1

UKŁAD TŁOKOWO - KORBOWY

•

tłok z pier cieniami

•

sworze tłokowy z pier cieniami zabezpieczaj cymi (sworze pływaj cy)

•

korbowód kompletny: z panewkami i rubami

•

wał korbowy (ew. z dokr canymi przeciwci arami i ich rubami)

•

koło zamachowe ze rubami

•

tłumiki drga skr tnych

•

ło yska główne i korbowe

•

pier cienie (ew. półpier cienie) oporowe ustalaj ce osiowo wał korbowy

•

elementy nap du osprz tu: koło pasowe do nap du pr dnicy; koło paska z batego do

nap du: rozrz du, pompy wtryskowej; koła z bate do nap du: rozrz du, pompy

wtryskowej, pompy olejowej, aparatu zapłonowego; koło ła cuchowe do nap du

rozrz du, pompy wtryskowej

•

tylne uszczelnienie wału korbowego

•

przednie uszczelnienie wału korbowego

TŁOK

Zadania tłoka:

−

przej cie przez denko tłoka nacisku gazów spalinowych

−

przekazanie siły gazowej wraz z własnymi siłami bezwładno ci na sworze , korbowód

i wał korbowy

Konstrukcja tłoka musi uwzgl dnia :

−

du e obci enia mechaniczne

−

odprowadzanie ciepła od denka do cian cylindra

−

prowadzenie tłoka w tulei i przej cie bocznego nacisku

−

współprac z tulej z małym tarciem

−

zapewnienie małego zu ycia oleju

Cz ci tłoka:

−

denko

−

próg ogniowy

−

cz

pier cieniowa

−

piasty tłoka, zwi zane z denkiem ebrami

−

cz

prowadz ca, spełniaj ca rol wodzika i przekazuj ca boczny nacisk na gład

cylindra

Materiały na tłoki

W silnikach samochodowych wył cznie stopy lekkie aluminium z krzemem- siluminy

W stosunku do eliwa stopy lekkie maj :

−

mniejsz wytrzymało w wysokiej temperaturze

−

wi kszy współczynnik rozszerzalno ci cieplnej

−

mniejsz odporno na cieranie

−

mniejsz twardo

−

mał g sto

−

dobre przewodnictwo cieplne

Tłoki s odlewane w kokilach. Tylko w silnikach b. wysilonych tłoki s kute lub prasowane.

Odlew w kokilach zapewnia dokładne wymiary i dostateczn gładko nie obrabianych

powierzchni. Dzi ki szybkiemu stygni ciu nast puje poprawa

wła ciwo ci

wytrzymało ciowych.

Stopy aluminium z krzemem:

−

AK 12 - eutektyczny stop Al z Si (12 %); dzi ki du ej zawarto ci Si mały współczynnik

rozszerzalno ci cieplnej

−

AK 20 - nadeutektyczny stop Al z Si (20 %) do silników doładowanych i bardziej

obci onych cieplnie

2

Temperatura tłoków
Maksymalna temperatura gazów:

−

ZI - 2500

°

C

−

ZS - 1900

°

C

Najwy sza temperatura - rodek denka tłoka.

Temperatura górnej cz ci tłoka powinna by mniejsza od 400

o

C; w przeciwnym

wypadku mog powstawa p kni cia kraw dziowe (rysy). Dla obni enia temperatury tłoka

- ebra odgrywaj ce rol radiatorów.

Rodzaje tłoków:

−

jednolite (z jednego materiału)

−

z wkładkami kompensacyjnymi

Tłoki jednolite

Stosowane do silników mniej wysilonych. Niekiedy maj sko ne przeci cie cz ci no nej -

dopasowuj si do cylindra.

Tłoki z wkładkami kompensacyjnymi

Lepsza współpraca z gładzi , mniejszy luz (mniejszy hałas) - współczynnik

rozszerzalno ci materiału tłoka jest dwukrotnie wi kszy ni dla materiału cylindra.

W silnikach ZI - tłoki autothermic: dwie zatopione wkładki stalowe, tworz ce układ

bimetalowy. Stosuje si równie przeci cie mi dzy cz ciami pier cieniow i prowadz c

- mniejszy przepływ ciepła.

W silnikach ZS - z powodu wi kszych obci e nie stosuje si przeci . Te stosuje si

tłoki autothermic.

W wysilonych silnikach ZI i ZS - stalowe wkładki pier cieniowe w miejscu, gdzie cz

prowadz ca jest najgor tsza (górna cz

) - zmniejsza si rozszerzalno ciepln tłoka.

Niekiedy stosuje si wkładki segmentowe - szczególnie w tłokach silników chłodzonych

bezpo rednio (b. obci onych cieplnie).

Konstrukcja tłoka

Denko tłoka

Grubo denka tłoka:

−

odpowiednia wytrzymało

−

szybkie odprowadzenie ciepła

Cz

prowadz ca tłoka

Umieszczenie sworznia:

−

w połowie cz ci prowadz cej - najbardziej równomierny nacisk na gład

−

w pobli u rodka masy tłoka - zmniejsza skłonno do „w ykowania” - ma to wpływ na

zu ycie cz ci prowadz cej tłoka i gładzi

W dolnej cz ci tłoka stosuje si wyci cia ze wzgl du na przeciwci ary.

Piasty tłoka

Słu do uło yskowania sworznia. Du e s obci enia mechaniczne, musz by wi c b.

sztywne - dlatego u ebrowania w tłoku.

Cz

pier cieniowa

Mniejsza liczba pier cieni:

−

gorsze uszczelnienie

−

mniejsze straty tarcia (50 % strat mechanicznych w silniku to straty tarcia pier cieni

tłokowych)

−

wyeliminowanie jednego pier cienia to 2 % N

e

Tłoki o D < 90 mm maj dwa pier cienie uszczelniaj ce i jeden pier cie zgarniaj cy.

W silnikach ZS niekiedy dwa pier cienie zgarniaj ce (drugi w cz ci dolnej tłoka).

W celu zmniejszenia zu ycia rowków pier cieniowych zalewa si w tłoku pier cieniow

wkładk z eliwa austenitycznego.

Odst py mi dzy pier cieniami - około 1,5 wysoko ci pier cienia uszczelniaj cego.

Próg ogniowy - cz

do 1. pier cienia uszczelniaj cego.

3

Odpowiednia wysoko progu ogniowego:

−

obni enie temperatury pierwszego pier cienia uszczelniaj cego

−

współpraca pier cienia z chłodzon cz ci tulei

Próg ogniowy obrabiany jest do R

a

= 2,5 lub 5

µ

m.

Niekiedy stosuje si w skie łobki progu ogniowego w celu poprawy uszczelnienia.

Katarakta (zapora ogniowa) - rowek nad pier cieniami tłokowymi. Nagar w katarakcie

stwarza du y opór cieplny - strumie ciepła cz ciowo omija 1. pier cie .

Obróbka tłoków

Technologiczne wytoczenie na wewn trznej rednicy tłoka (H7), niekiedy baza na

wewn trznej rednicy tłoka.

Kształtowanie powierzchni bocznej:

−

sto ek

−

sto ek ze stałym owalem

−

sto ek ze zmiennym owalem

−

beczka

−

beczka ze stałym owalem

−

beczka ze zmiennym owalem

Ostateczny kształt wyznaczany jest w wyniku bada prototypu ( lady zatar ).

Ukształtowanie powierzchni bocznej w celu kompensacji ze wzgl dów na odkształcenia

termiczne.

Obróbka

skrawaniem:

toczenie

lub szlifowanie

powierzchni bocznej

do

R

a

= 0,63

÷

1,25

µ

m. Niekiedy stosuje si rowkowanie powierzchni bocznej tłoka w celu

utrzymywania oleju.

Obróbka powierzchniowa cz ci prowadz cej w celu szybszego docierania:

−

chemiczne pokrywanie cyn na grubo 1

÷

3

µ

m

−

przesycanie powierzchni grafitem koloidalnym

W celu poprawy wła ciwo ci przy rozruchu na zimno - pokrywanie powierzchni cz ci

prowadz cej ołowiem lub cyn .

Tłoki współpracuj ce z cylindrami aluminiowymi pokrywane s chromem lub eliwem

(warstwa około 20

µ

m grubo ci).

Selekcja rednicy cz ci prowadz cej - ze wzgl du na luzy tłoki selekcjonuje si na 2

÷

5

grup (co 0,01 mm). W małych silnikach ZI minimalny luz wynosi 0,02 mm, w du ych ZS

÷

0,25 mm.

Ze wzgl du na du e napr enia (mechaniczne i cieplne) nie stosuje si w tłokach

adnych ostrych kraw dzi (oprócz dolnej kraw dzi tłoka).

Rowki na pier cienie

Gł boko rowków uszczelniaj cych jest o 0,4

÷

1 mm wi ksza ni szeroko pier cieni,

dla pier cieni zgarniaj cych 0,8

÷

1,5 mm.

Rowki na pier cienie zgarniaj ce maj kanaliki olejowe (wiercone lub pozostałe po

toczeniu).

Dolna kraw d tłoka mo e by zaostrzona - spełnia wówczas rol zgarniaj c olej.

Otwory na sworznie tłokowe

Wykonywane w 4. klasie dokładno ci. rednice otworu s selekcjonowane w 2

÷

4

grupach (w du ych silnikach ZS selekcji nie stosuje si ).

Wymagania prostopadło ci osi sworznia do osi tłoka.

Od strony wewn trznej otwory s sfazowane - ze wzgl dów zm czeniowych. Po

zewn trznej stronie rowki na pier cienie osadcze (dla sworzni pływaj cych).

Dezaksacja – mimosiowo przesuni cie osi sworznia w stosunku do osi tłoka w stron

wi kszego nacisku w celu zmniejszenia hała liwo ci na skutek w ykowania tłoka:

−

ZI:

0,2

÷

2 mm

−

ZS:

0,5

÷

2,5 mm - o kierunku cz sto decyduje chronienie progu ogniowego,

np. kierunek rozprzestrzeniania si płomienia

Selekcja wymiarów tłoków:

−

rednicy zewn trznej cz ci prowadz cej

−

rednicy otworu pod sworze

4

−

masy (nadlewy do dopasowywania mas) - dopuszczalna odchyłka masy (

±

1%):

ZI

2,5

÷

5 g

ZS

÷

15 g

−

odległo ci osi sworznia w silnikach ZS (ze wzgl du na odległo denka tłoka od

głowicy w GZP)

Na denku tłoka: wybite znaki i cyfry (najwi ksza rednica cz ci prowadz cej). Strzałka

oznacza przód silnika.

Oznakowanie tłoka nadwymiarowego: wybity znak lub kropka kolorowego lakieru.

PIER CIENIE TŁOKOWE

Pier cienie tłokowe słu do:

−

uszczelnienia tłoka w cylindrze

−

ułatwienia odpływu ciepła z tłoka

−

rozprowadzenia oleju po gładzi

−

zgarniania oleju z gładzi

Pier cienie osadzane s suwliwie w rowkach.

Materiały i wykonanie

Wymagania: mały współczynnik tarcia, du a odporno na cieranie, du a wytrzymało

w wysokiej temperaturze.

Temperatura pier cienia powinna by mniejsza od 250

°

C (tzn. gładzi mniejsza od

200

°

C).

Na pier cienie stosuje si

−

eliwa perlityczne z dodatkiem chromu

−

eliwa sferoidalne

Pier cienie s odlewane indywidualnie w postaci tzw. choinki lub w postaci tulei

odlewanych od rodkowo.

Pier cienie s przeci te. Aby nacisk był równomierny musz by odkształcone podczas

monta u

−

obróbka cieplna (termofiksacja)

−

toczenie kopiowe (obecnie stosowane)

Pier cienie uszczelniaj ce

−

walcowe z przekrojem prostok tnym

−

sto kowe (k t wierzchołkowy sto ka - około 15’, dlatego nazwa „Minutenring”)

−

trapezowe (jedno- lub dwustronne)

−

Pier cienie zgarniaj ce

−

zwykłe

−

sto kowo - walcowe

−

noskowe

Nale y stosowa pier cienie:

−

najni sze (l ejsze, mniej wybijaj rowki)

−

wzmocnione (szersze) - naciski na gład s dla pier cieni uszczelniaj cych około

0,2 MPa, a dla zgarniaj cych około 0,4 MPa

Pier cienie zgarniaj ce o zwi kszonej skuteczno ci

−

ze spr ynami rozpieraj cymi ( rubow lub falist ) - naciski do 1,8 MPa

−

stalowe - w postaci dwóch cienkich płytek stalowych dociskanych do gładzi za pomoc

elementów spr ystych

Zamki pier cieni

Przeci cie promieniowe po wło eniu do tulei:

−

0,2

÷

0,6 mm dla pier cieni uszczelniaj cych

−

0,05

÷

0,1 mm dla pier cieni zgarniaj cych

5

Tolerancje wysoko ci pier cieni tłokowych: -0,01

÷

- 0,022 mm.

Luzy osiowe pier cieni w tłokach

ZI

1.

pier cie uszczelniaj cy

0,04

÷

0,05 mm

2.

pier cie uszczelniaj cy

0,03

÷

0,04 mm

pier cie zgarniaj cy

0,02

÷

0,03 mm

ZI

1.

pier cie uszczelniaj cy

0,08

÷

0,13 mm

2.

pier cie uszczelniaj cy

0,05

÷

0,10 mm

3.

pier cie uszczelniaj cy

0,02

÷

0,05 mm

pier cie zgarniaj cy

0,02

÷

0,05 mm

Powłoki ochronne pier cieni

Głównie 1. pier cie uszczelniaj cy i pier cie zgarniaj cy

−

elektrolityczne chromowanie (porowatym chromem) na grubo 0,06

÷

0,25 mm

−

molibdenowanie na grubo 0,1

÷

0,3 mm i docieranie powłoki z molibdenu na

powierzchni kuli (brzegi ni sze o = 0,003

÷

0,012 mm)

Do współpracy z tulejami chromowanymi - warstwa z w glików chromu i molibdenu

nakładana plazmowo.

Dla ułatwienia docierania pokrycie warstw cyny lub kadmu – 5...10

µ

m.

Pier cienie elazowane - w wypadku du ego zu ywania si tulei.

Ochrona pier cieni przed korozj - fosforanowanie.

SWORZE TŁOKOWY

Du e obci enie, ci kie warunki pracy.

Wymagania:

−

du a sztywno

−

du a wytrzymało zm czeniowa

−

odporno powierzchni na zu ycie

W PN sworznie w postaci rur:

−

typu A dla silników ZI

−

typu B (o grubszych ciankach) dla silników ZS

Sworznie tłokowe:

−

pływaj ce - zabezpieczone pier cieniami osadczymi

−

zaci ni te w główce korbowodu

Materiały

Stale do naw glania 15HN, 15H, 16HG, 15HGM.

Twardo powierzchni naw glanej po zahartowaniu 58

÷

62 HRC.

Wykonanie powierzchni:

zewn trznej

R

a

= 0,05

÷

0,16

µ

m

wewn trznej

R

a

= 2,5

÷

5

µ

m

rednica zewn trzna wykonana h4 lub h5 i selekcja na 2 lub 3 grupy.

Do monta u tłoki podgrzewa si do temperatury 60

÷

80

°

C.

KORBOWÓD

Korbowód przenosi sił gazow za po rednictwem sworznia na wał korbowy. Korbowód

wykonuje zło ony ruch płaski (wahadłowy).

6

Korbowód kompletny:

−

główka korbowodu z trzonem i stop (stopa - inaczej cz

przytrzonowa)

−

pokrywa korbowodu

−

tulejka główki korbowodu

−

dwie półpanewki korbowodu

−

ruby korbowodowe

Stopa korbowodu i pokrywa wraz ze rubami i półpanewkami tworz łeb.

Długo korbowodu - odległo mi dzy osiami otworów w główce i w łbie - „l”.

Wska nik długo ci korbowodu

λ = =

÷

r

l

0 25 0 3

,

,

Główka korbowodu

Szeroko główki jest o około 50 % wi ksza od długo ci podparcia sworznia w pia cie.

Luz osiowy mi dzy główk a piastami 1

÷

3 mm na stron .

Tulejka główki (tylko dla sworzni pływaj cych) wciskana w główk z pasowaniem H6/s6

lub H6/t6.

Starsze rozwi zanie: tulejka lita z br zu fosforowego B101 - toczona, nowe: tulejka

zwijana z ta my bimetalowej - ta my stalowej o grubo ci około 1 mm, pokrytej na grubo

0,3

÷

0,5 mm br zem cynowo - ołowiowym B1010.

Otwór wewn trzny tulejki po wci ni ciu w główk podlega selekcji (2 grupy).

W celu smarowania ło yska główka korbowodu - sworze stosuje si niekiedy naci cia

lub nawiercenia główki.

Trzon korbowodu

Przekrój dwuteowy z du ymi, łagodnymi zaokr gleniami. Łagodne zmiany przekrojów ze

wzgl dów zm czeniowych.

Łeb korbowodu

Dzielony, składa si z cz ci przytrzonowej (stopy) i pokrywy.

Wymagania:

−

du a wytrzymało

−

du a sztywno

Wymiary łba korbowodu wyznaczaj : rednica czopa korbowego i rub korbowodowych.

B. celowe jest zapewnienie mo liwo ci wyjmowania korbowodu przez tulej cylindrow .

Podział łbów korbowodu:

−

prosty (prostopadły do osi korbowodu)

−

sko ny (40

÷

55

°

)

Ustalenie pokrywy korbowodu w stosunku do stopy:

−

ruby korbowodowe pasowane (przy podziale prostym)

−

poł czenie z bkowane

−

rowki i wyst py w obu cz ciach (zamek)

−

odłamanie pokrywy korbowodu metod klina hydraulicznego – (ang.) cracked

connecting – rod lub (niem.) Crack-Pleuel

W 2. i 3. wypadku ustalenie poprzeczne przez powierzchnie wału korbowego na jego

ramionach.

Otwór w łbie na panewk korbowodu wykonuje si na gotowo po dokr ceniu rub.

Materiały i wykonanie korbowodów

Korbowody mniej obci one - stale w glowe 35, 40, 45, ulepszone cieplnie do R

m

= 700

÷

800 MPa.

Korbowody b. obci one - stale niskostopowe 40H, 36HNM, ulepszane cieplnie do R

m

=

1000

÷

1100 MPa.

7

Korbowody kute

Kucie w foremnikach, najcz ciej trzon razem z pokryw w dwóch fazach: redniej

i wi kszej dokładno ci. Pochylenia ku nicze około 7

°

. Cz sto dodatkowa obróbka

powierzchniowa - kulowanie po gratowaniu i szlifowaniu wypływek. Dzi ki temu poprawa

wytrzymało ci zm czeniowej o 40

÷

45 %.

Po odci ciu lub odłamaniu pokrywy - obróbka skrawaniem.

Niekiedy jako operacja ostatnia - polerowanie trzonów (stosowane rzadko, np. w silnikach

Leyland oraz silnikach lotniczych), mimo e polerowanie powoduje powstanie warstwy

amorficznej, niekorzystnej ze wzgl dów zm czeniowych (niejednorodno strukturalna

warstwy wierzchniej).

Korbowody odlewane

Od lat 70. (GMC, FIAT) coraz cz ciej stosowane, głównie do silników ZI.

eliwo ci gliwe, modyfikowane magnezem lub sferoidalne.

Korbowody odlewane s ta sze, bardziej wytrzymałe na obci enia zm czeniowe,

konieczne jednak wzmocnienie trzonu.

Podział korbowodu – pokryw korbowodu oddziela si od cz ci trzonowej przez

odłamanie za pomoc klina hydraulicznego

Selekcja masy korbowodów

Dopuszczalne ró nice masy korbowodów:

ZI:

8 g

ZS:

15 g

Ró nice mas główki:

ZI:

3 g

ZS:

5 g

W celu wyrównywania mas wykonuje si na łbie i główce korbowodu zakuwki lub

nadlewy.

Obci enie korbowodu

Najwi ksze napr enia wyst puj w miejscach:

−

główka korbowodu w punkcie styczno ci z łukiem ł cz cym j z trzonem

−

trzon korbowy w najmniejszym przekroju

−

przej cie trzonu w stop

−

rodkowy przekrój pokrywy

−

miejsce wyci w łbie i pokrywie na ruby (du y karb)

RUBY KORBOWODOWE

Jeden z najbardziej obci onych elementów silnika: du e siły, małe wymiary.

Uszkodzenie ruby - zniszczenie silnika

Wymagania i wła ciwo ci

−

zmniejszenie do minimum zjawiska karbu ze wzgl du na wytrzymało zm czeniow :

−

du y promie łuku przej cia od łba ruby do trzpienia

−

gwint drobnozwojny drugiego szeregu, zwykle walcowany po obróbce cieplnej

−

nakr tki rub maj o 15 % mniejsz rozwarto klucza i o 15 % wi ksz wysoko

−

ruby korbowodów o prostym podziale łba maj walcow cz

ustalaj c cz ci

korbowodu H8/e9

−

ze wzgl du na du e napr enia wst pne - brak dodatkowych zabezpiecze przed

odkr caniem si

−

ruby korbowodów o sko nym podziale łba nie maj cz ci ustalaj cych

W wypadku odłamania pokrywy korbowodu nie wyst puje potrzeba rodkowania pokrywy

na rubie korbowodowej, poniewa pokrywa odłamuje si na granicy ziaren.

8

Materiały rub korbowodowych oraz nakr tek

Stale o wytrzymało ci na rozci ganie

R

m

= 1000

÷

1200 MPa

R

e

= 900

÷

1100 MPa

Najcz ciej stale stopowe, np. 36HNM.

Uwagi eksploatacyjne

Moment dokr cania rub korbowodowych (wzór empiryczny)

[

]

M

P

d

N m

ws

ws

s

=

⋅

⋅

6500

d

s

[mm] - rednica nominalna ruby

P

ws

[N]

Im lepsze jest wykonanie ruby, tym moment jest mniejszy (mniejszy jest moment tarcia).

Pomiar napi cia wst pnego w szczególnie odpowiedzialnych poł czeniach- przez pomiar

wydłu enia ruby.

Pierwsze dokr canie ruby dogładza gwint. Dlatego nale y dokr ci rub okre lonym

momentem, odkr ci o około 90

°

i dokr ci ponownie tym samym momentem.

Niekiedy dokr ca si nie okre lonym momentem tylko o okre lony k t - skutek jest

podobny.

ruby korbowodowe s cz ciami jednorazowego u ytku.

WAŁ KORBOWY

Zadanie - zamiana ruchu post powego tłoków i płaskiego ruchu korbowodu na ruch

obrotowy wału korbowego.

Siły działaj ce na wał korbowy:

−

parcia gazów

−

siły bezwładno ci: własne, korbowodów i tłoków kompletnych

Zło ony stan napr e w wale korbowym:

−

zginanie

−

skr canie

−

ciskanie i rozci ganie

−

naciski powierzchniowe

−

drgania

Budowa wału korbowego

−

czopy korbowe

−

czopy główne

−

ramiona

−

otwory olejowe

−

przeciwci ary

−

zako czenia wału: przednie i tylne

−

uszczelnienia

−

tłumik drga skr tnych

−

ło yska

−

koło zamachowe

Czopy korbowe

Wymagania dotycz ce wymiarów:

−

ograniczenie nacisków jednostkowych (obci enie powierzchniowe)

−

ograniczenie pr dko ci obwodowej ze wzgl du na prac ło yska lizgowego

−

umo liwienie wyjmowania korbowodów przez cylindry

−

ograniczenie długo ci silnika

−

zapewnienie dostatecznej sztywno ci wałowi

Stosuje si zgodnie z praktyk wymiary: d

k

i l

k

.

9

rednice czopów wykonywane s w 6. klasie dokładno ci: R

a

= 0,16

÷

0,32

µ

m.

Promie przej cia w rami mo liwie najwi kszy (ze wzgl du na karb).

Czopy główne

Wymagania jak w wypadku czopów korbowych (oprócz wyjmowania korbowodu przez

cylindry). Dodatkowo: silne ograniczenie długo ci czopów ze wzgl du na sztywno wału.

Liczba ło ysk głównych - ze wzgl du na wysilenie współczesnych silników: ło yska

główne mi dzy wszystkimi cylindrami. Jest to rozwi zanie dro sze, nieznacznie mniejsza

sprawno mechaniczna, du a poprawa trwało ci silnika dzi ki mniejszym obci eniom

ło ysk i równomierniejszemu obci eniu kadłuba.

Ramiona wałów korbowych

W wałach podpartych co cylinder powierzchnie prostopadłe do osi s całkowicie

obrobione.

Wymiary ramion: grubo i szeroko dobierane zgodnie z praktyk .

W celu zmniejszenia masy wału korbowego stosuje si :

−

ci cia ramion

−

w ramionach i czopach korbowych wykonuje si du e otwory; umieszcza si je

w czopach, na du ych promieniach, niekiedy sko nie

−

niekiedy w czopach głównych stosuje si otwory odci aj ce, zawsze w osi wału

−

dr one s równie wały odlewane

Otwory olejowe

Otwory doprowadzaj ce olej smaruj cy z czopów głównych do korbowych.

Rzadko otwory w wałach s głównym kolektorem olejowym (PF 125p., PF 126p.).

Otwory olejowe maj rednice 5

÷

8 mm ze wzgl dów technologicznych. S one

przelotowe ze wzgl du na łatwo oczyszczania.

Usytuowanie otworów olejowych:

w czopach głównych

−

rodek długo ci najmniej obci onych czopów głównych

−

poło enie obwodowe oboj tne - panewka ma zasilaj cy rowek obwodowy

w czopach korbowych: w miejscu, gdzie wyst puj najmniejsze naciski w czasie całego

cyklu pracy; jest to zwykle k t 40

÷

60

°

. Cz sto stosuje si k t 90

°

i wierci si czop

przelotowo prostopadle do osi ramienia.

W czopie głównym dwa otwory s tylko wtedy, gdy w dolnej półpanewce nie ma rowka ze

wzgl du na jej obci enie.

Otwory olejowe od czopów głównych do korbowych s wiercone sko nie.

Przeciwci ary

Słu do cz ciowego wyrównowa enia wewn trznego sił od rodkowych,

pochodz cych od elementów układu tłokowo - korbowego, wykonuj cych ruch obrotowy

(cz ciowe wyrównowa enie wału mi dzy ło yskami).

Szczególnie w 4 - i 6 -cylindrowych silnikach rz dowych prawie całkowicie (4R) i

całkowicie (6R) naturalnie wyrównowa onych zewn trznie wa ne jest odci enie

ło yska rodkowego przez zmniejszenie za pomoc przeciwci arów momentu

zginaj cego wał korbowy.

Na ogół ze wzgl dów konstrukcyjnych i technologicznych za pomoc przeciwci arów

wyrównowa a si 50

÷

80 % oddziaływania masy wału korbowego i masy korbowodu

pozostaj cej w ruchu obrotowym.

Przeciwci ary maj taki kształt, aby:

−

masa była jak najmniejsza

−

moment statyczny był jak najwi kszy

Minimalna odległo przeciwci aru od dolnej cz ci tłoka 2

÷

3 mm.

Przeciwci ary odkuwane lub odlewane ł cznie z wałem - najcz ciej 1 przeciwci ar na

1 cylinder.

W du ych silnikach o ZS - przeciwci ary przykr cane: kute lub odlewane ze staliwa lub

10

eliwa (najcz ciej ci gliwego).

Mocowanie przeciwci arów:

−

boczny zamek

−

tulejki oraz ruby pracuj ce na rozci ganie

Zako czenie wału korbowego

Tylne zako czenie

Kołnierz, do którego przykr ca si koło zamachowe.

rodkowanie koła zamachowego na:

−

rednicy zewn trznej kołnierza

−

na odsadzeniu

Kołnierz stanowi element tylnego uszczelnienia silnika za pomoc pier cienia Simmera,

dlatego nieprzelotowe otwory mocuj ce koło zamachowe.

Przednie zako czenie

Umo liwia mocowanie elementów:

−

koło nap dzaj ce rozrz d

−

koło nap dzaj ce pomp oleju

−

odrzutnik, oleju

−

koło pasowe nap dów pomocniczych: wentylatora, pr dnicy, pompy cieczy chłodz cej,

elementów klimatyzacji

−

tłumik drga skr tnych

−

zaz biacz do obracania wałem (do rozruchu r cznego)

Cz sto przed zako czeniem wału korbowego - odrzutniki oleju: blaszane,

zawulkanizowane lub zaci ni te na wale.

Równie bywa uszczelnienie gwintowe: gwint prostok tny lub zaokr glony

(prawozwojno lub lewozwojno gwintu ma zapewni nie wyci ganie oleju z wn trza

silnika i jest zwi zana z kierunkiem obrotów wału korbowego).

−

Materiały i wykonywanie

Wały odkuwane

Stale: w glowe 40, 45 o rozrzucie zawarto ci w gla < 0,05 %; niskostopowe (chromowe,

molibdenowe), np. 40H, 40HM - lepiej si ulepszaj i hartuj powierzchniowo.

Czopy wałów korbowych s hartowane powierzchniowo do 50

÷

62 HRC na gł boko 3

÷

5 mm. Po zahartowaniu powierzchni - prostowanie i wygrzewanie wału przez 2 h

w temperaturze 200

°

C.

Wały odlewane

eliwa: sferoidalne stabilizowane magnezem (0,05

÷

0,1 mm), ci gliwe, perlityczne

i stopowe.

Czopy utwardzane powierzchniowo przez hartowanie indukcyjne.

Du a oszcz dno materiału - mniejsze naddatki na obróbk , dowolne wybrania.

Wały odlewane maj :

−

mniejsz wytrzymało , zwłaszcza na zginanie

−

s bardziej odporne na obci enia zm czeniowe

−

lepsz zdolno do tłumienia drga

−

wi ksz tolerancja na niewspółosiowo ło ysk dzi ki mniejszemu modułowi

spr ysto ci

Obróbka wzmacniaj ca wały

−

Obróbka cieplna - hartowanie powierzchniowe

−

Obróbka cieplno - chemiczna - azotowanie, w gloazotowanie

−

Chromowanie czopów (0,03

÷

0,06 mm) i polerowanie - zwi ksza odporno na zu ycie

ale pogarsza wła ciwo ci zm czeniowe. Dlatego nale y czopy wcze niej dogniata .

11

Obróbka cieplna i cieplno - chemiczna poprawia odporno na zm czenia.

Wały składane

Rzadko spotykane rozwi zanie w wypadku stosowania ło ysk tocznych lub kadłubów

tunelowych. Musz współpracowa z bardzo sztywnymi kadłubami.

Koło zamachowe

Zadanie - wyrównywanie zmiennego momentu obrotowego silnika. Zmniejsza

nierównomierno obci e układu nap dowego pojazdu.

Czoło koła współpracuje z tarcz sprz głow .

Materiały: eliwo sferoidalne albo szare Zl 250, Zl 300.

Mocowanie

ruby o naci gu powoduj cym odpowiedni moment tarcia, 6

÷

9 razy wi kszy ni M

e max

.

Oprócz rub 1 lub 2 kołki ustalaj ce, niekiedy ruby pasowane.

Otwory mocuj ce s tak dobrane, aby koło było jednoznacznie usytuowane wzgl dem

wału:

−

ze wzgl du na wyrównowa anie (gdy koło jest wyrównowa ane wspólnie z wałem)

−

na kole s znaki odpowiadaj ce GZP w 1. cylindrze.

Na kole jest wieniec z baty do rozruchu silnika. Wieniec wykonywany jest z pr ta -

zwijany, ko ce zespawane.

Przeło enie koło zamachowe-rozrusznik wynosi i = 11

÷

15. Mocowanie wie ca na du y

wcisk około 0,5 mm dla rednic < 350 mm.

Z by wie ca hartowane s pr dami wysokiej cz stotliwo ci.

Tłumiki drga skr tnych

Stosowane w silnikach ZI i ZS, głównie przy długich wałach (c

≥

6), cho w silnikach ZS

bywaj nawet dla c = 3.

Umieszcza si je w przedniej cz ci wału korbowego.

Tłumiki:

−

gumowe

−

z tarciem wiskotycznym (z olejem silikonowym)

Wyrównowa anie wału korbowego i koła zamachowego

Oddzielne wyrównowa anie dynamiczne:

−

wału z przeciwci arami

−

koła zamachowego z wie cem z batym

Wymagana dokładno wyrównowa enia około 0,016 Ncm na 1 kg masy tych cz ci,

mniejsze warto ci dla du ych silników, nawet 0,005 Ncm na 1 kg masy

Korekta przy wyrównowa aniu:

−

sfrezowywanie przeciwci arów

−

wiercenie otworów na obwodzie przeciwci arów

W małych silnikach:

−

wst pne wyrównowa anie wału i koła zamachowego

−

dokładne wyrównowa anie wału z kołem

Ło yska wału korbowego

Praktycznie stosowane s tylko ło yska lizgowe.

Wymagania:

−

dobre odprowadzanie ciepła

−

dobre utrzymywanie filmu oleju

−

wytrzymało na du e naciski (zmienne) i uderzenia

−

umo liwienie wgniatania si twardych cz stek w stop ło yskowy

12

−

niedopuszczenie do przyspawanie si do materiału wału

−

nieuleganie korozji

−

umo liwienie stosowania małych luzów

−

niezmienno wła ciwo ci w długim czasie oraz przy podwy szonych temperaturach

i ci nieniach

Obecnie stosuje si wył cznie panewki cienko cienne.

Panewka cienko cienna - dokładno kształtu otworu wewn trznego panewki zale y

tylko od dokładno ci kształtu gniazda; panewka przyjmuje kształt gniazda

Stosunek grubo ci panewki do rednicy wewn trznej mniejszy od 0,04.

Wykonywanie panewek cienko ciennych

−

materiał: ta ma stalowa walcowana na zimno, niskow glowa 08X lub 10, grubo ci 1,25

÷

3,6 mm

−

na płask ta m :

•

wylewa si

•

spieka si

•

nawalcowywuje si

stop ło yskowy

−

ta m tnie si na odcinki

−

na prasie nadaje si kształt półpanewek

−

wewn trzny otwór obrabia si przez przeci ganie lub przez toczenie diamentem

(w mniejszych seriach); tolerancja grubo ci 0,005

÷

0,01 mm.

−

Zalety panewek cienko ciennych:

−

całkowita wymienno panewek

−

dobre przyleganie do gniazda (dobre odprowadzanie ciepła i du a sztywno )

−

zmniejszenie gabarytów i masy łba korbowodu

Zalecana szeroko panewek 0,3

÷

0,5 rednicy czopa jako kompromis mi dzy no no ci

ło yska a naciskami kraw dziowymi wywołanymi ugi ciami wały.

Stopy ło yskowe

−

Stopy cynowo - ołowiowe (białe metale)

−

Br zy ołowiowe

−

Br zy aluminiowe

Stopy cynowo - ołowiowe (białe metale)

−

wysokocynowe (> 82 % Sn, 11 %Sb, 6 % Cu, 0,35 %Pb)

−

niskocynowe (>75 %Pb, 10 % Sn, 14 %Sb, 1 % Cu)

Maj małe dopuszczalne naciski:

−

wysokocynowe

15 MPa

−

niskocynowe

10 MPa

Stosowane s do mało wysilonych silników.

Grubo warstwy 0,15

÷

0,30 mm, do 0,45 mm w panewkach nadwymiarowych.

Br zy ołowiowe

−

stopy miedzi z cyn i ołowiem: Cu, Pb, około 4 % Sn

−

stopy miedzi z ołowiem: Cu, Pb, około 0,2 % Sn

Stopy miedzi z cyn i ołowiem

−

du a trwało

−

mała odporno na korozj

−

tendencje do przyspawania si do wału

Powierzchni ło yska pokrywa si elektrolitycznie warstewk Pb z dodatkiem Sn i Cu

o grubo ci 0,03

÷

0,04 mm. Poprawia si no no , odporno na korozj . Dopuszczalne

naciski do 32 MPa.

Mi dzy br z ołowiowy a warstw ołowiu kładzie si elektrolitycznie Ni o grubo ci 1

÷

13

2

µ

m. Zapobiega to wykruszaniu si warstwy zewn trznej.

Dodatkowo dodaje si zewn trzn warstw indu o grubo ci kilku

µ

m. Zapobiega ona

korozji. Dopuszczalne naciski do 45 MPa.

Stopy miedzi z ołowiem

−

mniejsza twardo

−

trudno odlewania (wydzielanie si ołowiu w czasie zastygania)

−

mo liwo spiekania stopu miedzi i ołowiu w temperaturze 850

°

C w atmosferze N

2

i H

2

.

−

stosuje si podobne warstwy dodatkowe jak w stopie wysokocynowym

Dopuszczalne naciski do 40 MPa.

Grubo warstwy stopu 0,2

÷

0,4 mm, do 0,85 w panewkach nadwymiarowych.

Stopy aluminiowe

Stopy Al z Sn (około 6

÷

20 %). S one nawalcowywane.

Grubo warstwy przed obróbk wynosi 0,5

÷

1 mm. W celu ułatwienia docierania

i ochrony przed korozj po obróbce warstewka Sn lub Sn - Pb o grubo ci kilku

µ

m.

Du a wytrzymało zm czeniowa.

Naciski dopuszczalne do 45 MPa.

Stopy aluminiowe s najcz ciej stosowanymi stopami ło yskowymi.

Najnowsze rozwi zania:

Tzw. Sputterlager (niem.); ło yska powstałe w wyniku rozpylania jonowego

(implantacji jonowej) twardych pierwiastków, jak bor, tytan w warstwie lizgowej,

zawieraj ce np. nast puj ce warstwy St/Cu Pb 22Sn/NiCr/ALSn 20
Warstwa NiCr – 2

µµµµ

m (warstwa buforowa), warstwa Sputter AlSn 16

µµµµ

m, w warstwie

Sputter rozpylone katodowo cz stki TiO

2

o wymiarze 300 nm.

Sputtering (ang.) – rozpylanie jonowe, rozpylanie katodowe, napylanie katodowe

Dopuszczalna pr dko obwodowa: v = 30m/s

Dopuszczalne naciski:

Samochody osobowe: ło yska korbowodowe; 100 MPa

ło yska główne: 45 MPa

Samochody ci arowe: ło yska korbowodowe; 85 MPa

ło yska główne: 45 MPa

Obci enie panewek

Kryteriami s :

−

naciski jednostkowe

−

pr dko ci obwodowe

−

praca tarcia

−

Osadzanie panewek cienko ciennych w obudowie

Du y wcisk zapewnia odpowiednie przyleganie.

Na styku półpanewek napr enia monta owe na zimno około 100 MPa dla obudowy ze

stali i eliwa, do 200 MPa dla obudowy ze stopów lekkich. Dlatego półpanewka jest

dłu sza od połowy obwodu gniazda - tzw. przekrycie.

Przekrycie mierzy si specjalnym przyrz dem w dokładnie okre lonych warunkach

(głównie docisk).

Luzy w panewkach

Minimalny wymagany luz L

min

zale y od rednicy czopa - d i pr dko ci obrotowej silnika -

n (wzór empiryczny)

(

)

L

d

n

min

,

,

,

=

÷

⋅

⋅

⋅

−

4 5 11 10

4

3 5

0 5

Mniejszy luz - niebezpiecze stwo zatarcia, wi kszy - du e wycieki oleju i hała liwa praca.

Sprawdzanie luzu monta owego: plastykowe pr ciki ciskane mi dzy czopem i ło yskiem.

Szeroko rozgniecenia pr cika i miara luzu monta owego.

14

Elementy konstrukcyjne półpanewek

−

Rowki olejowe

Nale y stosowa tylko w panewkach głównych, cz sto tylko w półpanewkach górnych

−

Otwory olejowe

Tylko w w półpanewkach górnych (cz sto jest jednak inaczej z powodu zmniejszenia

asortymentu półpanewek).

−

Przy styku półpanewek - płytkie ci cia stopu ło yskowego

−

Zaczepy na stykach półpanewek w celu ustawienia panewki we wła ciwym poło eniu

wzgl dem gniazda

−

W gniazdach wyci cia do zamontowania zaczepów

Półpier cienie i pier cienie oporowe

Przenosz siły osiowe od:

−

wyciskania sprz gła

−

koła z batego nap dzaj cego rozrz d, gdy z by s sko ne

−

siły bezwładno ci od zmiany wektora pr dko ci samochodu

Półpier cienie lub pier cienie oporowe po obu stronach jednego ło yska głównego, tzw.

oporowego (ustalaj cego). Jest to ło ysko:

−

tylne

−

rodkowe

−

rzadziej przednie

Warto luzu osiowego wynosi 0,05

÷

0,25 mm.

Półpier cienie lub pier cienie oporowe s wykonywane z ta my stalowej jednostronnie

pokrytej stopem ło yskowym (najcz ciej takim samym jak panewki, bez warstw

uszlachetniaj cych, bo naciski s małe).

Jeden z półpier cieni z kompletu ma wyst p ustalaj cy.

Je li jest tylko 1 półpier cie , nie ma wyst pu ustalaj cego.

Półpier cienie maj rowki olejowe.

Je li oporowym jest przednie ło ysko, to pier cienie mog by niedzielone (mo liwo

monta u). Przed obrotem zabezpieczone mog by kołkami.

Nadwymiarowo panewek i czopów

Liczba podwymiarów czopów i nadwymiarów panewek: 6, maksymalnie 8.

Stopniowanie rednic co 0,25 mm.

Grubo półpanewek zwi ksza si przez zmian grubo ci stopu ło yskowego.