hmin ³ hкр + 2 мкм.

Предельная толщина слоя hкр, являющаяся границей перехода подшипника из полужидкостного режима в режим жидкостной смазки или обратно, называется критической минимальной толщиной смазочного слоя. Следовательно, невыполнение этого условия ведет к появлению смешанного режима, когда возможны местные перегревы и повреждения поверхностей. В более тяжелых случаях возможно возникновение полужидкостной смазки, вызывающей заедание и заклинивание деталей в относительном движении.

В общем случае

hкр = hш + hв + hп + hд + hи,

где hш и hв – высоты микронеровностей поверхностей шипа и подшипника; hп, hд и hи – величины, учитывающие соответственно перекос, прогиб упругой линии вала по длине подшипника, отклонение от цилиндричности шипа и вкладыша (бочкообразность, конусность, огранка и т. д.).

Под hп следует понимать не только результат поворота упругой линии, связанной с изгибом вала, но и результат монтажных перекосов. Если вал достаточно жесткий и монтажные перекосы контролируются, то можно принять hп = 0, что характерно для большинства ПС.

Величину hд следует учитывать в случаях, когда удельная нагрузка достигает больших значений. С достаточной достоверностью можно считать hд = 0 при рm £ 2 МПа.

Значением hи учитываются макронеровности, которые всегда получаются притобработке резанием рабочих поверхностей деталей ПС. Размеры этих макронеровностей обычно ограничиваются допусками на цилиндричность, приняв hи равным половине суммы допусков на отклонение контуров поперечного сечения шипа и вкладыша по окружности.

Таким образом, допускаемая величина минимального зазора определяется как сумма высот микронеровностей и поверхностей цапфы вала и вкладыша соответственно и допуска цилиндричности:

Для надежности работы ПС задают коэффициент запаса, который определяют по следующей формуле

где hmin - расчетная минимальная толщина смазочной пленки, мкм. Значение коэффициента запаса не должно быть меньше S=1,3÷1,5, так как кроме описанных выше параметров на величину минимального зазора может существенно влиять другие погрешности изготовления подшипника.

3. Необходимое аппаратное обеспечение

1. Машина трения или установка, позволяющая нагружать узел трения подшипника скольжения и определять момент его сопротивления.

2. Испытываемый подшипник скольжения.

4. Порядок выполнения работы

В процессе выполнения работы необходимо проделать следующее:

1. Осмотреть установку и установить испытываемый подшипник скольжения.

2. Установить загрузочное устройство на минимальную величину Nmin, повесив самый легкий груз, и запустить электродвигатель на минимальную частоту вращения вала nmin.

3. Записать обороты двигателя n, об/мин, и показания весового механизма, Рвес, кг.

4. Установить новое значение загрузки подшипника, повесив дополнительный груз и произвести замеры для данного нагружения согласно п. 3.

5. Выбрав все грузы и доведя значения нагружения подшипника до Nmax, перейти к новому скоростному режиму.

6. Все последующие замеры производить аналогично п. 3 и 4 до максимального скоростного режима вращения вала nmax, пройдя весь диапазон частот вращения вала подшипника.

7. Все замеры свести в табл. 3.1.

8. Остановить установку и приступить к обработке данных, полученных в результате испытаний.

9. Произвести краткий анализ триботехнических характеристик подшипника скольжения.

Таблица 3.1

Показания весов весового механизма

Частота вращения вала, об/мин	Нагрузка на подшипник скольжения, Н
N1	N2	N3	N4
n1	Pвес
n2
n3
n4
n5

5. Обработка опытных данных

Опытные данные обрабатываются по следующим зависимостям.

Момент сопротивления подшипника скольжения вращению Мсопр, Н×м, определяется по формуле:

где Рвес – показание весов установки, кг; Lв – плечо весов, м.

Угловая скорость вала подшипника w, 1/с:

где n – частота вращения вала, об/мин.

Мощность механических потерь в подшипнике скольжения Nм, Вт, можно определить по формуле:

Окружная скорость подшипника V, м/с

где d – диаметр вала подшипника скольжения, м.

Сила трения в подшипнике скольжения Fтр, Н, определится по формуле:

Коэффициент трения скольжения

где N – нагрузка на подшипник, Н.

Замеряемые параметры и рассчитанные по ним величины заносятся в протокол испытаний. По результатам испытаний двигателя строятся зависимости f = f(n, N).

По полученной зависимости произвести краткий анализ триботехнических показателей работы подшипника скольжения.

Результаты расчета оформить в виде отчета и защитить у преподавателя. Защита лабораторной работы заключается в ответе студента на вопросы для контроля и дополнительные вопросы преподавателя.

6. Вопросы для контроля

1. Перечислите преимущества и недостатки подшипников скольжения.

2. Чем функционально отличается расчет подшипников скольжения от расчета подшипников качения?

3. Что такое несущая способность подшипника скольжения?

4. Каковы критерии работоспособности подшипника скольжения жидкостного трения?

5. От каких факторов зависит долговечность подшипников скольжения?

Структура проектирования и основы конструирования

Лабораторная работа № 1. Экспериментальное определение механических потерь двС в зависимости от скоростного режима

1. Цель работы

Целью работы является экспериментальное определение механических потерь и оценка их зависимости от скоростного режима работы двигателя на стенде.

2. Общие сведения

Эксплуатационные показатели двигателя внутреннего сгорания (ДВС) – эффективная мощность, эффективный крутящий момент и др. – определяются не только индикаторными показателями, которые характеризуют рабочие процессы в цилиндрах двигателя, но также и механическими показателями, зависящими от многих факторов, начиная с температуры стенки цилиндра и кончая скоростным и нагрузочным режимами работы ДВС. Механические показатели двигателя (мощность механических потерь, среднее давление механических потерь, механический КПД двигателя) оцениваются величиной механических потерь [7]. При уменьшении механических потерь значительно повышаются эксплуатационные качества двигателя. Именно поэтому проявляется интерес к исследованиям механических потерь и, в первую очередь, потерь работы в результате действия сил трения в элементах ДВС. Это объясняется также и тем фактом, что такие потери составляют значительную часть работы, производимой двигателем, из чего следует экономическая обоснованность проведения мероприятий на снижение таких потерь, а следовательно, на повышение механического КПД, причем в такой степени, чтобы оказать влияние на увеличение общего КПД двигателя. Так как довольно высокий процент (10 ¸ 30%) индикаторной работы двигателя затрачивается на механические потери, то поэтому определение их величины на стадии проектирования двигателя является важнейшей задачей, решение которой позволяет оценить эффективность как выбранных конструктивных решений собственно двигателя (рабочий объем цилиндра, число цилиндров и т. д.), так и выбранных пар трения или передач, а также материалов для их изготовления. В настоящее время существуют три основных подхода в решении задачи определения механических потерь и механического КПД двигателя – экспериментальный, теоретический и комбинированный. При использовании каждого из двух первых возможных подходов встречаются серьезные трудности. Методы оценки с прерыванием процесса горения дают лишь весьма приблизительные результаты, поскольку изменяются условия действия сил на кинематические пары кривошипно-шатунного механизма двигателя. Методы анализа в лабораторных условиях отдельных пар трения или узлов имеют тот недостаток, что трудно воспроизвести условия нагружения, подобные действительным, особенно на поршневом ДВС. Другие методы, применяемые на двигателях в собранном виде, не дают достаточное количество информации, которое позволило бы представить результаты в аналитическом виде. В настоящее время при стендовых испытаниях двигателей используют следующие методы определения механических потерь на трение и потерь на привод вспомогательных агрегатов, регламентированные ГОСТом на методы стендовых испытаний ДВС:

1) Метод прокручивания коленчатого вала двигателя от постороннего источника механической энергии (балансирной электрической машины (БЭМ) при ее работе на моторном режиме). При этом методе двигатель прогревают в течении нескольких минут, затем останавливают и начинают прокручивать. Определение механических потерь производят при полном открытии дроссельной заслонки, выключенном зажигании, без подачи топлива и при принудительном вращении коленчатого вала двигателя от nmin до nmax. По показаниям весов БЭМ определяют величину механических потерь в ДВС.

2) Метод последовательного отключения цилиндров при работе двигателя с полностью открытым дросселем (для двигателей с искровым зажиганием) или с полной подачей (для дизелей). Для определения механических потерь этим методом определяют разность между мощностью, развиваемой двигателем во время работы всех цилиндров, и мощностью, развиваемой двигателем при выключенном зажигании (подаче топлива) в одном из цилиндров, т. е. определяют индикаторную мощность цилиндра. Вычитание эффективной мощности из суммы индикаторных мощностей всех цилиндров данного двигателя дает значение мощности, затрачиваемой на механические потери.

3) Метод двойного выбега. При этом методе значение механических потерь оценивают по запасу кинетической энергии движущихся деталей двигателя, которую, в свою очередь, оценивают по времени затухания оборотов коленчатого вала двигателя.

4) Метод индицирования. На машиностроительных предприятиях применяют также метод индицирования, не регламентированный ГОСТом, но широко используемый, суть которого состоит в снятии индикаторной диаграммы рабочего процесса ДВС. Метод индицирования требует значительных и довольно трудоемких переделок двигателя, связанных с установкой одного или, при необходимости, двух датчиков давления в головке цилиндра, что не всегда возможно и, конечно же, нарушает геометрию камеры сгорания двигателя.

У вышеперечисленных методов (кроме метода индицирования) – общий недостаток: механические потери в них определяются на неработающих двигателях или цилиндрах, тогда как опыт показывает, что механические потери в ДВС зависят не только от скоростного, но и от нагрузочного режимов, следовательно, ни одним из применяемых методов нельзя получить истинное значение механических потерь при работе двигателя. О их величине можно лишь судить по значениям механических потерь, полученных одним из вышеприведенных методов.

В данной лабораторной работе механические потери будут определяться методом прокручивания коленчатого вала двигателя. Определение потерь производится при полностью открытом дросселе, выключенном зажигании, без подачи топлива и при принудительном вращении коленчатого вала двигателя на всем диапазоне чисел оборотов от nмин до nном. Полученные кривые должны давать представление о мощности, затрачиваемой на преодоление трения и на приведение в действие механизмов и агрегатов, обслуживающих двигатель. При использовании метода прокручивания в промежутках между замерами опытных точек следует прогревать двигатель под нагрузкой.