RU225369U1

RU225369U1 - Sleeve bearing for internal combustion engine

Info

Publication number: RU225369U1
Application number: RU2023117023U
Authority: RU
Inventors: Александр Тихонович Кулаков; Иван Михайлович Щигарцов; Асхат Асадуллович Гафиятуллин; Руслан Флюрович Калимуллин; Вячеслав Николаевич Никишин; Олег Александрович Кулаков; Дамир Имамутдинович Нуретдинов; Радик Мирзашаехович Галиев; Александр Сергеевич Денисов; Ильшат Рафисович Фахруллин
Filing date: 2023-06-27
Publication date: 2024-04-18

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, двигателестроения, и может найти применение в конструкциях двигателей внутреннего сгорания (ДВС) транспортных и транспортно-технологических машин. Важным условием применения является повышение надежности ДВС, сокращение расходов на его ремонт и эксплуатацию, достигаемое за счет увеличения ресурса подшипников коленчатого вала.The utility model relates to the field of mechanical engineering, in particular engine building, and can find application in the design of internal combustion engines (ICE) of transport and transport-technological machines. An important condition for application is increasing the reliability of the internal combustion engine, reducing the costs of its repair and operation, achieved by increasing the service life of the crankshaft bearings.

Полезная модель направлена на повышение надежности ДВС за счет применения вкладышей подшипников скольжения коленчатого вала усовершенствованной конструкции.The utility model is aimed at increasing the reliability of the internal combustion engine through the use of crankshaft plain bearing shells of an improved design.

Целью предлагаемой полезной модели является формирование в стальной основе и антифрикционном слое вкладыша напряжений растяжения в процессе его установки (монтажа) в постель блока или расточку шатуна.The purpose of the proposed utility model is the formation of tensile stresses in the steel base and antifriction layer of the liner during its installation (installation) into the block bed or connecting rod bore.

Цель достигается тем, что вкладыш в свободном состоянии сжат на величину от 0,5% до 2% диаметра постели коленчатого вала или расточки нижней головки шатуна.The goal is achieved by the fact that the liner in the free state is compressed by an amount from 0.5% to 2% of the diameter of the crankshaft bed or the bore of the lower connecting rod head.

Предлагаемый в полезной модели вкладыш подшипника двигателя внутреннего сгорания выполнен из стальной основы с антифрикционным слоем, в виде полукольца со сжатыми к центру краями, с возможностью растяжения рабочей поверхности вкладыша после установки.The bearing liner for an internal combustion engine proposed in the utility model is made of a steel base with an anti-friction layer, in the form of a half ring with edges compressed towards the center, with the possibility of stretching the working surface of the liner after installation.

В процессе монтажа и работы двигателя вкладыш раскрывается до прилегания к поверхности постели с растяжением рабочей поверхности.

During installation and operation of the engine, the liner opens until it adheres to the bed surface with the working surface stretching.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИTECHNICAL FIELD

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИPREREQUISITES FOR CREATION OF A UTILITY MODEL

Анализ эксплуатации ДВС показывает, что интенсивный износ и аварийное разрушение вкладышей коленчатого вала является следствием недопустимых деформаций (прогиба) и уменьшении зазора в сопряжении «шейка вала - вкладыш» до значений ниже критических 2-3 мкм [1]. Максимальная стрела прогиба наблюдается по образующей вкладыша с отклонением от прямой до 40-80 мкм. Деформация вкладышей появляется в результате комплексного действия технологических напряжений, возникающих при изготовлении биметаллических лент (полос), монтажных напряжений от установки вкладышей в постель при сборке и температурных и механических напряжений в процессе работы ДВС.An analysis of the operation of the internal combustion engine shows that intense wear and emergency destruction of the crankshaft liners are a consequence of unacceptable deformations (deflection) and a decrease in the gap in the “shaft journal-liner” interface to values below the critical 2-3 μm [1]. The maximum arrow of deflection is observed along the generatrix of the liner with a deviation from straight line up to 40-80 microns. Deformation of the liners appears as a result of the complex action of technological stresses arising during the manufacture of bimetallic tapes (strips), mounting stresses from installing the liners in the bed during assembly, and temperature and mechanical stresses during the operation of the internal combustion engine.

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫPATENT DOCUMENTS

Известны различные конструктивные и технологические решения, направленные на устранение деформаций вкладышей в процессе эксплуатации ДВС [1-5].Various design and technological solutions are known aimed at eliminating deformations of liners during the operation of internal combustion engines [1-5].

В конструкциях известных вкладышей предусматриваются различные варианты предохранительных элементов, что позволяет снизить уровень (степень) деформации в наиболее нагруженных зонах.The designs of known liners provide various options for safety elements, which makes it possible to reduce the level (degree) of deformation in the most loaded areas.

Известно авторское свидетельство на изобретение №1810640 [2], где в конструкции вкладыша предлагается использовать предохранительный элемент в виде уменьшенного сечения на наименее нагруженных участках (скос, фаска, паз), что позволяет снизить напряжение в зоне наибольших нагрузок. Однако, несмотря на положительное влияние такого решения [2] на распределение напряжений в окружном направлении, возможность его реализации для автотракторных ДВС крайне ограничена, поскольку при принятом выступании вкладышей от 0,1 мм до 0,25 мм заметного снижения напряженного состояния в опасных сечениях не происходит.The author's certificate for invention No. 1810640 [2] is known, where in the design of the liner it is proposed to use a safety element in the form of a reduced cross-section in the least loaded areas (bevel, chamfer, groove), which allows reducing stress in the area of heaviest loads. However, despite the positive influence of such a solution [2] on the distribution of stresses in the circumferential direction, the possibility of its implementation for automotive internal combustion engines is extremely limited, since with the accepted protrusion of the liners from 0.1 mm to 0.25 mm, there is no noticeable reduction in the stress state in dangerous sections is happening.

Известна полезная модель №90511 [3], где предлагается подшипник скольжения, стальная основа которого снабжена предохранительными средствами в виде пересекающихся пазов, выполненных на внешней стороне глубиной до 60% от толщины вкладыша. Недостатком такой конструкции вкладыша [3] является высокая деформация в зонах пазов в процессе эксплуатации двигателя, ослабление натяга в постели и повышение вероятности проворота.There is a well-known utility model No. 90511 [3], which proposes a sliding bearing, the steel base of which is equipped with safety devices in the form of intersecting grooves made on the outer side with a depth of up to 60% of the thickness of the liner. The disadvantage of this liner design [3] is high deformation in the groove areas during engine operation, weakening of the tension in the bed and an increased likelihood of turning.

Таким образом, опыт эксплуатации вкладышей с предохранительными элементами показывает, что деформации в окружном направлении уменьшались, однако в направлении по образующей остались без существенных изменений.Thus, the operating experience of liners with safety elements shows that deformations in the circumferential direction decreased, but in the direction along the generatrix they remained without significant changes.

Наиболее близкими к заявленному способу стабилизации геометрической формы вкладыша являются предложения, изложенные в работе [4, стр. 54-57].The closest to the claimed method of stabilizing the geometric shape of the liner are the proposals set out in [4, pp. 54-57].

1. Ограничение верхнего предела допускаемого диаметра вкладыша в свободном состоянии.1. Limitation of the upper limit of the permissible diameter of the liner in a free state.

У современных ДВС это условие выполняется, однако существенного снижения деформаций по ширине вкладыша не наблюдается.In modern internal combustion engines, this condition is met, but a significant reduction in deformations along the width of the liner is not observed.

2. Уменьшение относительной толщины антифрикционного слоя. Рекомендованное соотношение толщин антифрикционного слоя и стальной основы не менее 1:5.2. Reducing the relative thickness of the antifriction layer. The recommended ratio of the thickness of the antifriction layer and the steel base is at least 1:5.

У современных вкладышей значение этого показателя доведено до 1:10.In modern earbuds, the value of this indicator has been increased to 1:10.

3. Рассматриваемые в работе [4] различные способы формирования в антифрикционном слое исходных остаточных напряжений растяжения компенсируются монтажными и тепловыми напряжениями, в результате чего в антифрикционном слое и прилегающей к нему зоне суммарные напряжения сжатия превышают предел пластичности и стали и бронзы [4, стр. 54-57, эпюра д].3. Various methods of forming initial residual tensile stresses in the antifriction layer considered in [4] are compensated by installation and thermal stresses, as a result of which in the antifriction layer and the adjacent zone the total compressive stresses exceed the plasticity limit of both steel and bronze [4, p. 54-57, diagram d].

4. Другие способы снижения деформаций вкладыша, предлагаемые в источнике [4], также или малоэффективны, или не приемлемы в условиях массового и серийного производства. Проблема по устранению высоких объемных напряжений от действия сил сжатия до настоящего времени не решена. Это подтверждается многолетней эксплуатацией вкладышей различных производителей.4. Other methods of reducing liner deformations proposed in the source [4] are also either ineffective or not acceptable in conditions of mass and serial production. The problem of eliminating high volumetric stresses from the action of compression forces has not yet been solved. This is confirmed by many years of use of inserts from various manufacturers.

Выступание вкладышей составляет от 0,08 мм до 0,12 мм, которые при затяжке и осадке вкладышей реализуются в напряжения сжатия. Проведенные эксперименты показали, что эти напряжения могут достигать до 470 МПа (фиг. 1) [5]. В практике современного двигателестроения все вкладыши в свободном состоянии имеют размер на величину от 0,5% до 2% больше, чем диаметр постели или контрольного приспособления (фиг. 2). Соответственно при монтаже вкладыш сжимается, и со стороны рабочей поверхности в стальной основе создаются дополнительные напряжения сжатия величиной от 50 МПа до 150 МПа.The protrusion of the liners ranges from 0.08 mm to 0.12 mm, which, when tightening and upsetting the liners, is realized in compression stress. Experiments have shown that these stresses can reach up to 470 MPa (Fig. 1) [5]. In the practice of modern engine building, all liners in a free state have a size ranging from 0.5% to 2% larger than the diameter of the bed or control device (Fig. 2). Accordingly, during installation, the liner is compressed, and additional compressive stresses ranging from 50 MPa to 150 MPa are created on the side of the working surface in the steel base.

Предлагаемый в полезной модели вкладыш подшипника двигателя внутреннего сгорания выполнен из стальной основы с антифрикционным слоем, в виде полукольца со сжатыми к центру краями, с возможностью растяжения рабочей поверхности вкладыша после установки (фиг. 3).The bearing liner for an internal combustion engine proposed in the utility model is made of a steel base with an anti-friction layer, in the form of a half-ring with edges compressed towards the center, with the possibility of stretching the working surface of the liner after installation (Fig. 3).

В процессе монтажа и работы двигателя вкладыш раскрывается до прилегания к поверхности постели с растяжением рабочей поверхности.During installation and operation of the engine, the liner opens until it adheres to the bed surface with the working surface stretching.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Сущность полезной модели поясняется фигурами:The essence of the utility model is illustrated by the following figures:

Фиг. 1. Эпюры монтажных напряжений в поперечном сечении вкладыша: а - от натяга вкладыша; 6 - от снижения диаметра; в – суммарные.Fig. 1. Diagrams of mounting stresses in the cross section of the liner: a - from the tension of the liner; 6 - from reducing the diameter; c – total.

Фиг. 2. Размеры существующих вкладышей: D_вкл - размер в плоскости стыка вкладыша, D_рш - диаметр постели блока или расточки нижней головки.Fig. 2. Dimensions of existing liners: D _inc - size in the plane of the liner joint, D _рш - diameter of the block bed or bore of the lower head.

Фиг. 3. Размеры предлагаемых вкладышей: D_выкл - размер в плоскости стыка вкладыша, D_пш - диаметр постели блока или расточки нижней головки шатуна.Fig. 3. Dimensions of the proposed liners: D _off - size in the plane of the liner joint, D _psh - diameter of the block bed or bore of the lower connecting rod head.

Использованные источникиUsed sources

1. Денисов А.С, Кулаков А.Т. Анализ причин эксплуатационных разрушений шатунных вкладышей двигателей КамАЗ // Двигателестроение. - 1981. - №9 - С. 37-40.1. Denisov A.S., Kulakov A.T. Analysis of the causes of operational destruction of connecting rod bearings of KamAZ engines // Dvigatelestroyeniye. - 1981. - No. 9 - P. 37-40.

2. Авторское свидетельство на изобретение №1810640 Российская Федерация, МПК F16C17 (2006/01). Подшипник скольжения. Денисов А.С., Кулаков А.Т., Неустроев В.Е. - 4268627/27, заявл. 30.03.1987; опубл. 23.04.1993, бюл. №15.2. Copyright certificate for invention No. 1810640 Russian Federation, IPC F16C17 (2006/01). Sliding bearing. Denisov A.S., Kulakov A.T., Neustroev V.E. - 4268627/27, application. 03/30/1987; publ. 04/23/1993, bulletin. No. 15.

3. Патент на полезную модель №90511 Российская Федерация, МПК F16C 17/02. Подшипник скольжения. Денисов А.С, Сахапов И.А., Кулаков А.Т., Хабибуллин Р.Г. - 2009134508/22, заявл. 15.09.2009; опубл. 10.01.2010.3. Utility model patent No. 90511 Russian Federation, IPC F16C 17/02. Sliding bearing. Denisov A.S., Sakhapov I.A., Kulakov A.T., Khabibullin R.G. - 2009134508/22, application. 09/15/2009; publ. 01/10/2010.

4. Быков В.Г., Салтыков М.А., Горбунов М.Н. Причины необратимых формоизменений тонкостенных вкладышей и пути повышения надежности подшипников высоконагруженных дизелей // Двигателестроение. - 1980. -№6. - С. 54-57.4. Bykov V.G., Saltykov M.A., Gorbunov M.N. Causes of irreversible deformations of thin-walled liners and ways to improve the reliability of bearings of highly loaded diesel engines // Dvigatelestroyeniye. - 1980. -No. 6. - pp. 54-57.

5. Кулаков А.Т. Разработка способа диагностирования шатунных подшипников двигателей и практических рекомендаций для снижения их отказов в процессе эксплуатации (на примере КамАЗ-740) / А.Т. Кулаков. Дисс. канд. техн. наук. Саратов, 1986. - 173 с.5. Kulakov A.T. Development of a method for diagnosing connecting rod bearings of engines and practical recommendations for reducing their failures during operation (using the example of KamAZ-740) / A.T. Kulakov. Diss. Ph.D. tech. Sci. Saratov, 1986. - 173 p.

Claims

Bearing liner for an internal combustion engine, made of a steel base with an anti-friction layer in the form of a half ring, with the edges of the liner compressed towards the center, with the possibility of stretching the working surface of the liner after installation.