Konstrukcja mechaniczna jak życie to zawsze ciekawy kompromis. Jako inżynierowie znamy zasadę dawania i brania. Gdy rozwiązanie zostanie sprawdzone i stanie się niezawodne, dopóki nie zostanie znalezione zdecydowane ulepszenie z innym pomysłem lub technologią, zwykle używamy go szeroko i wyraźnie. Przykładem są łożyska ślizgowe zwane łożyskami płaszczowymi lub ślizgowymi.
Jak powstaje tuleja
Koncepcyjnie jest to prosta metalowa półskorupa z podwójną lub potrójną warstwą metalu, stosowana w połączeniu między czopem korbowym a korbowodem lub między czopem głównym a skrzynią korbową. Ten typ sprzężenia musi spełniać szereg sprzecznych wymagań. Przede wszystkim musi być wystarczająco mocny, aby wytrzymać zmienne obciążenia, które są przenoszone między elementami sprzęgającymi: korbowód i odpowiedni sworzeń lub między czopem głównym a skrzynią korbową. Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika, czy to z powodu warunków spalania, czy redukcji biegów, siły działające na te elementy znacznie wzrastają. Bardziej tradycyjne tuleje bimetaliczne zostały zastąpione bardziej wytrzymałymi i droższymi tulejami trimetalicznymi, do których dodano brąz i ołów. Ten typ tulei jest szeroko stosowany w większości zastosowań motoryzacyjnych, zarówno w silnikach produkcyjnych, jak i wyścigowych.
Dlaczego brąz?
Brąz pełni również inną bardzo ważną funkcję, która polega na przenoszeniu ciepła do części, z którą jest połączony z większą wydajnością niż inne materiały. Jak na przykład występuje w innym ważnym, ale statycznym sprzężeniu między gniazdem lub prowadnicą zaworu a głowicą silnika.
Kolejną charakterystyczną cechą łożyska ślizgowego, często ignorowaną, jest zdolność do wychwytywania, a tym samym zatrzymywania niewielkich resztek metalu obecnych w silniku i obwodzie smarowania. Powstają one w wyniku zużycia części, niezależnie od tego, czy są one oparte na żelazie, czy na materiałach pochodzących z lekkich stopów, takich jak aluminium lub tytan. Ta jakość jest bardzo ważna zwłaszcza w początkowej fazie docierania silnika. To znaczy, kiedy bardziej miękka lub bardziej odkształcalna powierzchnia tulei jest w stanie pochłaniać chropowatość, która nadal występuje po szlifowaniu i polerowaniu, na przykład czopów wału korbowego i korbowodu lub czopów korby.
Filtr oleju
W fazie projektowania silnika ważne jest określenie skuteczności filtra oleju. Celem jest wykorzystanie tego elementu jako narzędzia do płukania silnika podczas faz docierania. Ale także w pierwszych i bezpiecznych warunkach eksploatacji, kiedy zużycie jest stabilne, a zatem występuje wewnątrz silnika podczas normalnej pracy. Obecność skrzyni biegów i sprzęgła wewnątrz silnika może pogorszyć czystość oleju. Dzieje się tak często w silnikach motocyklowych produkowanych lub wyczynowych, takich jak te montowane w motocyklach SBK. Stąd jakość oleju, który wnosi do tulei. W rzeczywistości wyższy spadek ciśnienia, który może wystąpić na filtrze w następstwie wysokiego lub stałego poziomu zanieczyszczeń w filtrze, może również powodować spadek poziomu ciśnienia oleju w samych tulejach. Efekt ten zmniejsza nośność tulei i odpowiednie sprzęgło sworzniowe.
Potrzeba deformacji
Jednocześnie tuleja lub para półskorup musi być w stanie odkształcić się i dostosować do ruchu oraz niedoskonałego kształtu czopu głównego. Ale także czopa korby i nasadki korbowodu podczas fazy obrotu tego samego. Musi być zagwarantowana zarówno w początkowej fazie pracy silnika, jak i przy dużej liczbie godzin lub przejechanych kilometrów. The „wczesne życie niosące” wskazany jako „początkowy okres życia tulei”, jest najważniejsza i najistotniejsza dla zapewnienia niezawodnej żywotności tego elementu. W ten sam sposób prawidłowe dostarczanie oleju, już przy pierwszym uruchomieniu lub przy wszystkich uruchomieniach silnika, jest niezbędne, aby zapewnić minimalną gęstość oleju w ujściu między dwiema półskorupami a odpowiednim kołkiem.
Warstwa trimetaliczna
Odporność warstwy trimetalicznej, a także materiału bazowego, z którego wykonana jest tuleja, musi być właściwym kompromisem sztywności i odkształcalności. W wykonaniu tulei lub półskorupy typu tri-metal konstrukcja wykonana jest ze stali, wywodzącej się z taśmy o wysokiej wytrzymałości, z dodatkiem naniesionej warstwy brązu, a następnie cienkiej warstwy niklu . Ostatnia obecna warstwa charakteryzuje się obecnością stopu ołowiu i cyny. Alternatywą dla tej ostatniej warstwy jest metal Babbitt z pierwotną podstawą cynową: nazywany jest również strukturą wielometalową.
Nikiel
Obecność niklu działa jak fizyczna bariera zapobiegająca oddzielaniu się cyny od trzeciej warstwy, unikając zmniejszenia odporności na ścieranie. Dlatego też może być interesujące rozważenie dodatkowej warstwy powyżej tej trzeciej, która po pewnym okresie eksploatacji może dyfundować dalszą cynę w celu zwiększenia z czasem oporu powierzchniowego. Można oszacować, zwłaszcza dla silników o wysokich osiągach, 15% wzrost odporności na ścieranie przy zastosowaniu tulei 4-warstwowych.
(Koniec pierwszej części: druga będzie dostępna online w piątek 21 października od 21:00)
„Jak zaprojektowałam moje marzenie” biografia iluzjonisty Adriana Newey dostępna na Amazon
