Повышение надежности работы судовых среднеоборотных двигателей с учетом доминирующих факторов износа подшипников скольжения коленчатого вала

На правах рукописи

Андрусенко Олег Евгеньевич

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ

СУДОВЫХ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

С УЧЕТОМ ДОМИНИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ ИЗНОСА

ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА

Специальность 05.08.05 – судовые энергетические установки

и их элементы (главные и вспомогательные)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Нижний Новгород – 2010

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Волжская государственная академия водного транспорта»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Матвеев Юрий Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Захаров Лев Анатольевич

кандидат технических наук, доцент

Орехво Владимир Анатольевич

Ведущая организация: ОАО «РУМО»

Защита диссертации состоится «__» ______ 2010 г. в __ часов в ауд. ___ на заседании диссертационного совета Д 223.001.02 в Волжской государственной академии водного транспорта по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «ВГАВТ».

Автореферат разослан «____» ______________ 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент А.А. Кеслер

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. Эффективное использование современного форсированного судового двигателя внутреннего сгорания в значительной степени зависит от его технического состояния и надежности работы его деталей. Увеличение интенсивности эксплуатации двигателей привело к значительному повышению требований к их надежности.

Опыт эксплуатации судовых двигателей показывает, что надежность их работы, сроки проведения текущих и средних ремонтов определяются техническим состоянием деталей кривошипно-шатунного механизма, среди которых наиболее ответственные и быстро изнашиваемые – подшипники скольжения коленчатого вала. Поэтому вопрос повышения эксплуатационной надежности судовых двигателей во многом определяется безотказной работой и техническим состоянием подшипников скольжения коленчатого вала.

При работе подшипники скольжения подвергаются высоким динамическим нагрузкам при различных условиях смазывания. Имеет место не только износ подшипника, но и усталостное разрушение его антифрикционного слоя. Процесс усталостного разрушения интенсифицируется, если трение из жидкостного переходит в режим внешнего с соответствующим возрастанием коэффициента трения, а также вследствие нарушения допустимого теплового режима работы подшипника. Из-за снижения толщины масляного слоя в мотылевых и рамовых подшипниках уменьшается их несущая способность, что может привести к серьезным неисправностям.

Несмотря на большой объем выполненных исследований и проведенных экспериментальных работ, вопрос повышения надежности подшипников скольжения к настоящему времени остается весьма актуальным.

Цель работы: повышение надежности работы подшипников скольжения коленчатого вала судовых среднеоборотных двигателей, с учетом изнашивания и изменения свойств материала антифрикционного слоя.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

– на основании аналитического обзора установить основные причины и закономерности изнашивания подшипников скольжения коленчатого вала судовых среднеоборотных двигателей;

– исследовать влияние внешних факторов работы подшипника скольжения (температуры подшипника, скорости скольжения и условий смазывания) на изнашивание его антифрикционного слоя;

– установить закономерности изменения механических свойств материалов антифрикционного слоя;

– установить причины разрушения материала антифрикционного слоя;

– на основе теоретических и экспериментальных исследований установить влияние теплофизических свойств материала антифрикционного слоя на надежность работы подшипников скольжения;

– разработать критерий надежности работы подшипника скольжения и алгоритм выбора материала антифрикционного слоя.

Предметом исследования являются процессы, протекающие в сопряжении подшипник скольжения – коленчатый вал судовых среднеоборотных двигателей.

Объект исследований: подшипники скольжения судовых среднеоборотных двигателей.

Методы исследований:

– аналитический, основанный на известных зависимостях гидродинамики масляного слоя;

– экспериментальный, путем замера теплофизических и механических свойств материала антифрикционного слоя подшипника скольжения.

Научная новизна.

1. Установлен критерий надежности подшипника скольжения с учетом свойств материала антифрикционного слоя.

2. Определены допустимые значения теплового состояния подшипника скольжения при заданных характеристиках работы системы смазывания.

3. Установлена закономерность изменения механических свойств антифрикционного слоя в зависимости от внешних факторов.

4. Разработана методика выбора материала антифрикционного слоя подшипника скольжения, обеспечивающая заданный ресурс двигателя.

Практическая ценность.

1. Даны рекомендации по оценке надежности эксплуатации подшипников скольжения.

2. Разработана методика определения ресурса подшипника скольжения.

3. Критерий надежности подшипника скольжения позволяет выбрать материал антифрикционного слоя при разработке технологии их изготовления и ремонте.

4. Результаты исследований могут быть использованы на дизелестроительных и судоремонтных предприятиях.

5. Методика оценки надежности подшипников скольжения судовых среднеоборотных двигателей получила признание и одобрена на предприятии ОАО «РУМО».

На защиту выносятся закономерности:

– влияния теплофизических свойств материала антифрикционного слоя на надежность работы подшипника скольжения;

– влияния системы смазывания на значения теплового состояния подшипника скольжения;

– изменения механических свойств материала антифрикционного слоя в зависимости от внешних факторов;

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-методической конференции профессорско-преподавательского состава ВГАВТ «Транспорт-XXI век» (Н. Новгород, 2007); научно-практическом форуме «Великие реки» (Н. Новгород, 2007 и 2008); конференции аспирантов и молодых ученых ВГАВТ (Н. Новгород, 2008).

Личный вклад. В диссертации представлены результаты исследований, полученные автором самостоятельно.

Автору принадлежат:

– обоснование направления исследований и постановка задачи;

– планирование и проведение экспериментальных исследований;

– установленные характер и причины разрушения материала антифрикционного слоя подшипников скольжения;

– предложенная методика выбора материала антифрикционного слоя подшипников скольжения;

– предложенный критерий надежности подшипников скольжения.

Достоверность полученных результатов подтверждена результатами испытаний материалов антифрикционного слоя подшипников. При исследовании теплофизических свойств материалов антифрикционного слоя применялись апробированные методы измерений. Результаты измерений систематизированы с применением математических способов обработки результатов испытаний. Экспериментальные исследования проводились на действующих стендах предприятия ОАО «РУМО», и в специализированных лабораториях Нижегородского государственного технического университета и Волжской государственной академии водного транспорта.

Публикации по теме диссертации. Основные положения диссертации опубликованы в 4 печатных работах, в том числе 2 по списку ВАК.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений о проведенных исследованиях. Основное содержание работы изложено на 121 странице машинописного текста, включает 32 рисунка и 15 таблиц. Список библиографических источников содержит 112 наименований.

Содержание работы

Во введении обозначены актуальность работы, научная новизна и практическая ценность.

В первой главе выполнен анализ работы и установлены основные причины износов и повреждений подшипников скольжения судовых среднеоборотных двигателей. Проведен аналитический обзор научных исследований и работ, направленных на решение задачи по повышению надежности судовых двигателей при их эксплуатации. Определено влияние внешних факторов (температура подшипника, скорость скольжения вала, нагрузка двигателя и др.) на надежность работы трибосопряжения: подшипник скольжения – коленчатый вал судовых среднеоборотных двигателей.

Рассмотрены виды трения, возникающие в трибосопряжении коленчатый вал – подшипник скольжения при работе двигателя; природа изнашивания и разрушения антифрикционного слоя подшипника и факторы, определяющие надежность его работы.

Проведенный анализ причин отказов и нарушения работоспособности подшипников скольжения коленчатого вала в условиях гидродинамического смазывания и внешнего трения позволил установить, что на износостойкость существенное влияние оказывает усталостная прочность материала антифрикционного слоя. Снижение усталостной прочности обусловлено совокупностью параметров работы подшипников скольжения: температурой и давлением смазочного масла, скоростью скольжения коленчатого вала, нагрузкой на подшипник, толщиной масляного слоя и его несущей способностью. Уменьшение толщины масляного слоя и его несущей способности является следствием ухудшения отвода теплоты от подшипника скольжения, связанного с теплофизическими свойствами материалов антифрикционного слоя и работой системы смазывания.

Вопросами трения, износа и природы тепловыделения в подшипниках скольжения занимались Каратышкин С.Г., Крагельский И.В., Петриченко В.К., Беляев Г.С., Будзинский В.В., Костецкий Б.И., Ребиндер П.А., Чичинадзе А.В. и др. Вопросы повышения надежности работы подшипников скольжения, рассматривались в работах Румба В.К., Погодаева Л.И., Матвеева Ю.И. и др.

На основании аналитического обзора и производственных данных дизелестроительных и судоремонтных предприятий в работе сформулирована цель и задачи исследований, направленных на повышение надежности работы подшипников скольжения.

Во второй главе рассмотрены условия работы подшипников скольжения.

В результате исследований установлено, что наибольшее влияние на характеристики работы подшипников скольжения оказывает теплота, выделяющаяся в процессе трения. Основным фактором, определяющим тепловыделение в подшипнике, являются величины относительного эксцентриситета подшипника и толщины масляного клина.

С увеличением относительного эксцентриситета происходит:

– рост температуры смазочного масла с соответствующим уменьшением его вязкости;

– увеличение нагруженности подшипника скольжения;

– увеличение гидродинамического давления в масляном слое;

– увеличение эксцентриситета и уменьшение толщины масляного слоя.

Расчет подшипника скольжения следует производить не только с учетом имеющегося относительного эксцентриситета, но и с учетом изменения текущего значения вязкости масла.

На вязкость смазочного масла наибольшее влияние оказывает его температура. С повышением температуры смазочного масла понижается надежность работы подшипника, так как резко уменьшается ее вязкость. Задаваясь допустимой температурой масла на выходе из подшипника, можно определить необходимую температуру масла на входе в него и, таким образом, регулировать температуру в желаемом интервале, обеспечивающем отсутствие контактного трения на заданном режиме работы двигателя.

Рассмотрены существующие критерии, которые используются для оценки надежности подшипника скольжения. Как показывает практика, данные критерии не отражают действительный тепловой режим подшипника скольжения.

При расчете надежности подшипника необходимо соблюдение обязательного условия: наличие значения теплопроводности подшипника. Необходимо учитывать не только удельное давление на подшипник и скорость скольжения, но и теплофизические свойства материала подшипника скольжения.

Подбирая давление масла, можно производить регулирование теплового режима работы подшипника скольжения. При повышении давления, количество уносимой маслом теплоты возрастает. Это способствует усилению циркуляции смазочного масла в зазоре между шейкой вала и ненагруженной частью подшипника, повышает отвод теплоты из зоны трения и благоприятно отражается на температурном режиме работы подшипника. Задаваясь граничными условиями, можно определить необходимую температуру масла на входе в подшипник и, таким образом, регулировать ее в рекомендуемом интервале, заданных режимах работы двигателя.

В третьей главе рассмотрены условия схватывания подшипников скольжения судовых среднеоборотных двигателей.

На рис. 1 представлена зависимость температуры подшипника скольжения от теплопроводности антифрикционного слоя при различных значениях зазоров между подшипником и валом. Из представленного графика видно, что при теплопроводности равной 20 Вт/(м град), имеется самое большое количество накопленной теплоты в подшип- нике скольжения, а	Рис. 1. Зависимость приращения температуры подшипника от теплопроводности антифрикционного слоя при различных значениях зазоров между подшипником и валом: 1 – зазор 0,10 мм; 2 – зазор 0,15 мм; 3 – зазор 0,20 мм; 4 – зазор 0,25 мм
изменение зазора от 0,1 до 0,25 мм дает разность в аккумулировании температуры в пределах 1,5 градуса.

На рис. 2 представлена зависимость удельной нагрузки схватывания от температуры смазочного масла.

Установлено, что с ростом температуры смазочного масла удельная нагрузка схватывания уменьшается.

Рис. 2. Зависимость удельной нагрузки схватывания от температуры смазочного масла: 1 – подшипник с антифрикционным верхним слоем из баббита марки Б83 и нижним слоем из свинцовистой бронзы марки ОЦС 4-4-17; 2 – подшипник с антифрикционным слоем из свинцовистой бронзы марки ОЦС 4-4-17

На рис. 3 представлена зависимость удельной нагрузки схватывания подшипника от динамической вязкости смазочного масла.

Рис. 3. Зависимость удельной нагрузки схватывания от динамической вязкости масла для подшипника с антифрикционным слоем из свинцовистой бронзы марки ОЦС 4-4-17

Изменение вязкости смазочного масла в этом случае рассматриваем как следствие аккумулирования теплоты в подшипнике скольжения.

Установлено также, что с уменьшением динамической вязкости масла происходит уменьшение удельной нагрузки схватывания подшипника. С ростом температуры антифрикционного слоя происходит не только падение динамической вязкости масла, но и существенно снижается нагрузка схватывания подшипника.

На рис. 4 представлена зависимость удельной нагрузки схватывания от давления масла, поступающего в подшипник скольжения.

Рис. 4. Зависимость удельной нагрузки схватывания от давления смазочного масла: 1 – подшипник с антифрикционным слоем АО20-1; 2 – подшипник с антифрикционным слоем из свинцовистой бронзы марки ОЦС 4-4-17

Установлено также, что с увеличением давления масла на входе в двигатель, нагрузка, при которой может наступить схватывание, возрастает.

Проведенные исследования свидетельствуют о том, что любые изменения теплофизических характеристик материала антифрикционного слоя приводят к нарушению работы подшипника, которые необходимо учитывать при выборе материала.

В работе проводились исследования надежности трехслойных подшипников скольжения с промежуточным никелевым подслоем. Исследования показали, что предельная нагрузка схватывания у них в два раза выше в сравнении с подшипниками, не имеющими данного подслоя.

Это подтверждает, что при расчете и выборе марки материала антифрикционного слоя необходимо учитывать не только нагрузки, возникающие в подшипнике, но и теплофизические свойства материалов антифрикционного слоя.

С целью получения необходимых характеристик был использован механизм исследования теплопроводности образцов, основанный на применении метода динамического калориметра. Тепловая схема калориметра представлена на рис. 5.

Исследуемый образец, контактная пластина и стержень монотонно разогреваются тепловым потоком Ф, поступающим от основания. Боковые поверхности стержня, образца, пластин адиабатически изолированы. Стержень и контактная пластина изготовлены из меди, обладающей высокой теплопроводностью, поэтому перепады температур на них незначительны.

Рис. 5. Тепловая схема динамического калориметра: Фо – теп-ловой поток, проходящий через образец и поглощаемый стержнем, Вт; Фт - тепловой поток, проходящий через среднее сечение пластины, Вт; 1 – основание; 2 – пластина; 3 – контакт-ная пластина; 4 – исследуемый образец; 5 – стержень

В четвертой главе рассмотрены требования, предъявляемые к материалам антифрикционного слоя подшипников скольжения, и свойства самих материалов, включая, используемые в качестве альтернативных, наносимых на стальную основу подшипника методами напыления, наплавки и гальваники.

Проведенные исследования позволили установить:

– теплопроводность материала антифрикционного слоя изменяется в широком диапазоне значений, а твердость и их механические свойства изменяются в незначительных пределах;

– теплопроводность материалов, наносимых на стальную основу разными методами, может также значительно отличаться, причем лучшие показатели теплопроводности имеют подшипниковые сплавы, нанесенные металлургическим способом (табл. 1);

– механические свойства материалов антифрикционного слоя, нанесенных металлургическим способом, имеют показатели выше, чем нанесенные другими способами (табл. 2 и рис. 6).

Таблица 1. Влияние способа нанесения покрытия на его теплопроводность

Способ нанесения покрытия	Относительное изменение теплопроводности материала антифрикционного слоя
Металлургический	1,0
Плазменный	Уменьшение в 1,43 раза
Детонационный	Уменьшение в 1,15 раза
Электродуговой	Уменьшение в 1,6 раза

Таблица 2. Сравнительная прочность при растяжении бронз

Метод нанесения покрытия	Прочность при растяжении
	Бр. АМц9-2	Бр.ОЦ4-2	Бр.ОФ6,5-0,4
Металлургический (прокат)	470	400	450
Электродуговой, ЭМ-12	135	82	97
Плазменный, ГН-5М	75	67,5	56,4
Наплавленный металл	557	–	–

Рис. 6. Влияние пористости на механические и физические свойства материалов (по оси ординат отложено отношение характеристики пористого материала к аналогичной характеристике компактного материала): 1 – плотность и теплоемкость материала; 2 – электропроводность; 3 – модуль упругости; 4 – предел прочности; 5 – предел усталости; 6 – относительное удлинение; 7 – удельная нагрузка разрушения

Для оценки тепловой напряженности рассмотрено уравнение теплового баланса в подшипниковом узле.

Общее количество теплоты, выделившейся от работы сил трения в подшипниковом узле, можно определить по формуле:

(1)

где		–	количество теплоты, выделяемое в подшипнике скольжения, кДж;
	Р	–	средняя нагрузка на подшипник скольжения, Н;
		–	скорость скольжения поверхности вала в подшипнике скольжения, м/с;
	102	–	механический эквивалент теплоты.

Количество теплоты, отведенное от подшипника через стенки и лучеиспусканием, соответствующее от 15 до 30% от всей теплоты , выделяющейся при трении, определяется по формуле (2):

(2)

где		–	перепад температур в подшипнике скольжения;
	d	–	диаметр шейки вала, мм;
	В	–	ширина подшипника скольжения, мм;
		–	теплопроводность материала подшипника скольжения, Вт/(м·К).

(3)

где		–	температура окружающей среды (картер), С;
	t	–	температура подшипника скольжения, С.

После преобразования формул (1) и (2) с учетом процентного соотношения количества передаваемой теплоты посредством теплопередачи и лучеиспускания, получим

(4)

или

(5)

Проведенные исследования по оценке тепловой напряженности подшипников скольжения позволили установить, что при выборе материала антифрикционного слоя подшипника скольжения необходимо учитывать нагруженность подшипника скольжения, равную произведению давления в масляном слое на скорость скольжения, теплопроводность антифрикционного слоя и коэффициент трения.

Для оценки надежности работы подшипника при выборе материала антифрикционного слоя на основе уравнений теплового баланса предложен новый критерий:

(6)

где		–	критерий надежности подшипника скольжения;
		–	допустимая нагруженность подшипника скольжения, МПа·м/с;
		–	коэффициент трения;
		–	теплопроводность наносимого материала антифрикционного слоя с учетом технологии его нанесения, Вт/(м·К).

Соотношение (6) представляет собой критерий надежности подшипника скольжения коленчатого вала.

Резкое увеличение температуры является следствием наступления схватывания подшипника скольжения, которое характеризуется полужидкостным и полусухим трением. Имея предварительные сведения о критических температурах работы подшипника, после подстановки величин в правую часть соотношения (6) можно судить об их допустимых пределах.

Возрастание перепада температур может быть следствием повышения нагрузки подшипника – произведения , увеличения силы трения при контактных видах трения или уменьшения теплопроводности применяемого материала антифрикционного слоя.

Выражение (6) позволяет определить не только количество теплоты, выделяющейся в подшипнике скольжения при трении, но и количество теплоты, уносимой из подшипника теплоотводом в корпусные детали.

По предложенному критерию надежности подшипника для двигателя 6ЧРН36/45 определены значения перепада температур и величины теплового состояния (табл. 3).

Таблица 3. Результаты расчета критерия надежности подшипника

скольжения двигателя 6ЧРН36/45

Теплопроводность, ,	Приращение температуры,	Величина критерия	Отношение
16,75	8,90	2,98	8,51
21,0	7,09	2,38	6,80
33,5	4,45	1,50	4,28
50,25	2,95	0,99	2,82
67,0	2,22	0,75	2,14
83,75	1,78	0,60	1,71
100,50	1,48	0,50	1,42
117,25	1,27	0,42	1,20
134,0	1,11	0,37	1,06
142,50	1,05	0,35	1,00

По расчетным данным построен график зависимости приращения температуры от теплопроводности материала антифрикционного слоя (рис. 7).

Рис. 7. Зависимость приращения температуры подшипника от теплопроводности материала антифрикционного слоя подшипника скольжения

Представленные результаты показывают, что с увеличением теплопроводности материала антифрикционного слоя уменьшается приращение температуры, уменьшается аккумулирование теплоты в антифрикционном слое и, следовательно, уменьшается склонность к схватыванию и задирам антифрикционного слоя. Заштрихованная на рис. 7 зона, расположенная ниже линии прироста температуры подшипника в 3 градуса, показывает область допустимых к применению на двигателе 6ЧРН36/45 материалов антифрикционного слоя по теплопроводности, для которых корректировку работы системы смазывания производить не следует, т.к. полностью обеспечивается надежность работы подшипника скольжения.

Прирост температуры подшипника скольжения при условии постоянства теплового баланса его работы в пределах допуска на рабочую температуру не должен превышать 3 градуса. Допускаемое значение критерия надежности подшипника скольжения без корректировки параметров работы системы смазывания необходимо задавать следующим неравенством:

(7)

Отношение критерия надежности исследуемого подшипника скольжения , к критерию надежности подшипника скольжения с антифрикционным слоем с имеющейся теплопроводностью :

(8)

Это неравенство также подразумевает использование параметров работы системы смазывания без корректировки.

На основании предложенного критерия надежности подшипника разработана блок-схема подбора материала антифрикционного слоя для ремонта подшипника скольжения коленчатого вала (рис. 8). Блок-схема разработана с применением принципа подобия по критерию надежности подшипника скольжения и фактора нагруженности.

На втором этапе по данным завода-изготовителя двигателя или в результате расчета нагрузок на подшипники скольжения уточняется значение действительного фактора нагруженности и осуществляется предварительный выбор материала в соответствии с действительным значением фактора нагруженности. Цель второго этапа проверить соответствие имеющейся марки материала антифрикционного слоя марке материала, требующегося по техническим условиям работы. В этом случае и цена подшипника может быть завышена вследствие применения материалов с высокими триботехническими характеристиками, не требующимися для работы подшипника скольжения.

В соответствии с проведенной проверкой нагруженности подшипника на втором этапе производится выбор материала антифрикционного слоя.

На третьем этапе производится анализ возможных технологий нанесения антифрикционного слоя из числа, имеющихся на ремонтном заводе, в соответствии с особенностями конструкции подшипника – гладкие подшипники или подшипники с упорными элементами в виде буртов. После выбора технологии нанесения антифрикционного слоя производится опытное нанесение покрытия на образец подшипника скольжения для проверки его теплотехнических свойств: теплопроводности, однородности состава, коэффициента влияния назначенного процесса нанесения покрытия на теплопроводность, проверка сцепляемости покрытия со стальной основой подшипника.

Рис. 8. Алгоритм выбора материала антифрикционного слоя

На четвертом этапе после определения свойств нанесенного слоя на опытном образце производится анализ теплового состояния подшипника, и выдаются рекомендации по корректировке параметров системы смазывания. Это связано с тем, что для материалов с меньшим коэффициентом теплопроводности и возможным аккумулированием теплоты в подшипнике скольжения требуется подавать масло с меньшей температурой, чтобы избежать его перегрева, уменьшения твердости материала антифрикционного слоя и увеличения вероятности схватывания. В тоже время для антифрикционного слоя с хорошим теплоотводом можно поднять температуру масла, подаваемого в подшипник скольжения для создания масляного слоя и уменьшения динамических нагрузок на подшипник скольжения от масла с высокой вязкостью.

На пятом этапе после проведения всех ранее выполненных мероприятий и выдачи рекомендаций по тепловому состоянию подшипника скольжения изготавливается промышленная партия для установки их на двигатель.

Таким образом:

1. Предложенный критерий позволяет оценить надежность подшипника скольжения;

2. Полученные результаты расчета критерия надежности позволяют выдать практические рекомендации по сохранению или корректировке теплового баланса подшипника скольжения за счет изменения параметров системы смазывания двигателя;

3. Разработанный алгоритм выбора материала антифрикционного слоя подшипника скольжения позволяет производить выбор материала и технологии нанесения его без проведения длительных лабораторных и натурных испытаний подшипников скольжения.

В пятой главе рассмотрены вопросы, связанные с прогнозированием качества работы подшипника скольжения.

Прогнозирование качества работы подшипника скольжения выполнено на основе разработанных графиков и формул, связывающих прочностные характеристики антифрикционного слоя с его рабочей температурой.

На рис. 9 представлено изменение твердости антифрикционного слоя в зависимости от рабочей температуры подшипника скольжения (заштрихованная зона – зона рекомендуемого рабочего интервала температуры подшипника).

Рис. 9. Зависимость твердости материала антифрикционного слоя от температуры подшипника

По формуле Леонова(9), связывающей значение твердости и предела прочности материала, для любого значения температуры можно определить прочностные характеристики материала антифрикционного слоя:

		(9)
где НВ –	твердость материала антифрикционного слоя подшипника скольжения.

По имеющимся экспериментальным данным о наработке подшипника скольжения до замены можно составить таблицу соответствия наработки и физико-механических свойств материала антифрикционного слоя (табл. 4).

По данным табл. 4, построен график наработки подшипника в зависимости от предела прочности материала на растяжение (рис. 10).

Таблица 4. Таблица физических и эксплуатационных свойств материалов антифрикционного слоя подшипников скольжения

Параметры	Марка антифрикционного сплава
	Алюминиевый сплав АО20-1	Баббит Б83	Бронза С30
Предел прочности при растяжении, МПа	12	8,5	6,0
Предел прочности при растяжении, расчетный по формуле Леонова , МПа	11,7	8,3	6,6
Твердость, НВ	40	30	25
Наработка до замены t, тыс. часов	60	30	25
Теплопроводность, Вт/м К	159	33	142
Коэффициент трения f	0,011	0,005	0,009

Примечание. Значения твердости приведены при температуре материала 25°С.

Блок-схема расчета надежности подшипника скольжения по пределу усталостной прочности материала антифрикционного слоя в зависимости от изменения величины теплоперепада, представлена на рис. 11.

Рис. 10. Зависимость наработки подшипника от предела прочности антифрикционного слоя

Определение теплоперепада в материале

антифрикционного слоя подшипника скольжения:

Определение твердости материла антифрикционного слоя

по графикам зависимости твердости от температуры

Расчет предела прочности материала антифрикционного

слоя по формуле Леонова

Определение наработки подшипника до начала появления

в нем усталостных разрушений по графику на рис. 10.

Рис. 11. Блок-схема расчета надежности работы антифрикционного слоя подшипника скольжения

Оценку надежности работы подшипника скольжения целесообразно выполнить для условий установившегося режима работы двигателя в условиях жидкостного трения, т.е. рассмотреть влияние изменения теплового режима подшипника в зависимости от изменения теплопроводности антифрикционного слоя и температуры подшипника скольжения.

Общие выводы

Основные результаты диссертационной работы:

1. Основной причиной отказов в работе подшипников скольжения является усталостное разрушение.

2. При расчете подшипников скольжения необходимо учитывать не только удельное давление на подшипник и скорость скольжения вала, но и теплофизические свойства материала подшипника скольжения.

3. Доказано, что с увеличением температуры антифрикционного слоя подшипника скольжения его твердость уменьшается.

4. Установлено, что с ростом температуры смазочного масла удельная нагрузка схватывания уменьшается.

5. Доказано, что с уменьшением динамической вязкости масла происходит уменьшение удельной нагрузки схватывания подшипника.

6. Доказано, что с увеличением давления масла на входе в двигатель нагрузка, при которой может наступить схватывание, возрастает.

7. Установлено, что при расчете и выборе марки материала антифрикционного слоя необходимо учитывать не только нагрузки, возникающие в подшипнике, но и теплофизические свойства материала антифрикционного слоя.

8. Выявлено, что теплопроводность материала антифрикционного слоя в процессе эксплуатации двигателя меняется в широком диапазоне значений, а твердость и механические свойства изменяются в незначительных пределах.

9. Определены допустимые значения теплового состояния подшипника скольжения при заданных характеристиках работы системы смазывания.

10. Предложен критерий надежности подшипника скольжения, который позволяет учитывать теплофизические свойства материала.

11. Предложена блок-схема расчета надежности антифрикционного слоя.

12. Даны рекомендации по оценке надежности эксплуатации подшипников скольжения.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Андрусенко, О.Е. Восстановление подшипников скольжения судовых среднеоборотных дизелей современными методами / О.Е. Андрусенко, Ю.И. Матвеев // Н. Новгород, Труды конгресса: Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет – 2007. – С. 152–153.

2. Андрусенко, О.Е. Виды трения и физико-механический износ / О.Е. Андрусенко, Ю.И. Матвеев // Н. Новгород, Труды конгресса: Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – 2008. – С. 124–128.

Статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных по списку ВАК

3. Андрусенко, О.Е. Влияние аккумулирования теплоты в подшипниковом узле на прихват и усталостное разрушение подшипников скольжения / О.Е. Андрусенко, Ю.И. Матвеев // Астрахань, Вестник АГТУ. – 2009. – № 1. – С. 47–49.

4. Андрусенко, О.Е. Требования к материалам антифрикционного слоя, используемым при восстановлении подшипников скольжения коленчатых валов / О.Е. Андрусенко, Ю.И. Матвеев // Астрахань, Вестник АГТУ. – 2009. – № 1. – С. 50–53.

Формат 6084 1/16. Гарнитура «Таймс».

Ризография. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0.

Тираж 100 экз. Заказ 509.

Издательско-полиграфический комплекс ФГОУ ВПО «ВГАВТ»

603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а