Подшипники коленчатого вала являются одним из основных узлов, лимитирующих пробег двигателя до капитального ремонта. В наиболее тяжелых условиях работают шатунные подшипники современных двигателей. Анализ поступления на капитальный ремонт отечественных двигателей показывает, что имеются случаи выхода из строя двигателей из-за задиров шатунных подшипников. Существенную роль в повышении работоспособности этого узла играет улучшение условий их смазки. Основными гидравлическими параметрами систем смазки двигателей, которые определяют надежность работы подшипников, является давление и расход масла. Эти два параметра зависят друг от друга, а также от вязкости масла и зазоров в трущихся парах [65-69]

Q =  ,                       (1.4)

где Q – расход масла;  - экспериментальные коэффициенты; S - диаметральный зазор в подшипнике; d – диаметр вала;  - угловая скорость вращения вала; Р – давление масла на входе в подшипник;  - динамическая вязкость;  - половина рабочей длины подшипника.

Давление масла на входе в коренной подшипник равно

Р = к × Р_г.м. ,                               (1.5)

а на входе в шатунный подшипник [310]

Р_ш =Р_гм к¹ +   ,                       (1.6)

где Р_г.м. – давление масла в начале главной магистрали; к, к¹ – коэффициент снижения давления масла соответственно на пути до коренного подшипника и до входного отверстия в коренной шейке для подвода масла к шатунному подшипнику; r _ш – расстояние от оси коленчатого вала до входного отверстия масляного канала к шатунной шейке; r_k – радиус коренной шейки. При различной изношенности двигателей к = 0,55 ¸ 0,97; к¹ = 0,44 ¸ 0,94 [310]. Считается, что давление масла на входе в шатунный подшипник у большинства двигателей практически равно давлению на входе в коренной подшипник, это следует из формулы (1.6) и табл. 1.44.

При недостаточном давлении масла, подводимого к подшипникам, могут нарушаться условия гидродинамического трения, в результате чего толщина масляного слоя может стать ниже критической, что повышает вероятность проворачивания вкладышей.

С уменьшением расхода масла через подшипник снижается отдача от него тепла в масло, что может привести к перегреву подшипника и выходу его из строя. Однако, чрезмерное увеличение давления и расхода масла является нежелательным, так как требует больших затрат мощности на привод насоса и увеличения его размеров.

Таблица 1.44

Давление масла в коренных и шатунных подшипниках двигателей [69]

№ п.п.	Двигатель	rш, мм	rk, мм	, с-1	Рк, МПа	Рш, МПа
1.	ЯМЗ-236	52	80	220	0,7	0,69
2.	ЗИЛ-130	37,5	48	333	0,30	0,31
3.	ЗМЗ-53	35	43	333	0,30	0,29
4.	ЗМЗ-24	32	38	468	0,40	0,39
5.	АЗЛК-2140	28,5	58	494	0,30	0,69
6.	МеМЗ-966	24	34	426	0,30	0,31

Кроме того, чрезмерно большие давление и расход масла в системе способствуют увеличению расхода масла на угар, а при наличии в масле абразивных частиц – повышенной их циркуляции вместе с маслом, многократному попаданию частиц в подшипники и их разрушению. Это подтверждают исследования НАМИ [68, 69] по двигателям ЗИЛ-130 и ЗМЗ-53, результаты которых приведены рис. 1.13.

Из рис. 1.13 видно, что интенсивность изнашивания возрастет при давлении ниже 0,3 МПа и особенно при давлении ниже 0,1 МПа. Это обусловлено резким уменьшением количества масла подаваемого к подшипникам и повышением из-за этого их температуры.

Рис.1.13. Зависимость интенсивности изнашивания вкладышей подшипников коленчатого вала (по свинцу) двигателя ЗИЛ-130 от давления масла Р при стендовых испытаниях: а – без подачи пыли; б – с подачей пыли.

При наличии абразивной пыли в масле и при давлении более 0,3 МПа интенсивность изнашивания подшипников коленчатого вала увеличивается из-за повышения расхода и циркуляции масла с абразивными частицами через подшипники.

В расчетах для определения потребного расхода масла используются соотношения [65-69]

Q =     ,                                      (1.7)

или                             

Q₁ =     ,                                     (1.8)

где Q , Q ₁ – потребный расход масла, л/ч; q_м  - количество тепла, отводимого в масле, ккал/ч; с_м – удельная теплоемкость масла, ккал/кг; γ_м – плотность масла кг/л;  - перепад температур масла на входе в масляный картер и на выходе из него.

Затем расчетное значение Q ₁ корректируется, исходя из обеспечения нормального давления масла в главной магистрали на всех эксплуатационных режимах работы двигателя при различной степени изношенности. Поддержание оптимального давления достигается перепуском избыточного масла в картер через редукционный клапан, который достигает 60% общей производительности основной секции насоса. По данным [64-69] значения удельной производительности основных секций масляных насосов достигают 38 л/л. с-ч в карбюраторных двигателях; 48 л/л.с-ч в дизелях ЯМЗ-236; 35,5 л/л.с-ч ЯМЗ-238. Абсолютная производительность основной секции насосов у дизелей ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 составляет 8540 л/ч и достигнута после увеличения заводом производительности со 105 до 140 л/мин [270].

При недостаточной производительности масляного насоса, особенно при малой частоте вращения коленчатого вала и при работе двигателя с нагрузкой, запас производительности может быть полностью израсходован, что может явиться причиной резкого снижения давления масла в главной магистрали и нарушения гидродинамического режима трения в подшипниках [3, 64-69, 113, 247, 249]. Для обеспечения надежной работы шатунных подшипников на всех режимах в условиях эксплуатации должен быть запас производительности. Кроме того, его отсутствие может вызвать автоколебания в работе редукционного клапана и возникновения крутильных колебаний в приводе насоса, что может стать причиной поломки зубьев шестерни и вала привода.

Характер изменения интенсивности износа в дорожных условиях подобен стендовым испытаниям при подаче в масло кварцевой пыли. Это объясняется тем, что в дорожных условиях в масло попадает пыль из окружающего воздуха и затем вместе с ним проникает в подшипники. Аналогичные результаты были получены и по двигателю ЗМЗ-53 [64-69], 8Ч12/12 [24].

Давление и расход масла через шатунные подшипники обусловлены действием большого количества факторов: производительность масляного насоса, режим работы двигателя и степень его изношенности, а также конструктивные особенности систем смазки, отдельных узлов и деталей, способа подвода к ним масла.