ШАТУННЫЕ И КОРЕННЫЕ ПОДШИПНИКИ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
ДВИГАТЕЛЯ ЗИЛ-130
С целью повышения ремонтоспособности в двигателях ЗИЛ-130 в коренные и
шатунные подшипники устанавливают тонкостенные вкладыши, у которых
толщина стенки настолько мала, что после установки их форма внутреннего
отверстия подшипника зависит только от формы гнезда. Вследствие этого
тонкостенные вкладыши взаимозаменяемы, что упрощает их замену в
эксплуатации, поскольку отпадает необходимость в какой-либо их обработке
или подгонке. В то же время применение тонкостенных вкладышей требует
очень точного исполнения гнезд и соосности отверстий в блоке под
коренные подшипники. Тонкостенный вкладыш состоит из стальной основы,
являющейся как бы каркасом вкладыша, и слоя антифрикционного сплава;
иногда на последний наносят тонкий слой приработочного покрытия. Каркас
чаще всего делают из низкоуглеродистой холоднокатаной стальной ленты
марки 0,8; 10 или 08кп. Антифрикционный сплав выбирают в зависимости от
конкретных условий. По краям вкладыша имеются участки уменьшенной на
0,03—0,07 мм толщины—• так называемые холодильники. Их назначение —
компенсация возможных смещений крышки подшипника во время сборки и
обсадки торцов вкладышей при затяжке болтов подшипника.
В начале для двигателя ЗИЛ-130 вкладыши изготовлялись из трехслойной
ленты с каркасом из стали марки 08кп толщиной 1.7 ± 0,1 мм. На каркас
методом спекания наносили металлокерамический слой из медноникелевого
порошка (60% меди и 40% никеля) толщиной 0,22 ± 0,08 мм.
Металлокерамический слой пропитывался в вакууме антифрикционным сплавом
типа СОС 6-6 (5,5—6,5% сурьмы, 5,9—6,5% олова и остальное свинец). Из
этого же материала наносился антифрикционный поверхностный слой толщиной
0,1 ± 0,02 мм.
Нагруженность коренных и шатунных подшипников двигателя ЗИЛ-130,
полученная на основании обработки индикаторных диаграмм и расчетов,
приведена в табл. 11. Удельные нагрузки на рабочую поверхность
подшипников не являются чрезмерными
II. Нагруженность коренных и шатунных подшипников
Подшипник
Удельная нагрузка в
кгс/см2
средняя
максимальная
Коренной (второй)
......
52—56
127—142
Шатунный
54—61
95—108
для антифрикционного сплава СОС 6-6 толщиной
0,1+0,02 мм. В условиях эксплуатации износы коренных и шатунных шеек
коленчатого вала с этими вкладышами невелики. Средний темп износа
коренных шеек при пробеге 1000 км равен 0,2 мкм, шатунных 0,06 мкм.
Недостаток вкладышей этого типа — низкая усталостная прочность
антифрикционного слоя при работе двигателя в особо тяжелых условиях (в
течение длительного времени с большими частотой вращения и нагрузкой). В
этих случаях наблюдается отслаивание рабочего слоя от промежуточного
металлокерамического слоя, а также отслаивание последнего от стального
каркаса. Усталостные разрушения рабочего слоя особенно быстро
прогрессируют при увеличении толщины сплава СОС 6-6 более 0,1 ± 0,02 мм.
Усталостная прочность вкладышей, у которых толщина рабочего слоя равна
0,2 мм, почти в 2 раза меньше, чем у вкладышей с толщиной рабочего слоя
0,1 мм.
Некоторые подшипниковые антифрикционные материалы имеют значительно
более высокую усталостную прочность, чем сплав СОС 6-6 или баббит,
например, свинцовистая бронза и другие сплавы на медносвинцовистой или
меднооловянистой основе, а также различные сплавы на основе алюминия.
Для повышения долговечности подшипников двигателя ЗИЛ-130 были отобраны
вкладыши четырех типов с различными антифрикционными сплавами повышенной
усталостной прочности:
2. Алюминиевоникелевым сплавом (основа — алюминий, 2% никеля, до 1%
железа, 0,5% кремния, 0,1% меди); толщина антифрикционного слоя
0,24—0,32 мм.
3. Алюминиевооловянистым сплавом (основа — алюминий, 25—30% олова, до
0,1% железа, до 0,1% меди); толщина антифрикционного слоя вкладыша
0,3—0,4 мм.
4. Алюминиевооловянистым сплавом фирмы Гласье (Англия) основа —
алюминий, 20% олова, 1 % меди, 0,3% магния; толщина антифрикционного
слоя 0,25—0,33 мм.
При испытаниях определяли: износ вкладыша с точностью до 0,001 мм, его
распрямление и предварительный натяг с точностью 0,01 мм, а также
состояние рабочей поверхности.
Износ вкладыша определяли двумя методами — путем непосредственного
измерения толщины вкладыша в шести точках, а также расчетным путем по
изменению его массы. В последнем случае средний износ антифрикционного
слоя подсчитывали по формуле (в мм)
Испытания проводились на специальных установках и
па двигателе в течение 600 ч на режимах, рекомендованных ГОСТом 491—55,
но с более высокой температурой картериого масла (100—120° С).
Результаты этих испытаний приведены в табл. 12, из которой следует, что
наилучшими в отношении стабильности геометрических размеров и
износостойкости шейки коленчатого вала оказались вкладыши с
антифрикционным слоем из алюминиепооло-вянистого сплава третьего и
четвертого типов.
Вкладыши с антифрикционным сплавом третьего типа были подвергнуты
эксплуатационным испытаниям на 10 двигателях ЗИЛ-130. За время пробега
200 тыс. км износы шатунных шеек коленчатого вала не превышали 0,004мм,
а коренных шеек 0,011 мм. Усталостных разрушений на этих вкладышах
обнаружено не было. Трехслойные вкладыши, проходившие параллельно
эксплуатационные испытания, из-за чрезмерного выкрашивания
антифрикционного слоя заменяли после пробега 70—100 тыс. км.
В настоящее время на все Двигатели ЗИЛ-130 вкладыши коренных и шатунных
подшипников изготовляют с антифрикционным слоем из высокооловянистого
алюминия.
12. Показатели стабильности
геометрических размеров и износостойкости вкладышей с различными
антифрикционными сплавами
Трехслойный вкладыш
(с металлокерамическим промежуточным слоем)
Вкладыши с
антифрикционным слоем
Вид испытаний
Оценочный
показатель
алюминиево-
никелевым (сплав 2)
алюминиево-
оловянистым (сплав 3)
алюминиево- оловян
истым фирмы Гласье (сплав 4)
свинцовистой бронзы
(сплав 1)
Нагрев в
заневоленном состоянии
Изменения
предварительного затяга (в числителе) и «распрямления» (в
знаменателе) в мм
0,064/0,45
0,011/0,23
0,054/0,78
0,002/0,46
0,003/0,26
Испытания на
специальном стенде
То же
0,027/0,064
—
—
0,044/0,35
0,060/0,41
Уменьшение массы в
г
0,345
—
—
0,175
0,195
Уменьшение толщины
в мм
0,021
—
—
0,011
0,004
Испытания на
двигателе ЗИЛ-130
Изменения
предварительного натяга (в числителе) и «распрямления»
(в знаменателе) в мм