j(Tp -To)., где коэффициенты линейного расширения материалов вкладыша и антифрикционного сегмента; Тр и То - рабочая и монтажная температуры вкладыша подшипника. 4 ил.