Po zilustrowaniu budowy tulei (tu część pierwsza) skupiam się w szczególności na krytycznym zdarzeniu, które występuje w tego typu sprzęgłach smarowanych, gdy powstają nieodpowiednie warunki smarowania. Lub warunki pracy, siły działające i prędkości obrotowe są bardzo wysokie i nie są przewidziane a priori dla wymiarowania tulei. To zdarzenie lub usterka nazywa się: kawitacją.
Krytyczność tulei
Ogólnie, a także z mojego doświadczenia jako konstruktora silników wyścigowych o wysokich średnich prędkościach tłoka (powyżej 24 m/s i do 27 m/s), najdelikatniejszymi i krytycznymi tulejami w ich działaniu są tuleje czopa korbowego. lub po prostu zadzwoń do łożysk korbowodu (zamontowanych w łożyskach Big End, w angielskich łożyskach Big End). Aby zapewnić ciągłe smarowanie łożysk korbowodu, we wszystkich warunkach pracy, rozruchu, minimalnych obrotach (obrotach silnika) i maksymalnych obrotach, ciśnienie tłoczenia pompy olejowej musi być wyższe niż suma strat obciążeniowych (rozumianych jako ciśnienie) podana w silnik.
Siła odśrodkowa
Oprócz tych strat należy wziąć pod uwagę, że siła odśrodkowa działa jako istotny spadek ciśnienia, zwłaszcza przy wysokich obrotach, a zatem przy wysokich średnich prędkościach tłoka. W rzeczywistości, gdy dopływ oleju do korbowodów odbywa się przez średnicę czopu głównego, możemy znaleźć się w warunkach ciśnienia bliskiego zeru „0” lub bardzo niskiego w środku wału korbowego w wyniku pokonania siła odśrodkowa, która działa na olej wzdłuż kanału wewnątrz tego sworznia wału korbowego. Nawet jeśli ciśnienie, o którym mowa, zostanie ocenione jako dodatnie, zawsze należy wziąć pod uwagę takie efekty, jak Ra kanału olejowego, obecność niedoskonałości obróbki w otworze, niewspółosiowość łożyska głównego i jego kanału obwodowego względem otwór w wale i wszelkie warunki termiczne, które mogą prowadzić do pogorszenia luzów roboczych, które z pewnością zwiększają się w temperaturze pracy.
Fluido Neutroniano
Ponadto w symulacjach obliczeniowych olej jest traktowany jako płyn newtonowski, nieściśliwy, o jednorodnej strukturze i bez zanieczyszczeń spowodowanych pozostałościami zużycia metalu, zwany „gruz”. Ponadto pozostałości po spalaniu, takie jak niespalone gazy, zawartość procentowa niespalonej benzyny i wszelkie pozostałości na bazie wody, mogą znacznie zmniejszyć właściwości smarne oleju. Nawet obecność pęcherzyków powietrza może powodować miejscowy spadek gęstości oleju w omawianych złączach, pogarszając warunki brzegowe w ujściu oleju, które szacujemy, gdy obliczenia są nienaruszone i regularne na całej szerokości tulei.
Temperatura oleju
Gdy temperatura wewnątrz miski olejowej lub zbiornika, z którego zasysa pompa, przekracza 100°C, niski procent wody w oleju odparowuje, uwalniając tlen, który, jeśli nie jest oddzielony odpowiednimi separatorami oleju/powietrza, takimi jak wirówki lub podobne mechaniczne instrumentów, dociera do tulei, zmniejszając nośność przewodu. Następują wtedy fazy kontaktu metalu z nakładką (trzecia warstwa wskazana powyżej) ze zużyciem i laminowaniem metalicznym. Powietrze może być również obecne w wyniku braku „ciągu”, gdy przyspieszenia pojazdu powodują nieuporządkowany ruch masy oleju w misce olejowej i odkrycie obszaru ssania pompy.
Kawitacja
Jak wiadomo, grubość filmu olejowego, a tym samym rozkład ciśnienia, jest również generowany przez efekt pompowania spowodowany mimośrodowym obrotem czopu głównego lub korby wewnątrz tulei. Tak więc natychmiast można pomyśleć, że istnieje obszar wysokiego i niskiego ciśnienia. W strefie rozbieżnej ciśnienie gwałtownie spada, a jeśli ta zmiana jest bardzo nagła, powoduje rozpuszczenie benzyny lub oleju. Ciśnienie w ujściu przekroczy ciśnienie saturacji i będziemy mieli zjawisko zwane kawitacją.
Dlaczego występuje kawitacja
Przedstawiono zatem dwa zjawiska prowadzące do kawitacji. Pierwsza związana jest z powietrzem lub gazem (pozostałościami spalania) obecnymi w oleju już w misce lub w zbiorniku ssawnym. Ten rodzaj kawitacji jest mniej problematyczny dla przepustów, ponieważ część gazów obecnych w oleju jest eliminowana, gdy pompa sprężając mieszankę olejową (tzw. ponieważ nie tylko olej o gęstości nominalnej dociera do pompy) eliminuje część nadmiar mieszanki w zaworze recyrkulacji ciśnienia. Średnio recyrkulacja wynosi 20% – 30% w stosunku do natężenia przepływu wlotowego.
Odparowanie
Drugi wiąże się ze zjawiskiem operacyjnym, a szczegółowo związany jest z waporyzacją. Będąc zjawiskiem, które powoduje zmianę stanu fizycznego płynu z ciekłego na gazowy i odwrotnie, jest z pewnością bardziej niebezpieczne i powoduje znaczne uszkodzenia mechaniczne, zwłaszcza w sprzęgle takim jak czop korbowy, w którym siły zmieniają się w znacznym stopniu do obciążeń spalania i bezwładności. Przy wysokich obrotach, takich jak silniki wyścigowe, częstotliwość, z jaką zachodzi ta zmiana fazy, jest bardzo wysoka, a czas trwania tak krótki, że ciśnienie w oleju szybko spada, a rozpuszczona benzyna może szybko wyparować. Gdy ciśnienie ponownie wzrośnie, bąbelki spowodowane parowaniem zapadną się i powrócisz do początkowego etapu. Ten cykliczny charakter powoduje zmęczenie powierzchni łożyska.
Trudność symulacji
Anomalie na łożyskach korbowodów są jednym z najtrudniejszych tematów do zasymulowania w ich działaniu, a także do przełożenia na działania projektowe. W rzeczywistości często, gdy występuje poważna anomalia, zużyte tuleje są bardzo zniszczone i trudne do analizy. Istnieją jednak metody porównań, które producenci tulei udostępniają konstruktorom silników i eksperymentatorom, aby zakwestionować wizję efektu lub uszkodzenia tych elementów.
Pierwsza część lekcji jest opublikowana tutaj
