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 | К ср, 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)