Факторы, влияющие на зазор подшипника

Зазор подшипника зависит от трех факторов: размерного допуска компонента, износа подшипника за время эксплуатации и свойств материалов, из которых изготовлен компонент.

Материалы, из которых изготавливают коленчатый вал, подшипники и картер имеют разные коэффициенты теплового расширения, что может значительно сказаться на зазоре подшипника при высоких и низких температурах. Обычно тугая посадка подшипника приводит к незначительному расширению посадочного гнезда.

Размер и допуски зазора подшипника
Допуск зазора подшипника определяется суммой допусков отдельных частей. Типичные значения допусков в случае с двигателем легкового автомобиля составляют 19 микрон для посадочного гнезда, 19 микрон для диаметра коленчатого вала и 10 микрон для толщины стенки подшипника. На легковых автомобилях также допускается минимальный зазор в 20 микрон для шатунного подшипника и в 25 микрон для коренного подшипника.

Таким образом, получаем зазор от 20 до 78 микрон для шатунного подшипника и от 25 до 83 микрон для коренного подшипника. На Рисунке 20 приведено сравнение минимального зазора шатунного подшипника легкового автомобиля с человеческим волосом. Это подтверждает тот факт, что даже мельчайшие частицы грязи, попавшие в подшипник двигателя, могут вызвать его повреждение.

Последствия зазора подшипника для двигателя

Величина зазора подшипника имеет последствия для работы двигателя. Минимальный зазор обеспечивает хорошую прилегаемость между подшипником и шейкой коленчатого вала. Такая прилегаемость является результатом износа материала в некоторых частях подшипника порядка нескольких микрон. Этот процесс приводит к снижению локального напряжения на слое скольжения, лучшей амортизации ударных нагрузок и снижению износа. Меньший зазор также снижает шумы двигателя. Недостаток маленького зазора заключается в том, что через меньший смазочный зазор проходит меньшее количество масла, т.е. подшипник охлаждается хуже, чем при большем зазоре.

Для улучшения охлаждения подшипников применяется больший зазор. В качестве примера можно привести двигатели спортивных автомобилей, использование большего зазора на которых значительно сокращает срок их эксплуатации. Не стоит и говорить о том, что после каждой гонки двигатели спортивных автомобилей перебирают полностью.

[Рис. 1]
Зазор подшипника представляет собой разность между внутренним диаметром подшипника, собранного в картере, и наружным диаметром шейки коленчатого вала. Диаметры посадочного гнезда и шейки коленчатого вала, а также и толщина стенки подшипника, должны быть пределах определенных допусков. Эт и допуски указывают на чертежах компонентов. Общая сумма максимальных допусков составляет максимальный зазор подшипника. Например, сумма минимальной толщины стенки с максимальным диаметром посадочного гнезда и минимальным диаметром шейки коленчатого вала составляет максимальный зазор подшипника. Сумма максимальной толщины стенки с минимальным диаметром посадочного гнезда и максимальным диаметром шейки коленчатого вала составляет минимальный зазор подшипника. Нормальный минимальный зазор равен 20 микрон для шатунных подшипников и 25 микрон для коренных подшипников.

ЗАЗОР : C = Di + ΔD - 2w - dw
ДОПУСК : Доп. C = Доп. Di + 2 x Доп. w + Доп. dw

Влияние температуры масла на зазор подшипника
Если картер и вал изготовлены из одного и того же материала, то по мере роста температуры масла компоненты расширяются равномерно. В этом случае при повышении температуры масла зазор подшипника остается неизменным.

Однако в том случае, если картер изготовлен из алюминия, а вал из стали, ситуация меняется (Рисунок 3). При повышении температуры алюминий расширяется больше стали, поэтому в данном случае с ростом температуры зазор увеличивается. Более того, снижается и тугая посадка. Такое явление можно компенсировать за счет увеличения припуска на длину вкладыша, который необходимо учитывать еще на этапе разработки двигателя.

При крайне низких температурах зазор может уменьшиться даже до нуля, что сделает невозможным запуск двигателя.

[Рис. 2]
Человеческий волос в сравнении с минимальным допустимым зазором в 20 микрон шатунного подшипника.

[Рис. 3]
Если картер и коленчатый вал изготовлены из одного и того же материала, то при повышении температуры масла зазор подшипника остается постоянным. Ситуация изменяется при использовании различных материалов, так как различные материалы имеют разные коэффициенты теплового расширения. На диаграмме приведены два примера для коленчатого вала, выполненного из стали. Если блок двигателя изготовлен из алюминия, то при повышении температуры масла зазор увеличивается (непрерывная линия). Если шатун изготовлен из титана (например, в двигателе гоночного автомобиля), то при повышении температуры масла зазор уменьшается (прерывистая линия).

По материалам компании Federal-Mogul