Розрахунок радіального підшипника ковзання

Розрахунок радіальних підшипників ковзання у автотракторному машинобудуванні традиційно ведуть по середньому тиску К, який створюється зовнішнім навантаженням Р на площу проекції вкладиша підшипника:

(8.5)

де – довжина опірної поверхні шийки вала, м;

– діаметр шийки вала, м.

Середні і максимальні значення тиску на радіальні підшипники ковзання автотракторних двигунів наведено в таблиці 8.4.

Таблиця 8.4 – Значення тиску на радіальні підшипники ковзання автотракторних двигунів

Тип двигуна і автомобіля	Підшипники	Кср, МПа	Кmax, МПа
Бензинові для легкових автомобілів	Шатунні Корінні	6…8 5…7	8…10 6…8
Бензинові для вантажних автомобілів	Шатунні Корінні	5…7 4…6	7…10 5…7
Дизелі для автотракторних двигунів	Шатунні Корінні	4…5 5…6	8…12 7…9
Форсовані двигуни внутрішнього згоряння	Шатунні Корінні	9…16 10…17	25…35 20…30

Міждержавним Європейським стандартом МЄСТ ІСО 7902 – 1 2001 „Гідродинамічні радіальні підшипники ковзання, які працюють у стаціонарному режимі. Круглоциліндричні підшипники. Метод розрахунку”, регламентуються наступні характеристики і параметри: число Рейнольдса, при якому забезпечується ламінарний потік мастила в підшипнику; параметр Зоммерфельда, яким характеризується несуча здатність підшипника; витрати мастила через підшипник; втрати потужності на тертя; параметри теплового балансу.

Число Рейнольдса визначається за формулою:

(8.6)

де – число Рейнольдса;

– номінальний внутрішній діаметр підшипника, м;

– ефективний діаметральний зазор у підшипнику;

– відносний зазор у спряженні підшипник-вал;

– кутова швидкість обертання колінчастого вала, с^-1.

Для двигуна СМД-14 = π·n/30 = π·1700/30 = 178с^-1;

– динамічна в’язкість мастила при робочій температурі підшипника, Па·с.

Для робочої температури (90 ⁰С) і мастила ДП-14 з графіка на рисунку 9.2 знаходимо Па·с;

– густина мастила. Для автотракторних двигунів = 900…920 кг/м³. Приймаємо для розрахунків = 900 кг/м³.

Робочий зазор у підшипнику залежить від посадки і теплового розширення вала і підшипника. При нормальних умовах ( ) відносний зазор у підшипнику визначають за формулами:

(8.7)
де , , – відповідно максимальний, мінімальний і середній відносні зазори в підшипнику;

– відповідно максимальний, мінімальний і номінальний діаметри підшипника, а також – максимальний і мінімальний діаметри вала.

Зміна зазору із-за теплового розширення вала і підшипника визначається за формулою:

(8.8)

де , – коефіцієнти лінійного розширення підшипника і вала відповідно. Приймаємо = 23·10^-6 град^-1; = 11·10^-6 град^-1;

, – температура підшипника і вала відповідно. Приймемо для розрахунку , = 90 ⁰С. = 40 ⁰С – температура оточуючого середовища.

Отже, м.

Для корінного підшипника колінчастого вала двигуна СМД-14 максимальні і мінімальні значення діаметрів підшипника і вала, а також номінальний діаметр спряження відповідно =88,045·10^-3м;

= 88,0040·10^-3м; = 87,900·10^-3м; = 87,885 ·10^-3м; =88·10^-3м.

Після підстановки розмірів діаметрів, знаходимо максимальне, мінімальне і середнє значення відносного діаметру:

= 0,00182; = 0,00118; = 0,0015.

З урахуванням теплових змін розмірів вала і підшипника, відносний зазор у спряженні підшипник-вал має значення:

Підставляючи значення розрахункових параметрів, знаходимо число Рейнольдса:

= 240,7 < 901,2.

Отже, потік мастила в підшипнику ламінарний.

Визначаємо навантаження, які передаються на шип вала у підшипнику ковзання. У двигуні вони створюються силами тиску робочого тіла у циліндрі і силами інерції рухомих мас кривошипно-шатунного механізму. Максимального значення навантаження сягають, коли поршень знаходиться поблизу верхньої мертвої точки (в.м.т), під час самозаймання палива або запалювання робочої суміші. При цьому на поршень діє сила:

(8.9)

де – сила, що діє на поршень при самозайманні палива в циліндрі двигуна; – тиск газів на дно поршня; для тракторних дизелів при розрахунках рекомендується приймати ;

– площа поверхні дна поршня; – сила інерції поршневої групи:

(8.10)

– маса деталей поршневої групи, що рухаються зворотно-поступально (дорівнює сумі мас поршневого комплекту (поршень, палець, поршневі кільця) і частини маси шатуна, віднесеної до поршня); для двигуна СМД-14 кг; – радіус кривошипа колінчастого вала; м; ширина корінного підшипника колінчастого вала = 0,08 м; діаметр корінної шийки вала м;

– кутова швидкість обертання колінчастого вала, с^-1; ; для двигуна СМД-14

Знаходимо силу інерції поршневої групи, враховуючи, що при положенні поршня в в.м.т., вона має максимальне значення:

Н.

Визначаємо силу тиску, що діє на поршень двигуна при самозайманні палива (приймаючи ):

(8.11)

Н.

Ззнаходимо максимальну силу, що діє на поршень у верхній мертвій точці (формула (8.9)):

Н.

Максимальний середній тиск на корінний підшипник колінчастого вала (сила Р розподіляється на два корінні підшипники):

(8.12)

МПа.

Визначаємо число Зоммерфельда, яке характеризує вантажопідйомність (несучу здатність) підшипника, за формулою:

(8.13)

Практично значення не перевершує 30.

Рідинне тертя в підшипнику забезпечується, якщо мінімальний зазор між підшипником і валом буде задовільняти умові:

(8.14)

де – критична товщина мастильного шару в підшипнику, м. Для автотракторних двигунів, що пройшли обкатку, можна приймати м;

– робоча мінімальна товщина шару мастила в підшипнику.

Мінімальний зазор між підшипником і валом для автомобільних двигунів можна приймати м, для тракторних дизелів м. Для СМД-14 приймаємо м.

Середній радіальний зазор у спряженні підшипник-вал визначається за формулою:

; (8.15)

мм= 6,6·10^{-6 м.}

Ексцентриситет вала в підшипнику:

; (8.16)

м.

Відносний ексцентриситет:

; (8.17)