Содержание к диссертации
Введение
1. Природа изнашивания и разрушения подшипников скольжения коленчатого вала 8
1.1 Назначение подшипников скольжения коленчатого вала 8
1.2 Виды трения и природа изнашивания подшипников скольжения 11
1.3 Факторы, определяющие надежность работы и износ подшипников скольжения 21
1.4 Обзор научных работ по вопросу изнашивания антифрикционного слоя подшипников скольжения 23
1.5 Выводы по первой главе 26
2. Исследования условий работы подшипников скольжения 28
2.1.Влияние трения на работу подшипника скольжения 28
2.2. Тепловой баланс и плотность теплового потока в материалах антифрикционного слоя подшипника скольжения 30
2.3.Влияние параметров работы подшипника скольжения на динамические свойства смазочного масла 33
2.4.Влияние конструктивных соотношений подшипника скольжения на характеристики масляного слоя 37
2.5.Анализ критериев оценки надежности работы подшипника скольжения 45
2.6.Выводы по второй главе 49
3. Результаты исследований подшипников скольжения с различным материалом антифрикционного слоя 51
3.1.Выбор материалов антифрикционного слоя подшипников скольжения 51
3.2.Методика исследований и требования к их проведению 55
3.3.Методика экспериментальных исследований явления схватывания подшипников скольжения 59
3.4. Исследования явления схватывания подшипников скольжения с различным материалом антифрикционного слоя 61
3.5.О работе трехслойных подшипников скольжения 66
3.6.Выводы по третьей главе 69
4. Оценка теплофизических свойств антифрикционных материалов подшипников скольжения 71
4.1 .Требования, предъявляемые к материалам антифрикционного слоя подшипников скольжения 71
4.2.Материалы антифрикционного слоя подшипников скольжения 74
4.3. Влияние способа восстановления антифрикционного слоя подшипников скольжения на его теплофизические свойства 78
4.4.Выбор критерия надежности работы подшипника скольжения 85
4.5.Обоснование целесообразности использования критерия надежности подшипника скольжения 88
4.6.Пример использования предложенного критерия надежности подшипника скольжения 94
4.7.Алгоритм выбора материала антифрикционного слоя 99
4.8.Выводы по четвертой главе 103
5. Использование методики выбора критерия надежности подшипников скольжения для прогнозирования качества их работы 104
Заключение 108
Литература 110
Приложение 120
- Обзор научных работ по вопросу изнашивания антифрикционного слоя подшипников скольжения
- Тепловой баланс и плотность теплового потока в материалах антифрикционного слоя подшипника скольжения
- Исследования явления схватывания подшипников скольжения с различным материалом антифрикционного слоя
- Влияние способа восстановления антифрикционного слоя подшипников скольжения на его теплофизические свойства
Введение к работе
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 параметрами технического состояния деталей кривошипно-шатунного механизма, среди которых наиболее ответственные и быстро изнашиваемые - подшипники скольжения коленчатого вала [70]. 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 подшипника скольжения.
Несмотря на большой объем выполненных исследований, и проведенных экспериментальных работ, вопрос повышения надежности работы подшипника скольжения к настоящему времени остается весьма актуальным.
Цель работы: повышение надежности работы подшипников скольжения коленчатого вала судовых двигателей с учетом теплофизических 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 подшипника 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 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.
Установлен критерий надежности подшипника скольжения с учетом антифрикционных и теплофизических свойств материала.
Определены допустимые значения теплового состояния подшипника скольжения при заданных характеристиках работы системы смазывания.
Установлена закономерность изменения механических свойств антифрикционных покрытий подшипников скольжения в зависимости от внешних факторов.
Разработана методика выбора материала антифрикционного слоя подшипника скольжения, обеспечивающая заданный ресурс работы двигателя при высокой надежности его эксплуатации.
Практическая ценность.
Даны рекомендации по оценке надежности эксплуатации подшипников скольжения.
Разработана методика определения ресурса работы подшипника скольжения.
Критерий надежности работы подшипника скольжения позволяет выбрать материал антифрикционного слоя при разработке технологии их изготовления и ремонте.
Результаты исследований могут быть использованы на дизеле-строительных и судоремонтных предприятиях.
Методика оценки надежности подшипников скольжения судовых среднеоборотных дизелей получила признание и одобрена на предприятии ОАО «РУМО».
На защиту выносятся: закономерности изменения механических свойств материала антифрикционного слоя подшипника скольжения в зависимости от внешних факторов; влияние теплофизических свойств материала антифрикционного слоя на надежность работы подшипника скольжения; влияние системы смазывания на значение теплового состояния подшипника скольжения.
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; обобщение экспериментальных исследований, установление основных закономерностей исследуемых процессов.
Достоверность полученных результатов подтверждена результатами испытаний материалов антифрикционного слоя подшипников скольжения. 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», 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.
1. Природа изнашивания и разрушения подшипников скольжения коленчатого вала
Обзор научных работ по вопросу изнашивания антифрикционного слоя подшипников скольжения
С повышением частоты вращения возрастает температура антифрикционного слоя подшипников скольжения, уменьшается его сопротивляемость усталостным напряжениям, возникающим в граничном слое. Следствием этого является преждевременное выкрашивание антифрикционного слоя, активизирующее износ шеек коленчатого вала. Очаги выкрашивания образуются в большинстве случаев в зоне контактного трения, что подтверждает факт их происхождения, связанного не только с возникновением повышенных температур при трении без смазывания, но и с усталостными явлениями в антифрикционном слое[23,62].
Усиление износа может произойти при условии уменьшения толщины масляного слоя и уменьшении ее несущей способности. Это связано не только с увеличением нагрузки на подшипник скольжения, но и с увеличением его температуры и аккумулированием теплоты вследствие плохой теплопроводности материала антифрикционного слоя.
В исследованиях [103] отмечается небольшое влияние возрастания нагрузки на толщину масляного слоя, так что нет опасности повышения износа подшипника скольжения вследствие непосредственного внешнего трения. На рис. 1.8 видно, что с увеличением нагрузки толщина масляного слоя меняется всего на 5% и достигает минимального значения при угловых положениях кривошипа, соответствующих 270. Сильно повышается давление в масляном слое. Однако удельное давление в масляном слое при этом значительно повышается.
Повышение температуры в масляном слое и в подшипнике скольжения, а также ухудшение отвода теплоты способствуют уменьшению толщины масляного слоя и его несущей способности, что приводит к нарушению жидкостного трения в подшипниковом узле и возникновению контактного трения [6]. Ухудшение отвода теплоты от подшипникового узла и ее аккумулирование определяются теплофизическими свойствами материала антифрикционного слоя подшипника скольжения.
Причины усталостного разрушения антифрикционного слоя в динамически нагруженных подшипниках скольжения двигателей объясняются в на стоящее время с различных точек зрения. В работе [26] повреждения рассматриваются с позиций теории трения и теории усталостно-тепловых разрушений. Усталостное трещинообразование связывается с действием тангенциальных растягивающих напряжений при наличии гидродинамического давления в смазочном масле [109].
Усталостное разрушение является одним из видов износа трущихся поверхностей. Общее для этих концепций - положение о том, что процесс усталостного разрушения интенсифицируется, если трение из жидкостного переходит в режим внешнего (смешанного) с соответствующим возрастанием коэффициента трения. Это положение находит свое экспериментальное подтверждение. По данным работы [107], усталостные трещины в слое баббитовой заливки подшипника скольжения при жидкостном трении не удается получить действием даже очень высоких удельных нагрузок и после перехода к внешнему трению разрушение происходит достаточно быстро уже при умеренных усилиях. Установлено, что усталостные повреждения антифрикционного слоя могут быть получены действием одних лишь касательных сил на поверхности (без скольжения), это свидетельствует о решающей роли сил трения в трещинообразовании.
В связи с различными точками зрения на природу усталостных повреждений и сложностью физических процессов в тонком поверхностном слое антифрикционного материала возникают определенные затруднения при практической оценке надежности работы подшипников скольжения и выработке объективных количественных критериев такой оценки. На основании известных исследований можно утверждать, что касательные силы трения имеют существенное значение в усталостном трещинообразовании, и для количественной оценки надежности подшипников скольжения их учет необходим. Величина касательных сил на поверхности скольжения зависит от вида трения в паре, в том числе и для подшипников скольжения со сложным и неустойчивым режимом трения. При такой оценке необходимо предварительно проанализировать условия качественного перехода одного вида трения в другой.
Наиболее полно и всесторонне вопросами работы трения, износа и природы тепловыделения в подшипниках скольжения занимались Крагель-ский И.В., Каратышкин С. Г., Ребиндер П.А., Изотов А.Д., Погодаев Л.И.
В работах Крагельского И.В. рассматривались вопросы внешнего трения: природы трения, связи физико-механических и химических свойств с величиной коэффициента трения, работы и мощности трения, процессов тепловыделения подшипников скольжения при внешнем трении, изменения кинематической вязкости смазочного масла в узле трения в зависимости от температуры.
В работах Каратышкина С.Г. [49] рассматривались вопросы о работе динамически нагруженных подшипников скольжения судовых двигателей в условиях жидкостного трения, разработана методика гидродинамического расчета подшипников скольжения, определены величины минимальной толщины масляного слоя и давления, определены параметры конструкции подшипникового узла, от которых зависит работа подшипника скольжения в условиях гидродинамического смазывания.
Ребиндер П.А. рассматривал вопросы деформирования сопряженных поверхностей подшипников скольжения, наклепа и насыщения рабочей поверхности продуктами износа, изменений свойств смазочных масел в зависимости от его насыщенности продуктами износа [80].
Погодаев Л.И. рассматривает процессы износа с точки зрения структурно-энергетической природы воздействия и разумной последовательности развития трибологических событий [74].
Несмотря на большой объем выполненных исследований, и проведенных экспериментальных работ, к настоящему времени проблема повышения надежности подшипника скольжения остается весьма актуальной. Важной частью проблемы повышения эксплуатационной надежности подшипников скольжения остается вопрос выбора оптимальных условий работы с поддер жанием технико-эксплуатационных характеристик подшипникового узла трения.
Тепловой баланс и плотность теплового потока в материалах антифрикционного слоя подшипника скольжения
В практике оценка надежности работы подшипников скольжения двигателя производится, как правило, без учета особенностей трения в паре скольжения, и ее выполняют по величине среднего удельного давления, либо с помощью произведения нагрузки на подшипник скольжения и скорости скольжения шейки вала Р&, отражающего работу трения и тепловыделение. При динамической нагрузке для этой цели используются максимальные (за период рабочего цикла) значения удельного давления и скорости скольжения.
Такой способ оценки правомерен лишь для режима внешнего трения, поскольку в жидкостном режиме трение определяется иными факторами, прежде всего, вязкостью масла. Использование произведения РЗ без указания границ его применимости и вне зависимости от характера трения приводит к неверной оценке надежности подшипников скольжения. Применение этого критерия с целью проверки надежности работы путем сравнения с регламентированными значениями вообще лишено смысла, так как здесь вследствие низких скоростей скольжения произведение РЗ при любых условиях заведомо получается гораздо меньшим предельно допустимых величин. Кроме того, в работе [93] указывается, что при определении работы трения сомножители должны входить в это произведение с показателями степени, меньшими единицы.
Помимо перечисленных величин, при оценке надежности находит применение критерий среднего за цикл давления на подшипник скольжения, используемый иногда в произведении РЗ. Этим показателем оперируют также независимо от характера трения в паре.
Надежность подшипника скольжения в фазе жидкостного трения объективно характеризуется с помощью таких гидродинамических показателей, как максимальное давление Ртзх и минимальная толщина масляного слоя hmm, методика определения которых рассмотрена в работе [21]. Гидродинамический анализ с использованием ЭВМ дает возможность установить границы работы в фазе жидкостного трения и условия качественного перехода одного режима трения в другой. В связи с существенным влиянием касательных сил на надежность работы подшипников скольжения независимо от вида трения наиболее общим и эффективным критерием их надежности наряду с такими показателями, как Ртах и hmm, следует считать коэффициент трения, определяющий величину этих сил.
Рассмотрим более подробно приведенные критерии надежности работы подшипников скольжения.
Расчет подшипников скольжения по удельному давлению производится на основании опытных данных о допустимых удельных нагрузках на шейку вала и вкладыш. Принимается, что удельная нагрузка не должна достигать пределов, при которых может начаться быстрый износ или прихват поверхности вкладыша или вала. Основное значение для величины допускаемой удельной нагрузки имеет качество материала антифрикционного слоя подшипника, качество поверхности подшипника и вала, а также твердость поверхности вала. Все эти факторы расчетом по удельному давлению не могут быть учтены, не учитывается также влияние смазывания и скорости скольжения поверхности вала в подшипнике скольжения. Отсюда следует, что расчет по удельному давлению является в значительной мере условным, применять его можно только для определения размеров неответственных подшипников, работающих со скоростями скольжения до 1 м/с [72]. Основными уравнениями для расчета по величине удельного давления на подшипник скольжения являются: где: Руд - среднее удельное давление на подшипник скольжения, Па; Р - максимальная расчетная нагрузка на подшипник скольжения, Н; d - диаметр шейка вала, м; / - ширина подшипника скольжения, м; Рйоп - допускаемое удельное давление между подшипником и валом, Па. Величины допускаемых удельных нагрузок на различные материалы можно найти в справочных таблицах, в которых приводятся значения, полученные экспериментальным путем. При пользовании уравнениями (2.13) и (2.14) необходимо учитывать не только условность расчета по удельному давлению, но и допущения, искажающие действительные условия работы, как, например, предположение, что нагрузка распределяется равномерно как по диаметру, так и по его длине. Распределение нагрузки зависит от диаметрального зазора между подшипником скольжения и валом, упругости материала антифрикционного слоя и основания. В действительности получается, что центральная часть подшипника скольжения испытывает значительно большее удельное давление, чем его края, причем из-за неточности расточки может оказаться, что максимальное удельное давление в центре превосходит в несколько раз удельное давление, определенное по уравнению (2.13), принятое при выборе материала. В результате подобных допущений может иметь место преждевременный износ, схватывание или перегрев подшипника скольжения. В случае использования в качестве критерия надежности подшипника скольжения показателя удельной работы сил трения, расчет осуществляется по допустимым значениям произведения удельной нагрузки Руд и окружной скорости шейки вала 3. Величина Р д3, пропорциональная мощности трения, в первом приближении характеризует тепловую нагрузку. Однако этот способ, также основанный на опытных данных, совершенно не учитывает явлений, происходящих в подшипнике скольжения, конструктивные особенности последнего, а также свойства смазочного масла. Поэтому им можно пользоваться только для проверки подшипниковых узлов, работающих в области граничного трения (полусухого или полужидкостного), и в отдельных случаях для предварительного, сугубо ориентировочного, определения размеров подшипников скольжения, работающих в условиях жидкостного трения при небольших нагрузках.
Исследования явления схватывания подшипников скольжения с различным материалом антифрикционного слоя
С появлением новых материалов и технологий нанесения антифрикционного слоя возникает вопрос об оценке надежности подшипника скольжения и определении критериев возможности применения конкретных антифрикционных сплавов для деталей кривошипно-шатунного механизма. Необходимы изменения технических требований к способам нанесения покрытий антифрикционного слоя с этими сплавами.
Основными трудностями при выборе антифрикционных сплавов являются характеристики работы двигателя, связанные с его тепловым балансом.
При выборе материалов для нанесения антифрикционного слоя на подшипники скольжения в основном обращают внимание на требования к материалу наносимого слоя по таким характеристикам, как коэффициент трения и фактор нагруженности [57].
При выборе композиционных покрытий и связанный с этим вопрос выкрашивания подшипника скольжения вследствие ухудшения теплопроводности, неоднородности коэффициента линейного расширения и аккумулирования теплоты в подшипниковом узле и масляном слое часто не рассматривается вообще.
Поэтому рассмотрение вопроса аккумулирования теплоты антифрикционным слоем подшипника скольжения очень важно при выборе материала наносимого антифрикционного слоя с целью устранения нежелательных последствий перегрева или охлаждения. При выборе материала подшипника скольжения необходимо учитывать теплофизические свойства материала антифрикционного слоя. Не качественная оценка этих свойств может привести к изменению теплового баланса подшипникового узла и быстрому выходу из строя антифрикционного слоя подшипника скольжения вследствие его перегрева и потери механических свойств.
Проведенные исследования свидетельствуют о том, что любые изменения теплофизических характеристик материала антифрикционного слоя и, как следствие, аккумулирования теплоты приводит к нарушению работы подшипника скольжения, которые необходимо учитывать при выборе сплава. К этому следует добавить и то, что наибольшая допускаемая температура подшипника скольжения лимитируется сортом смазочного масла, применяемого для смазывания.
Предварительно уточним следующие понятия: 1. Аккумулирование теплоты - накопление теплоты в смазочном и антифрикционном слое подшипника скольжения вследствие наличия теплового барьера, возникающего при применении материала антифрикционного слоя с теплофизическими характеристиками, не отвечающими требованиям передачи теплоты к корпусным деталям[6]. 2. Схватывание — первая стадия предельного состояния трущихся поверхностей, сопровождающаяся появлением физического контакта и наступающая при переходе гидродинамического характера смазывания в граничное трение. 3. Задир - предельное состояние, при котором происходит деформирование соприкасающихся поверхностей в условиях перехода граничного трения во внешнее. Характеризуется появлением сдвиговых напряжений на поверхностях скольжения со следами их разрушений и взаимным внедрением жестких микронеровностей в зоне контакта. 4. Удельная нагрузка схватывания - давление, оказываемое на под шипник скольжения шейкой вала, при котором наступает состояние схваты вания, задира и разрушения антифрикционного слоя вследствие изменения характера трения: от гидродинамического до граничного и внешнего. С уменьшением вязкости масла несущая способность масляного слоя динамически нагруженного подшипника скольжения уменьшается, что приводит к уменьшению толщины масляного слоя. Изменение характеристик масляного слоя с повышением температуры подшипника скольжения может привести к масляному голоданию, нарушению жидкостного режима трения на определенном участке периода рабочего цикла и переходом в режим смешанного или возникновению твердого трения, местному перегреву и в конечном итоге к его выкрашиванию [22]. По экспериментальным данным количество теплоты, передаваемой в стенки, зависит от степени нагрузки и частоты вращения коленчатого вала, и составляют при 100%-ной нагрузке дизеля 15 - 20%, а при 50%-ной нагрузке 25-30% от всего количества теплоты, выделяющегося в масляном слое вследствие жидкостного трения [72]. Таким образом, теплопередача через подшипник скольжения антифрикционным покрытием должна обеспечивать отвод теплоты в пределах 15 - 30% от общего количества теплоты, выделившегося в масляном слое. Рассмотрим структуру теплопроводности наносимого антифрикционного слоя. В антифрикционном слое могут существовать следующие барьерные компоненты для теплопроводности. Антифрикционный слой наносимого материала (коэффициент теплопроводности Я,), граничный слой из металлокерамических составляющих (причиной является нанесение разогретого металла в агрессивной воздушной среде с наличием водорода, углерода и активного металла — коэффициент теплопроводности Л2) и стальной основой подшипника скольжения с коэффициентом теплопроводности /13(рис. 3.1) [48]. Рассмотрим стационарный процесс распространения теплоты через плоскую многослойную стенку.
Влияние способа восстановления антифрикционного слоя подшипников скольжения на его теплофизические свойства
Представленный график подтверждает, что с ростом давления масла на входе в двигатель, нагрузка, при которой может наступить явление схватывания, возрастает.
Проведенные исследования свидетельствуют о том, что любые изменения теплофизических характеристик антифрикционного слоя приводят к нарушению работы подшипника скольжения, которые необходимо учитывать при выборе материала для замены или восстановления подшипника скольжения. С ростом температуры подшипника скольжения изменяется и толщина масляного слоя. Изменение толщины масляного слоя уже продемонстрировано на рис.2.6 зависимости минимальной толщины масляного слоя от величины диаметрального зазора и температуры подшипника скольжения. Из рис.2.6 следует, что при изменении температуры подшипника на 1, уменьшение толщины масляного слоя может составлять до 1,5 мкм. На рис. 3.7 представлена зависимость повышения температуры подшипника скольжения At от теплопроводности антифрикционного слоя при различных зазорах в подшипниковом узле. Из рис.3.7 видно, что при теплопроводности Х=20 Вт/(м град), имеется самое большое количество накопленной теплоты в подшипнике скольжения, а изменение зазора от 0,1 до 0,25 мм дает ее разность в пределах 1,5 градуса. Подшипниковые узлы, работающие в тяжелых условиях, часто снабжаются трехслойными подшипниками скольжения, у которых нижний антифрикционный слой изготовлен из свинцовистой бронзы, верхний - из баббита на свинцовистой основе, а промежуточный - из никелевого сплава (рис. 3.8) [108]. Промежуточный слой имеет защитную роль.
На рис. 3.8 видно, что в работавшем подшипнике скольжения первоначальный никелевый защитный слой модифицировался в два слоя: слой никелевого соединения, а ниже никелевый защитный слой. Результаты элементарного анализа поперечного сечения вкладыша в местах износа показали, что на стыке никелевого защитного слоя с верхним баббитовым слоем образуется слой никелевого соединения толщиной 3 мкм вследствие реакции никеля с оловом. При этом олово, входящее в состав верхнего слоя, диффундирует в направлении никелевого защитного слоя, образуя соединения типа Ni3Sn2 и Ni3Sn4.
Для трехслойных подшипников скольжения после оголения никелевого защитного слоя, вследствие износа верхнего слоя, предельная нагрузка, при которой происходит задир, на 35 - 45% ниже по сравнению с двухслойными подшипниками скольжения, у которых вообще отсутствует никелевый защитный слой. Наиболее эффективными приемами для улучшения антизадир-ных свойств является удаление никелевого защитного слоя, снижение шероховатости трущейся поверхности шейки вала и снижение температуры подшипника скольжения. При этом оценку антизадирных свойств с оголившимся никелевым слоем, в связи с уменьшением воспринимаемой нагрузки этим слоем, следует производить с помощью показателя «средняя удельная нагрузка х скорость скольжения». Процесс разрушения в виде микропиттинга трехслойного подшипника скольжения протекает следующим образом. Вначале определенный участок поверхности никелевого соединения начинает растрескиваться по границам между частицами, вкрапленными в медную основу, и самой основой. Эти частицы начинают шелушиться. Затем начавшийся процесс растрескивания переходит в следующий слой никелевого соединения. Наконец, частицы никелевого соединения диаметром в несколько микрон, начинают отделяться от поверхности. Так как оголение внутреннего слоя происходит именно под отслоившимся участком никелевого соединения, то частицы свинца, вкрапленные в толщу этого слоя, отделяются вследствие корродирования смазочным маслом.
Таким образом, износ трехслойного подшипника скольжения можно классифицировать, как износ по Стрибеку с возникновением зон микропиттинга (рис. 1.3).
В тоже время трехслойный подшипник скольжения с рабочим слоем из алюминиевооловянистого сплава обладает самой малой чувствительностью к загрязнениям масла твердыми механическими частицами [107]. Непосредственной мерой поглощаемости абразивных частиц подшипником скольжения является твердость, которая характеризует сопротивление, с которым материал противодействует проникновению в него твердых частиц.
Для поглощения частиц загрязнений требуется определенное усилие для преодоления сопротивления деформации верхнего слоя подшипника скольжения. У подшипников скольжения с алюминиевым антифрикционным сплавом твердые частицы загрязнений поглощаются в относительно малона-груженной зоне. Вследствие повышенной твердости свинцовистой бронзы для проникновения в нее частиц загрязнения требуется большая сила, поэтому частицы загрязнения переносятся в более нагруженную зону и там проникают в антифрикционный слой под действием значительной силы. В этой зоне зазор между подшипником скольжения и шейкой вала сильно уменыиается и возрастает опасность непосредственного контакта между ними, а, следовательно, и вероятность задира.
Если же сравнивать двухслойные и трехслойные подшипники скольжения с верхним алюминиевым слоем, то лучшие результаты по приработке и несклонности к задирам имеют двухслойные, за счет лучшей теплопроводности алюминиевого слоя и отсутствия никелевого защитного слоя. Испытания трехслойных подшипников скольжения показали, что предельная нагрузка, при которой происходит схватывание и задир с менее теплопроводным баббитовым верхним слоем, более чем в два раза выше по сравнению с подшипниками скольжения, у которых предусмотрен никелевый защитный слой[73, 112].
