Ο μηχανικός σχεδιασμός όπως και η ζωή είναι πάντα ένας ενδιαφέρον συμβιβασμός. Ως μηχανικοί είμαστε εξοικειωμένοι με την αρχή «δούναι και παίρνω». Μόλις μια λύση αποδειχθεί και γίνει αξιόπιστη, μέχρι να βρεθεί μια αποφασιστική βελτίωση με μια διαφορετική ιδέα ή τεχνολογία, τείνουμε να τη χρησιμοποιούμε ευρέως και ξεκάθαρα. Ένα παράδειγμα είναι τα απλά ρουλεμάν που ονομάζονται ρουλεμάν κελύφους ή απλά ρουλεμάν.
Πώς γίνεται ο δακτύλιος
Εννοιολογικά είναι ένα απλό μεταλλικό μισό κέλυφος, με διπλό ή τριπλό μεταλλικό στρώμα, που χρησιμοποιείται στη σύζευξη μεταξύ πείρου στροφάλου και μπιέλας ή μεταξύ του κύριου στροφαλοθαλάμου και του στροφαλοθαλάμου. Αυτός ο τύπος ζεύξης πρέπει να ικανοποιεί έναν αριθμό αντιφατικών απαιτήσεων. Πρώτα απ ‘όλα, πρέπει να είναι αρκετά ισχυρό ώστε να υποστηρίζει τα εναλλασσόμενα φορτία που μεταφέρονται μεταξύ των στοιχείων ζεύξης: μπιέλα και σχετικός πείρος ή μεταξύ του κύριου στροφαλοθαλάμου και του στροφαλοθαλάμου. Καθώς η ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα αυξάνεται, είτε λόγω συνθηκών καύσης είτε λόγω κατεβάσματος, οι δυνάμεις σε αυτά τα εξαρτήματα αυξάνονται πολύ. Οι πιο παραδοσιακοί διμεταλλικοί δακτύλιοι έχουν αντικατασταθεί από τους πιο ανθεκτικούς και ακριβούς τριμεταλλικούς δακτυλίους στους οποίους έχει προστεθεί μπρούτζος και μόλυβδος. Αυτός ο τύπος δακτυλίου χρησιμοποιείται ευρέως στις περισσότερες εφαρμογές αυτοκινήτου τόσο για παραγωγική χρήση όσο και για αγωνιστικούς κινητήρες.
Γιατί χάλκινο;
Ο μπρούτζος έχει επίσης μια άλλη πολύ σημαντική λειτουργία που είναι να μεταδίδει θερμότητα στο μέρος με το οποίο συνδέεται με μεγαλύτερη απόδοση από άλλα υλικά. Όπως για παράδειγμα συμβαίνει σε μια άλλη σημαντική αλλά στατική σύζευξη μεταξύ της έδρας ή του οδηγού βαλβίδας και της κεφαλής του κινητήρα.
Ένα επιπλέον χαρακτηριστικό γνώρισμα του απλού ρουλεμάν, το οποίο συχνά αγνοείται, είναι η ικανότητα να παγιδεύει και επομένως να διατηρεί ορισμένα μικρά υπολείμματα μετάλλων που υπάρχουν στον κινητήρα και στο κύκλωμα λίπανσης. Αυτά δημιουργούνται από τη φθορά των εξαρτημάτων, είτε είναι σιδηρούχα είτε βασίζονται σε υλικά που προέρχονται από ελαφρά κράματα όπως το αλουμίνιο ή το τιτάνιο. Αυτή η ποιότητα είναι πολύ σημαντική ειδικά στην αρχική φάση της διάρρηξης του κινητήρα. Αυτό συμβαίνει όταν η πιο μαλακή ή πιο παραμορφώσιμη επιφάνεια του δακτυλίου μπορεί να απορροφήσει την τραχύτητα που εξακολουθεί να υπάρχει μετά το τρίψιμο και το γυάλισμα, για παράδειγμα των ακίδων του στροφαλοφόρου άξονα και της μπιέλας ή των πείρων του στροφάλου.
Το φίλτρο λαδιού
Είναι σημαντικό στη φάση σχεδιασμού του κινητήρα να καθοριστεί η απόδοση του φίλτρου λαδιού. Ο στόχος είναι να χρησιμοποιηθεί αυτό το στοιχείο ως εργαλείο έκπλυσης κινητήρα κατά τις φάσεις εκκίνησης. Αλλά και στις πρώτες συνθήκες λειτουργίας και ασφάλειας όταν η φθορά είναι σταθερή και άρα υπάρχει μέσα στον κινητήρα σε κανονική λειτουργία. Η παρουσία του κιβωτίου ταχυτήτων και του συμπλέκτη στο εσωτερικό του κινητήρα μπορεί να επιδεινώσει την καθαριότητα του λαδιού. Αυτό συμβαίνει συχνά σε κινητήρες μοτοσυκλετών παραγωγής ή ανταγωνισμού, όπως αυτοί που τοποθετούνται σε ποδήλατα SBK. Εξ ου και η ποιότητα του λαδιού που φέρνει στους δακτυλίους. Στην πραγματικότητα, η υψηλότερη πτώση πίεσης που μπορεί να συμβεί στο φίλτρο μετά από ένα υψηλό ή σταθερό επίπεδο ακαθαρσιών στο φίλτρο μπορεί επίσης να προκαλέσει μείωση της στάθμης πίεσης λαδιού στους ίδιους τους δακτυλίους. Αυτό το φαινόμενο μειώνει την ικανότητα φόρτωσης στον δακτύλιο και τη σχετική σύζευξη πείρων.
Ανάγκη για παραμόρφωση
Ταυτόχρονα, ο δακτύλιος ή το ζεύγος μισών κελυφών πρέπει να μπορούν να παραμορφώνονται και να προσαρμόζονται στην κίνηση και το ατελές σχήμα του κύριου κορμού. Αλλά και του πείρου του στρόφαλου και του καπακιού της μπιέλας, κατά τη φάση περιστροφής του ίδιου. Πρέπει να είναι εγγυημένη τόσο στην αρχική φάση της λειτουργίας του κινητήρα όσο και όταν ο κινητήρας έχει μεγάλο αριθμό ωρών ή χιλιομέτρων που έχει διανύσει. ο «πρώιμη ζωή» υποδεικνύεται ως “αρχική περίοδος ζωής του θάμνου”, είναι το πιο σημαντικό και απαραίτητο για τη διασφάλιση αξιόπιστης ζωής αυτού του εξαρτήματος. Με τον ίδιο τρόπο, η σωστή παροχή λαδιού, ήδη από την πρώτη εκκίνηση ή σε όλες τις εκκινήσεις του κινητήρα, είναι απαραίτητη για τη διασφάλιση του ελάχιστου πάχους λαδιού στο κρέας μεταξύ των δύο μισών κελύφους και του σχετικού πείρου.
Τριμεταλλική στρώση
Η αντίσταση του τριμεταλλικού στρώματος, καθώς και το υλικό βάσης με το οποίο κατασκευάζεται ο δακτύλιος, πρέπει να είναι ο σωστός συμβιβασμός ακαμψίας και παραμόρφωσης. Σε σχέδιο δακτυλίου ή μισού κελύφους τριμεταλλικού τύπου, η δομή είναι κατασκευασμένη από χάλυβα, που προέρχεται από λωρίδα υψηλής αντοχής, με την προσθήκη μιας εναπόθεσης ενός στρώματος μπρούτζου και στη συνέχεια ενός λεπτού στρώματος νικελίου . Το τελευταίο στρώμα που υπάρχει χαρακτηρίζεται από την παρουσία ενός κράματος μολύβδου και κασσίτερου. Εναλλακτικές λύσεις σε αυτό το τελευταίο στρώμα είναι το μέταλλο Babbitt με κύρια βάση κασσίτερου: ονομάζεται επίσης πολυμεταλλική δομή.
Νικέλιο
Η παρουσία του νικελίου λειτουργεί ως φυσικό εμπόδιο για την αποφυγή του διαχωρισμού του κασσίτερου από το τρίτο στρώμα αποφεύγοντας τη μείωση της αντίστασης στην τριβή. Θα μπορούσε επομένως να είναι ενδιαφέρον να σκεφτούμε ένα επιπλέον στρώμα πάνω από αυτό το τρίτο το οποίο, μετά από μια ορισμένη περίοδο λειτουργίας, μπορεί να διαχέει περαιτέρω κασσίτερο προκειμένου να αυξήσει την αντίσταση της επιφάνειας με την πάροδο του χρόνου. Θα μπορούσε να εκτιμηθεί, ειδικά για κινητήρες υψηλής απόδοσης, 15% αύξηση στην αντοχή στην τριβή χρησιμοποιώντας δακτύλιους 4 στρώσεων.
(Τέλος πρώτου μέρους: το δεύτερο θα είναι διαθέσιμο online την Παρασκευή 21 Οκτωβρίου από τις 21:00)
«Πώς σχεδίασα το όνειρό μου» η βιογραφία του μάγου Adrian Newey είναι διαθέσιμη στο Amazon
