Зазоры подшипников - статья Larry Carley

[torcon 64 088]

Зазоры подшипников - статья Larry Carley

(машинный перевод Google)

 

Larry Carley - автор издания "Engine Builder". А так же "Brake & Front End"; "Counterman"'; "Import Car & Truck"; "NASCAR Garage"; "NHRA Today"; "TechShop"; "Tire Review"; "T2 Tomorrows Technician"; "Underhood Service".

Ларри написал технические руководства, обучающие видео и другие технические статьи для многочисленных автомобильных компаний, в том числе Bosch, BWD Corp., Fel-Pro, Federal-Mogul, GKN, NAPA, Raybestos и Wells Mfg. Larry Carley был сертифицирован ASE Национальным институтом автомобильного обслуживания (ASE) в семи областях автомобильной экспертизы и работал с ASE в разработке сертификационных тестов техников.

 

Лучше ли построить двигатель с более узкими зазорами в подшипниках и использовать его на синтетическом моторном масле с низкой вязкостью, или лучше создать двигатель с более традиционными или даже более слабыми зазорами в подшипниках и использовать масло с большей вязкостью?

 
Жесткие подшипниковые зазоры и относительно тонкие синтетические многовязкие моторные масла хорошо работают во многих областях применения от NASCAR и кольцевых гонок до гонок на драг.

 
Имейте в виду, однако, что большинство из этих двигателей специально разработанные двигатели, которые обрабатываются с жесткими допусками. Шейки коленчатого вала - это точная шлифовка, чтобы они были как можно более круглыми, плоскими и точными, цапфы микрополированы до зеркального блеска, состоящего из пары микродюймов Ra или менее, подшипники прецизионно соответствуют точным допускам с использованием калибра и микрометра (не деформируемый пластик), и двигатели работают на высококачественном синтетическом гоночном масле, а не на обычном моторном масле.

 
Масляный зазор - это зазор между внутренним диаметром установленного подшипника и наружным диаметром коленчатого вала или цапфы распределительного вала. Зазор измеряется под углом 90 градусов к линии разъема подшипника, которая является самой толстой частью подшипника (толщина подшипника слегка сужается к линии разъема).

 
Уменьшение масляного зазора между штоком и главными подшипниками и коленчатым валом имеет ряд преимуществ. Меньший зазор распределяет нагрузку по более широкой области поверхности подшипника и распределяет давление более равномерно по всему подшипнику. Это хорошо, если подшипник достаточно силен, чтобы справиться с ним. Меньший зазор также уменьшает объем масла, которое должно поступать в подшипник для поддержания масляной пленки между подшипником и валом.

 
Это также хорошо при условии, что масло достаточно жидкое (с низкой вязкостью), чтобы хорошо течь в подшипник. Это также уменьшает количество давления масла, в котором нуждается двигатель, поэтому некоторая дополнительная мощность достигается за счет снижения нагрузки на масляный насос.

 
В двигателе NASCAR правила ограничивают минимальные диаметры штока и главных шеек коленчатого вала. Стержни 1,850? в то время как сеть составляет 1,999? Большинство из этих двигателей имеют зазоры шатунов и коренных подшипников .001? или меньше, и они делают это с гоночными маслами с низкой вязкостью, такими как 0W5, 0W30 и 0W50. Эти гоночные масла тонкие, как вода, и сильно модифицированы.

 
Они также содержат дополнительные противоизносные присадки, такие как ZDDP (уровень фосфора до 1850 ppm или выше) для защиты кулачков и плоских толкателей толкателей. Эти масла предназначены только для гонок и не рекомендуются для уличного использования, поскольку они не содержат те же моющие средства, диспергаторы и ингибиторы коррозии, что и обычные моторные масла. Обычные моторы должны выдерживать увеличенные интервалы замены масла, а гоночные масла - нет. Кроме того, уровень ZDDP слишком высок для последних моделей автомобилей, оснащенных каталитическими нейтрализаторами.

 
Благодаря впрыску топлива многие двигатели NASCAR в настоящее время развивают мощность около 900 лошадиных сил без ограничительной пластины и развивают 9500 об / мин за 500 миль. Подшипники довольно сильно стучат, но держатся очень хорошо (когда вы в последний раз слышали о работе двигателя NASCAR из-за отказа подшипника?). Но то, что отлично работает для NASCAR, может не работать в других формах, гонках или на улице.

 
Одним из недостатков более близких зазоров подшипников является то, что они могут повысить как температуру подшипников, так и масла. Это не проблема, если подшипники и масло могут выдерживать нагрев, но если они не могут, это увеличивает риск поломки смазки и выхода из строя подшипника. Вот почему высококачественное синтетическое моторное масло абсолютно необходимо, если вы строите двигатель с более узкими зазорами.

 
Старое правило заключается в том, чтобы обеспечить .0007? до 0,001? зазора подшипника на каждый дюйм диаметра вала в серийном двигателе. Следовательно, если коленчатый вал имеет шейки диаметром два дюйма, шток и главные подшипники должны быть собраны с примерно 0,0015? до 0,002? оформление

 

В целях повышения производительности некоторые производители подшипников рекомендуют добавлять дополнительный полмиллионный зазор. Почему? Потому что в высоких рабочих оборотах отверстия в штоке не остаются круглыми. Когда поршень достигает верхней мертвой точки на такте выпуска, инерция растягивает шток и удлиняет отверстие на большом конце шатуна. Это, в свою очередь, деформирует подшипники и уменьшает зазоры подшипников на нижнем подшипнике штока, увеличивая его на верхнем подшипнике штока.

 
Для двигателей с высокой частотой вращения некоторые производители подшипников рекомендуют зазоры в шатунных подшипниках в 0,002? до .003 ?, с абсолютным минимальным зазором не менее .0015 ?. Чем теснее зазоры, тем жестче геометрические требования к шатунным шейкам (как можно более круглым, прямым и гладким, с небольшим конусом или без него).

 
Уличные двигатели могут выиграть от более жестких допусков и более тонких масел для повседневной езды. Но когда используются сумматоры мощности, такие как закись азота, турбонаддув или наддув, или выходная мощность двигателя возрастает в диапазоне от 450 до 500 лошадиных сил, более свободные зазоры в подшипниках, вероятно, более безопасны для компенсации изгиба коленчатого вала, искажения основного отверстия и отверстия штока.

 
То же самое относится и к тяговым двигателям, тяговым двигателям грузовых автомобилей и другим двигателям с высокими эксплуатационными характеристиками, которые производят серьезную мощность Многие из этих двигателей построены с зазорами шатунов и коренных подшипников в .0025? до 0,003? ассортимент.

 
Для субботнего ночного гонщика по грунтовой дороге ваш друг - дорожный просвет из-за загрязнений, которые часто попадают в картер. Лузер обычно безопаснее.

 
Стержень и главные отверстия должны быть как можно более круглыми, не более плюс или минус .0005? вариации для двигателя производительности (.001? достаточно близко для запаса). Вы также должны принять во внимание тот факт, что сами подшипники могут быть не идеальными. Производственные допуски до плюс или минус .00025? не являются необычными в некоторых подшипниках, в то время как другие могут отличаться только .00015? или менее.

 
Выравнивание основного отверстия также имеет решающее значение. Некоторые производители подшипников говорят, что смежные главные отверстия должны иметь не более 0,005 дюйма смещения (в целом 0,001), если вы используете трехметаллические подшипники, и не более 0,002? смещения между соседними отверстиями (всего 0,002 мм) с алюминиевыми биметаллическими подшипниками.

 
One of the advantages of looser bearing clearances is that it allows more room for “slop,” which is important if the crankshaft isn’t machined to near perfection or there is some misalignment in the main bores. Wider bearing clearances do require a heavier viscosity oil (such as a 20W50 multi-viscosity oil or a straight 30, 40 or 50 oil). The heavier viscosity oil is absolutely necessary with wider clearances to maintain the oil film between the bearing and shaft so the bearing isn’t starved for lubrication. This also requires more oil pressure from the oil pump and/or more oil volume.

 
Количество масла, которое фактически находится между подшипником и поверхностью вала в точке наибольшей нагрузки, невелико. Хотя установленный зазор между подшипником и валом может составлять 0,001? до 0,0015? или больше, масло вытесняется, когда подшипник загружен. В самом тонком месте масляная пленка может быть только .00002? толстый (1/100 диаметра человеческого волоса!). Между металлическими поверхностями не так много масла, но для поддержания гидростатической смазки не требуется много. Когда вал начинает вращаться, между валом и подшипником образуется масляный клин, который поднимает вал вверх и от поверхности подшипника. Затем вал скользит по маслу с минимальным трением.
 
Если шлифовальная машина коленчатого вала покачивается во время шлифования коленчатого вала, она может оставить выступы по всей окружности цапфы. Они могут быть невидимы невооруженным глазом и их очень трудно обнаружить с помощью микрометра. Но если на поверхности есть какие-либо искажения, это может помешать образованию масляного клина под валом, если зазоры подшипников в двигателе слишком узкие. Полировка кривошипа может уменьшить шероховатость поверхности на цапфе, но не избавит от лепестков или ребер.

 
Другой фактор, который следует учитывать, заключается в том, что верхний слой Баббита на подшипнике из трех металлов очень тонкий, обычно .0005? до .0008? толстый. Верхний слой Babbitt действует как сухая пленочная смазка, когда между валом и подшипником нет масла. Это хорошо для сухого пуска, который может длиться всего пару оборотов коленвала, но он быстро вытирается, если двигатель голодает из-за масла, когда он работает под большой нагрузкой или при высоких оборотах.

 
И как только защитный верхний слой Баббитта будет разрушен, промежуточный слой из медно-свинцового сплава быстро схватится, если не будет масляной пленки, которая удерживала бы его от вала.

 
Одна из причин, по которой многие производители двигателей используют триметаллические подшипники, заключается в том, что им нужны подшипники с хорошей устойчивостью к заклиниванию при высоких оборотах. Триметаллические подшипники также хорошо справляются с высокими нагрузками на двигатель и имеют хорошую усталостную прочность. Поверхностный слой Babbitt также обеспечивает встраиваемость, если грязь или мусор проходит через масляный фильтр. Подшипники из трех металлов обычно рекомендуются для использования с коленчатыми валами из кованой стали.

 
Алюминиевые биметаллические подшипники, для сравнения, обладают высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью. С более твердыми алюминиево-кремниевыми сплавами они также могут выдерживать более высокие нагрузки, обеспечивая при этом хорошие противозадирные свойства. Алюминиевые подшипники часто рекомендуются для чугунных шатунов, поскольку они оказывают полирующее воздействие на поверхность шейки. Более того, по мнению некоторых производителей подшипников, алюминиевый биметаллический подшипник из высококремнистого сплава будет на самом деле противостоять заклиниванию дольше, чем подшипник из трех металлов, если защитная масляная пленка исчезнет.

 
Это возвращает нас к зазорам масла и подшипников. Маслу все равно, какой подшипник и вал смазывать. Нужно только поддерживать достаточное количество масляной пленки между двумя поверхностями, чтобы обеспечить гидродинамическую смазку и предотвратить контакт металла с металлом. Давление и поток масла должны быть достаточными для смазки и охлаждения подшипников, а само масло должно иметь достаточную прочность на сдвиг, чтобы оно не выталкивалось из зазора между подшипником и валом в точке наибольшей нагрузки ,

 
Мультивязкие синтетические моторные масла текут легче, чем обычные прямолинейные масла при низких и высоких температурах. Таким образом, они могут выдерживать как холодные пуски, так и повышенные рабочие температуры (что очень важно для турбонагнетателей). Чтобы снизить трение и повысить экономию топлива, большинство серийных двигателей последних моделей заполнены на заводе маслом 5W20 или даже 0W20. В сочетании с более жесткими допусками при сборке двигателя эти комбинации масла и подшипника работают относительно хорошо для повседневного вождения и даже для умеренных эксплуатационных характеристик. Для гоночных применений, однако, масло должно быть разработано специально для гонок, особенно если двигатель имеет плоский кулачковый толкатель, который требует большого количества ZDDP в пакете присадок.

 
Вы можете получить вязкость масла в диапазоне от 0W5 до 120W60, при этом 15W40 является популярной вязкостью для гонок серийных автомобилей, шоссейных гонок и весенних автомобилей. Для более широких зазоров подшипников некоторые предпочитают использовать более тяжелое масло 15W50 или 20W50. В гоночных классах Top Alcohol и Pro Mod, AHDRA Nitro Bikes и тягач для выдувного спирта, 20W60 может быть предпочтительной смазкой. Для драгстеров NHRA Top Fuel и Funny Cars можно использовать масло 70 Вт. Таким образом, тип используемого масла будет зависеть от области применения и зазоров подшипников внутри двигателя.

 
Дополнительный уровень защиты может быть достигнут путем установки подшипников с покрытием. Доступны различные типы запатентованных покрытий, которые обеспечивают сопротивление истиранию там, где между подшипником и валом нет масла. Такие покрытия стоят дорого, но являются хорошей страховкой от сухих запусков и могут спасти коленвал, если двигатель в гонке теряет давление масла.

 
Наконец, независимо от того, какой тип подшипников вы устанавливаете в двигатель или насколько близко вы устанавливаете зазоры в подшипниках, всегда используйте большое количество смазочного материала для монтажа подшипников. Кроме того, используйте надлежащее масло для обкатки при первом запуске двигателя. Масла для обкатки, как правило, представляют собой прямое масло мощностью 30 Вт без модификаторов трения для быстрой посадки кольца. Но они также содержат дополнительные противоизносные присадки ZDDP для защиты кулачка и подъемников. Затем масло для обкатки можно слить и заменить типом масла (обычного или синтетического), которое будет использоваться с этого момента. Обязательно сообщите клиенту вашего двигателя, насколько важно использовать высококачественное масло и чтобы оно имело правильную вязкость, соответствующую зазорам в подшипниках и требованиям к смазке двигателя и области применения.

 

https://www.enginebuildermag.com/2013/03/bearing-clearances/

[torcon 64 088]

Если кто не помнит мы проводили анализ низковязкого масла которое применяется в NASCAR (о которых он говорит в начале статьи)

 

https://www.oil-club.ru/forum/topic/18254-mobil1-racing-0w-30-svezhee/

 

[Pavel_NSK 8 296]

Отличная статья!

Спасибо Даниил!

Всегда об этом и говорил - использование высоковязкого масла в стандартном моторе бессмысленно и даже опасно.

В подготовленном моторе (по зазорам) - пожалста используйте. Собственно, я и использовал.

 

[prv21 4 513]

Ну и тут наглядно продемонстрированно, что на рядных шестерках строить моторы под низковязкие масла (читай с меньшим зазором) опасно из-за возможного изгиба коленвала под нагрузкой.

[AleksFreeman 1 102]

Написано хорошо, особенно с учетом применения в гонках. Но минусы для гражданских очевидны: брак становиться наиболее очевидным при потоковом производстве (хотя может и не брак а расчет инженеров под уменьшение ресурса ДВС), вопрос в постоянной чистоте радиаторов (перегрев явно пагубен из-за зазоров), масло менять в два раза чаще (минимальные зазоры оч. чувствительны к грязи и частицам износа) + использовать синтетический фильтр.

Изменено 9 января 2020 пользователем sanchell