Scan011520100229

276 MATERIAŁY INŻYNIERSKIE

wicie oddzielić współpracujące ze sobą powierzchnie. W warunkach idealnego smarowania hydrodynamicznego nie będzie styku między tymi powierzchniami nawet na wierzchołkach nierówności; nie wystąpi również zużycie materiału. Ponadto poślizg powierzchni będzie się odbywać poprzez ścinanie w samej warstewce oleju. Dzięki temu, przy smarowaniu hydrodynamicznym współczynniki tarcia zmniejszają się do wartości 0,001-0,005.

W praktyce jednakże w łożysku występują zwykle zanieczyszczenia, np. twarde cząstki krzemionki lub, w nowowyprodukowanym silniku, drobne opiłki żeliwne pozostałe po obróbce mechanicznej bloku silnika. Jeżeli cząstki zanieczyszczeń są grubsze niż warstewka oleju w jej najcieńszym miejscu, pojawi się zużycie materiału. Istnieją dwa sposoby rozwiązania tego problemu. Jeden polega na zastosowaniu materiału twardszego niż zanieczyszczenia. Czopy walu korbowego utwardza się, stosując specjalne obróbki cieplno--chemiczne lub cieplne (istotne jest, aby nie utwardzić całego wału, ponieważ wzrasta jego kruchość i mógłby ulec pęknięciu przy obciążeniu dynamicznym). Jednakże nie utwardza się powierzchni samego łożyska. Jak wyjaśnimy dalej, lepsze jest łożysko wykonane z miękkiego materiału. Jeżeli jest on dostatecznie miękki, cząstki zanieczyszczeń zostaną wgniecione w powierzchnię łożyska i nie będą powodowały zużycia materiału. Taka właściwość materiału łożyska jest nazywana zdolnością wchłaniania twardych cząstek (ang. emheddability). i

Przedstawimy teraz inne problemy wynikające ze stosowania miękkiego materiału na łożyska. Smarowanie hydrodynamiczne zachodzi tylko przy dostatecznie dużych szybkościach obrotowych czopa. W momencie uruchamiania silnika lub jazdy z małą prędkością, występuje smarowanie graniczne (patrz rozdz. 25). W takich warunkach współpracujące powierzchnie częściowo się stykają i występuje zużycie materiału (dlatego trwałość silnika jest mniejsza, gdy pojazd wykorzystuje się do jazdy na małe odległości). We współczesnych samochodach wymiana zużytego wału korbowego jest trudna i kosztowna, podczas gdy łożyska są tanie i można je stosunkowo łatwo wymienić (rys. 26.2). Zmniejszenie zużycia łożysk, jak wykazano w poprzednim rozdziale poświęconym zużyciu adhczyjncmu, uzyskuje się przez wykonywanie ich z miękkiego materiału, jak np. stopów cyny lub ołowiu.

Dwudzielna konstrukcja łożyska

J

Rys. 26.2. Łatwo wymienialne panewki łożyska

Zastanówmy się, czy przy zastosowaniu łożysk z miękkiego materiału mogą wystąpić jakieś niespodziewane, niekorzystne zjawiska. Czy takie łożysko wytrzyma działanie sił wywieranych na nie przez wał korbowy? Jeżeli nie zastosuje się odpowiedniego rozwiązania, to materiał łożyska może się odkształcać pod działaniem sił jak plastelina. W praktyce rozwiązuje się ten problem przez wykonanie tylko cienkiej warstwy z miękkiego materiału. Warstwa ta pracuje w taki sposób, jak kawałek plasteliny ściśnięty pomiędzy dwoma drewnianymi klockami: początkowo odkształca się ona bardzo łatwo, lecz w miarę jak staje się coraz cieńsza, potrzebny jest coraz większy nacisk, aby spowodować jej dalszy wypływ na boki. Ponieważ plastelina jest "uwięziona” pomiędzy drewnianymi klockami, do jej całkowitego wyciśnięcia musielibyśmy użyć nieskończenie dużego nacisku. Ta zasada ograniczonego odkształcenia plastycznego jest wykorzystywana przy konstrukcji łożysk: łożysko pokrywa się cienką (ok. 0,03 mm) warstwą miękkiego stopu, która jest dostatecznie gruba, aby ”wchłonąć” większość cząstek zanieczyszczeń, a jednocześnie wystarczająco cienka, aby przenosić nacisk wywierany przez czop łożyska.

Cienka warstwa miękkiego materiału odgrywa ponadto istotną rolę w razie ustania smarowania łożyska, kiedy jego temperatura wzrasta gwałtownie na skutek tarcia, co zwykle prowadzi do powiększenia powierzchni styku metal--metal, powstają wiązania pomiędzy atomami materiału czopa i atomami materiału łożyska i następuje zatarcie. Cienka warstwa miękkiego łatwo topliwego materiału pokrywająca panewkę ulegnie wtedy ścinaniu; może ona nawet ulec miejscowemu stopieniu. Pomoże to zabezpieczyć powierzchnię czopa łożyska przed poważnym uszkodzeniem jak również będzie przeciwdziałać pękaniu części silnika w razie nagłego zatarcia współpracujących powierzchni.

Trzecią zaletą pokrywania łożyska cienką warstwą miękkiego materiału jest uzyskanie zdolności panewek do dostosowywania się do kształtu czopa.