1.6.2 Кавитационное изнашивание подшипников

Явление кавитации связано с возникновением и развитием в жидкости паро- или газовоздушных пузырьков. В подшипнике скольжения насыщение слоя смазки очагами кавитации происходит в результате особенностей течения масла в зазоре подшипника, приводящих к появлению в жидкости зон неустойчивого течения; попадания в масло воды и создания газоводомасляных эмульсий; появление разрежений в потоке масла при обтекании им различных препятствий; захватывания воздуха и пузырьков масла извне в процессе вращения вала.

Подшипники скольжения двигателей внутреннего сгорания имеют некоторые особенности, что способствует возникновению кавитационного течения жидкости, а именно: наличие сложной формы маслораспределительных канавок и отверстий; резкие колебания давления смазки в слое за счет движения вала с интенсивным изменением эксцентриситета по времени, что вызывает дополнительные очаги кавитации в виде отрывных течений в смазочном слое; наличие в смазке воздушных пузырьков, продуктов неполного сгорания топлива, присадок, абразивных частиц.

В зоне повышенных давлений пузырьки, содержащиеся в смазке, захлопываются. Скорость движения потока жидкости при захлопывании пузырьков достигает, по данным исследований 30 м/с. Многократные удары частиц масла по одному и тому же участку в конечном итоге приводят к разрушению поверхностных слоев антифрикционного материала, а при определенной величине этих разрушений — к выходу вкладышей из строя.

В последнее время по мере роста мощностей двигателей доля ка-витационного износа по сравнению с остальными видами, в частности абразивным и усталостным, возросла, и для некоторых дизелей кавитационный износ является серьезным препятствием повышения долговечности подшипникового узла и дизеля в целом.

Исследование работы подшипников позволило выявить два типа кавитационного изнашивания подшипников скольжения коленчатых валов: образующееся на всей или большей части поверхности одновременно всех вкладышей данного дизеля; носящее локальный характер в определенных местах отдельных вкладышей данного дизеля.

Для первого типа кавитационного изнашивания характерным является наличие на вкладышах больших участков мелкой ряби губчатого вида, которые под микроскопом напоминают ямки глубиной 0,1—0,3 мм с размытыми краями, находящимися в непосредственной близости друг от друга. Установлено, что такое повреждение вкладыша связано с попаданием в масло воды и последующим понижением его вязкости. Попадание воды в масло особенно сильно увеличивает скорость кавитационного изнашивания, что влечет за собой рост зазоров в подшипниках за счет контактного износа шейки и вкладышей с повышенной шероховатостью, вызванной кавитационным изнашиванием.

Лабораторные исследования, проведенные с образцами из баббитов БК2, БК, Б83 и с использованием масел различной вязкости, позволили установить, что кавитационное изнашивание начинается на поверхности со стороны входа потока смазки и имеет губчатый характер; снижение вязкости масла увеличивает скорость изнашивания; при попадании воды в масло интенсивность изнашивания в 6 раз больше, чем при использовании масла малой вязкости; скорости скольжения, при которых начинается кавитационное изнашивание баббитовых образцов, весьма малы (0,5 м/с); интенсивность кавитационного изнашивания связана с коррозионной стойкостью материала —на кальциевом баббите БК, наименее стойком к атмосферной коррозии, при одинаковых условиях испытаний она выше, чем на других образцах. Кавитационный износ первого типа обычно отмечается в равной степени на всех вкладышах коленчатого вала дизеля, работающего на обводненном масле или с пониженной вязкостью.

Локальные кавитационные повреждения отмечаются на вкладышах подшипников, не имеющих кольцевой маслораспределительной канавки, и обнаруживаются уже в начальный период работы дизеля даже при сдаточных испытаниях на стендах завода-изготовителя. Наиболее интенсивное кавитационное изнашивание имеет место в начальный приработочный период (30—40 ч). На вкладышах с полной кольцевой канавкой такого рода повреждения обычно не встречаются.

Участки кавитационного износа располагаются в начальной части вкладыша по направлению вращения шейки вала (рисунок 1.22 ж). Разрушения остаются локализованными, развиваясь в глубину слоя и по площади. Кавитационному изнашиванию подвергаются главным образом верхние, более мягкие антифрикционные слои многослойных вкладышей.