Двс вкладыши: Вкладыши коленвала: неисправности и подбор новых деталей

Вкладыши коленвала: неисправности и подбор новых деталей

Одним из важнейших элементов привычного нам ДВС является коленвал. За счет него энергию от сгорания топлива можно передать смежным элементам и обеспечить вращение колес. Ключевой момент здесь: вал вращается. На первый взгляд ничего особенного, но любой инженер подтвердит, что работа с вращающимися элементами требует особого подхода. Ведь необходимо обеспечить вращение для вибраций, а также нагрева, обусловленного действием сил трения. В этом очень помогают вкладыши коленвала, представляющие собой полукольца с т.н. антифрикционным покрытием. На первый взгляд, очень простая вещь, однако грамотному автолюбителя нужно знать об этих элементах коленвала все. Об устройстве вкладышей, их неисправностях, а также методике замены вы узнаете из материала Avto.pro.

Подробнее о детали

Вкладыши по своей сути – это подшипники скольжения, в которых нуждаются шатуны, вращающие коленвал, и отдельные части самого вала. Вращение обеспечивает сгорающая в цилиндрах двигателя смесь воздуха и топлива. Разумеется, двигатель работает при больших нагрузках и стремится как можно сильнее раскрутить коленчатый вал. Проблема возможного трения деталей здесь стоит особенно остро, причем возникновение т.н.

сухого (безмасляного) трения может вывести двигатель из строя очень быстро. Решение простое: обеспечить постоянное наличие тонкой масляной пленки. Выходит, что вкладыши коленчатых валов представляют собой лишь своеобразную защиту, которая поддерживает масляную пленку в местах трения. В идеале из строя по адекватным причинам вкладыши должны выходить. Сразу отметим, что вкладыши коленвала бывают следующие:

• Коренные. Такие вкладыши располагают между самим валом и теми местами, в которых он проходит через корпус двигателя;
• Шатунные. Их устанавливают между шатунами и шейками автомобильного коленвала.

Как уже было указано выше, вкладыши коленвала не похожи на классические роликовые или шариковые подшипники – они выглядят как обычные полукольца. Дело в том, что обычные подшипники не выдержат нагрузок, которые выдает силовой агрегат автомобиля. Лишь в некоторых маломощных моторах установлены подшипники качения, тем временем как наиболее распространенными являются именно подшипники скольжения. Резюмируя, назначение вкладышей коленчатого вала в следующем:

• Обеспечить нормальную передачу сил и моментов, которые возникают при работе силового агрегата;
• Минимизация сил трения, которые возникают в местах контакта коленвала, опор блока цилиндров, а также шатунов;
• Центровка деталей, правильное позиционирование;
• Распределение масла.

Здесь стоит отметить, что со временем геометрия вкладышей меняется. Сильно изношенные детали необходимо менять, но в качестве замены не всегда подходят оригинальные вкладыши, установленные еще на заводе автоконцерна. Рекомендуется установка вкладышей

ремонтных размеров, толщина которых больше. Если на старый двигатель установить не ремонтные вкладыши, зазор между деталями будет слишком большим, что может вылиться к появлению стуков и интенсивному износу коленчатого вала.

Как устроены вкладыши коленвала

Конструкция современных подшипников скольжения коленчатого вала составная. Она включает в себя пару металлических полуколец, которые охватывают шейку коленчатого вала и снизу, и сверху. Сами полукольца при этом плоские – иначе бы не удалось создать достаточно небольшой зазор между вкладышем и валом. Кроме того, во вкладышах предусмотрены такие элементы:

• Одно или два отверстия, через которые масло может двигаться к масляному каналу;
• Продольная канавка, если это коренной вкладыш (нижний) или же верхний шатунный;
• Боковые стенки, если вкладыш упорный;
• Фиксирующий замок, выполненный в виде пазов под штифтовое крепление или в виде шипов.

Сами вкладыши при этом бывают биметаллические или же триметаллические. Самыми простыми и распространенными являются именно биметаллические вкладыши, основой которых является полосы

0,9 – 4,0 миллиметра толщиной из стали и с антифрикционным покрытием, толщина которого составляет 0,25 – 0,40 миллиметра. Как правило, такое покрытие выполнено из мягкого сплава меди, свинца и олова. Реже встречается сплав из меди, алюминия и олова, а также свинца, алюминия, олова и кремния. Как правило, медь и алюминий составляют 75% сплава.

Менее распространенные триметаллические вкладыши коленвала имеют специальный покровный слой очень малой толщины. Он призван защитить вкладыш от коррозии и быстрого износа. Состав сплава почти аналогичен составу для антифрикционного слоя, вот только в нем содержится очень много свинца и довольно мало меди. Кроме того, самые продвинутые и дорогостоящие вкладыши могут иметь дополнительные защитные слои – один с внутренней, а второй с наружной стороны. В составе защитных слоев может встречаться олово и никель. Сразу отметим, что подшипники скольжения имеют иногда имеют весьма занятные исполнения, так как автоконцерны могут создавать вкладыши по-своему, не руководствуясь единым стандартом.

Причины и признаки неисправности

Вкладыши могут выходить из строя по ряду причин. Разумеется, эксплуатационный ресурс вкладышей очень большой, так что автолюбители не так часто сталкиваются с необходимостью их замены. Но если поломка все же случилась, действовать нужно незамедлительно. Рекомендуется сразу обратиться на СТО, где двигатель сможет осмотреть специалист. Однако продлить эксплуатационный ресурс вкладышей автолюбитель может. Вот по каким причинам данные детали могут выходить из строя:

1. Попадание инородных тел;
2. Усталость металла;
3. Износ вследствие проникновения олова;
4. Коррозия поверхности;
5. Грязевая эрозия;
6. Недостаточное смазывание;
7. Эрозия из-за кавитации;
8. Несоостность.

Как видите, причин выхода из строя довольно много. Давайте рассматривать их по порядку. Касательно первой причины: если на рабочую поверхность вкладыша попадают инородные тела или же грязь, дальнейший износ вкладыша происходит ускоренно. Строго рекомендована очистка системы и замена подшипников, если они имеют критический износ. Касательно второй: усталость может быть вызвана как длительной эксплуатацией, так и чрезмерной нагрузкой на деталь. Стоит опасаться как установки низкокачественных вкладышей, так и недогорания топлива в камерах и неправильного тюнинга мотора. Кроме того, имеет смысл проверить форму шейки вала. Касательно третьей: если вкладыш перемещается на своем посадочном месте, в местах, где слой олова значителен, он может изнашиваться намного сильнее. Здесь рекомендован осмотр, очистные работы и корректировка.

Касательно четвертой причины: ускоренный износ детали и появление на ней следов коррозии зачастую связано с применением низкокачественного моторного масла. При этом особняком стоит выход вкладышей из строя вследствие грязевой эрозии (пятый пункт списка). На вид все просто: из-за скопления грязи на вкладышах, а в иных случаях и в области вокруг масляных отверстий, детали изнашиваются быстрее. На деле же причин, по которым в системе появляется так много грязи, несколько. Рекомендована замена масла, а также масляных и воздушных фильтров.

Одной из самых частых причин, по которой любые вкладыши приходится менять чаще обычного, кроется в невысоком качестве смазывания (шестой пункт списка). Вследствие возникновения сухого трения вкладыши могут изнашиваться очень сильно. Рекомендуется проверить систему смазывания агрегата, а также убедиться в опор вкладышей и общей целостности вала. Касательно седьмой причины: проверьте, нет ли в моторном масле примесей антифриза от утечки. Также имеет смысл убедиться в правильности зазоров вкладышей. В иных случаях эрозия из-за кавитация может быть вызвана частой детонацией топлива и слишком большой скоростью тока моторного масла в системе. Сам вкладыш при этом будет иметь хорошо заметные точки вымывания. И, наконец, что касается

восьмой причины: если вкладыш сильно изнашивается ближе к кромке, нужно проверить правильность расположения осей вкладышей и шейки.

Выявить поломку вкладыша зачастую удается лишь в самый последний момент. Именно по этой причине производители автомобилей рекомендуют периодически проводить диагностику двигателя, менять вкладыши, опционально производить шлифовку шеек коленчатого вала. Если вы слышите глухой металлический стук в районе двигателя, критически высока вероятность того, что его источником является вал с изношенными вкладышами. Как показала практика, стук шатунных вкладышей имеет высокую резкость и очень хорошо прослушивается, если вы удерживаете холостые обороты и затем резко подгазовываете.

Немного о подборе вкладышей

Самостоятельный подбор вкладышей – довольно рисковое дело, так как вероятность выбрать деталь, которая не вполне подходит к коленвалу вашего автомобиля, будет сложно. Дело в том, что потенциальному покупателю важно учитывать не только совместимость запчасти с автомобилем, но еще и состояние некоторых его узлов. В данном случае речь идет об коленчатом вале, который еще и придется отшлифовать. Так что без обращения к эксперту, который разберет двигатель и проведет диагностику, зачастую не обойтись. Вполне вероятно, что придется устанавливать ремонтные вкладыши большой толщины. Такие детали можно искать по следующим параметрам:

• Данные автомобиля;
• VIN-код;
• Код подходящего вкладыша.

Проще всего вести поиски в каталогах интернет-магазинов. Там автолюбитель сможет, к примеру, найти оригинальные вкладыши и, отталкиваясь от них, подобрать ремонтные. Если старые вкладыши просто износились по причине длительной эксплуатации и значительных нагрузок, есть вероятность того, что дефектовка коленчатого вала не потребуется. Из этого следует, что подходящие вкладыши будет подобрать несколько проще.

Если вы хотите выполнить как можно более значительный объем работ самостоятельно, то для начала вам придется определить показатель зазора. Для этого нужен динамометрический ключ и специальная калибровочная проволока. Если зазор большой, это говорит о необходимости расточки вала и дальнейшей установки ремонтных вкладышей. Работу с валом можно доверить исключительно профессионалам. Размер подходящих вкладышей можно определить микрометром. В технических руководствах тоже можно найти полезную для поиска вкладышей информацию.

Вывод

Вкладыши коленчатого вала – простые и, на первый взгляд, невероятно живучие элементы современных двигателей. Практика успела показать, что с необходимостью замены вкладышей за весь период пользования автомобилем приходится сталкиваться один-два раза. Но не стоит думать, что это именно та деталь, которая не должна ломаться. Напротив, вкладыши иногда называют защитными элементами коленчатого вала, так как они одними из первых принимают на себя удар. Если вы столкнулись с необходимостью замены вкладышей, ни в коем случае не медлите. Обратитесь к специалисту по двигателям и доверьте все ему, или же попытайтесь сделать часть работы самостоятельно.

Коренные и шатунные вкладыши | Oil-club.ru

 

Как часто в разговорах и бывалых водителей и механиков, и новичков можно услышать фразу: «Движок стуканул!» или «Провернуло вкладыш». И все, или почти все, понимают, что разговор идет об аварии двигателя внутреннего сгорания, а именно, о выходе из строя подшипников скольжения коленчатого вала, будь то коренных, или шатунных. Эти аварии занимают одно из первых мест по частоте из всех серьезных происшествий с двигателем. Причем, чего греха таить, вину за происшедшее чаще всего возлагают на моторное масло. «Я, мол, залил масло такое-то, вот его качество и виновато!». А между тем, с одной стороны, имеется достаточное количество причин выхода из строя подшипников коленчатого вала, и далеко не все из них напрямую связаны с качеством моторного масла, а с другой стороны, имеется громадный опыт безаварийной эксплуатации таких же подшипников с не укладывающемся в нашем представлении пробегом в один, два и даже более миллионов километров.

Так какие же факторы могут стать причиной выхода подшипников из строя? Как по внешнему виду аварийного подшипника можно выявить эту причину? Как добиться того, чтобы за время эксплуатации автомобиля исключить хотя бы этот тип аварии двигателя? Вот с этими вопросами мы и попытаемся разобраться в этой статье.
Но для начала посмотрим, как устроен обычный подшипник коленчатого вала.

Рис. 1. Типичная конструкция коренного подшипника

На рисунке показан типичный состав слоев (от коленчатого вала по направлению к ложу подшипника) и их толщина:

1. Защитный оловянный слой толщиной 1 микрон;
2. Покровный слой — сплав медь (3%) – олово (8-12%) — свинец (до 100%), толщина 12-25 микрон;
3. Никелевая прокладка (никелевый барьер), толщина 1-2 микрон;
4. Вкладыш подшипника — сплав меди (69-75%), свинца (21-25%) и олова (3-4%), общей толщиной 250-400 микрон;
5. Стальная основа толщиной 2-4 миллиметра и
6. Защитный оловянный слой толщиной 0.5 микрон.

В некоторых случаях вкладыш подшипника изготавливают не из меди, свинца и олова, а из специального алюминиевого сплава.
Такая конструкция подшипника обеспечивает его следующие положительные характеристики:
Согласованность покровного слоя: мягкий гладкий материал этого слоя должен поддаваться (изнашиваться) для соответствия отклонениям размеров вала и незначительной несогласованностью с осью вращения, особенно при обкатке. Материал покровного слоя легко поддается без ущерба шейке вала.
Поглотительная емкость покровного слоя: мельчайшие частицы твердых веществ (грязи, продуктов износа и т.п.) могут поглощаться мягким материалом покровного слоя и покрываться мягкой пленкой, предотвращая вредные задиры, а, следовательно, износ шейки вала и самого подшипника.
Стойкость к заклиниванию: задир, истирание и рифление поверхности может вызываться твердофазной сваркой между скользящими поверхностями в случае, когда масляная пленка между подшипником и шейкой вала тонка или разорвана. Основной компонент покрытия, а именно, свинец является мягким металлом, который может работать в условиях граничной (плохой) смазки при запуске или останове двигателя. Исследователи подтвердили, что пленка с малым напряжением сдвига (т.е. покровный слой) на металле с высоким напряжением сдвига (т.е. на вкладыше) обеспечивает наименьшее трение. Опыт эксплуатации показывает, кроме того, что подшипники дизельных двигателей до 1996 года, не содержащие покровного слоя, часто заклинивали и проворачивались, особенно при запуске.
Коррозионная устойчивость покровного слоя: Она необходима для предотвращения коррозионного разъедания медно-свинцового вкладыша. Свинец легко поддается разрушению окисленным маслом или маслом с недостаточным общим щелочным числом (TBN), и значит, не способен бороться с кислотными продуктами сгорания топлива. Без покровного слоя, свинец вкладыша будет энергично растворяться, вызывая снижение его прочностной структуры. Для снижения разъедания покровного слоя, свинец в нем сплавлен с устойчивым к кислотам оловом, который, кроме того, упрочняет структуру покрытия.
Никелевый барьер: тонкий слой никеля между покровным слоем и вкладышем необходим для предотвращения миграции олова из покровного слоя в медно-свинцовый вкладыш при высоких рабочих температурах, а также со временем. Без никелевого барьера олово из покровного слоя будет проникать в материал вкладыша и образовывать нежелательные хрупкие сплавы с медью. При диффузии олова в медь наблюдаются два вредных эффекта. Уменьшение количества олова в сплаве покровного слоя уменьшение коррозионную устойчивость этого слоя. С другой стороны, хрупкие интерметаллические сплавы олова с медью могут вызывать проворачивание подшипника в случае, если до них достанет шейка вала. Чтобы избежать необходимости нанесения никелевого слоя, некоторые изготовители подшипников применяют свинцово-индиевый покровный слой.
Защитный слой: оловянное покрытие, которое защищает подшипник от атмосферной коррозии (ржавление стальной основы) и позволяет длительное хранение в обычных условиях.
Подшипники с алюминиево-кремниевым сплавом применяются реже медно-свинцовых. Они значительно сильнее подвергаются кавитации в высокоскоростных высоконагруженных двигателях. Технология их изготовления несколько сложнее, так как для того чтобы на алюминиевый сплав вкладыша нанести покровный слой приходится использовать специальную технологию для получения высококачественного сцепления.
Полевые испытания выпускаемых в США дизельных двигателей показали, что подшипники этих двигателей могут работать 1 миллион (1.6 млн. км) и более миль без замены. Но чтобы достигнуть такого срока службы, требуется комбинация нескольких факторов:

1. Качественные подшипники, которые правильно установлены.
2. Коленчатый вал с правильными контурами шеек с соответствующим качеством обработки поверхности.
3. Надлежащая практика технического обслуживания по срокам замены масляного и воздушного фильтров.
4. Рекомендованные изготовителем двигателя интервалы замены масла.
5. Предотвращение попадания в моторное масло охладителя и топлива.
6. Использование масла соответствующих градаций вязкости SAE и стандарта качества API.
7. Контроль эксплуатационных условий двигателя для исключения сильной перегрузки, чрезмерных оборотов, перегрева двигателя.

Эксперимент проводился в транспортных парках, имеющих грузовики Cummins, Detroit Diesel, Caterpillar и Mack. В результате этого испытания было упразднено ранее действующее правило «критерия обобщенного износа» в 300 000 миль (483 000 км), т.е. после такого пробега двигатель ставился на капитальный ремонт.
Испытуемые двигатели имели мощность 220-260 кВт (300-365 л.с.) с заменами масла в интервале от 15 000 до 32 000 миль (23 000 – 50 000 км). Однако подшипники одного из новых грузовиков Mack проработали 1 млн. миль при интервалах смены масла в двигателе через 50 000 миль (80 000 км). Более чем десятилетние полевые испытания показали, что при соответствующей эксплуатации наиболее нагруженные подшипники, а именно, шатунные, имеют безаварийный пробег от 1 до 1.5 млн. миль (до 2 400 000 км)!
Такие интервалы безаварийной работы моторных подшипников не в последнюю очередь зависят от улучшения в стандартах качества масел API. Внутри этой системы определены строгие проверочные испытания, в том числе и на коррозию подшипников. Это тесты:

• моторный бензиновый тест L-38 на износ подшипника
• стендовый тест Cummins на коррозию подшипника
• дизельный тест Mack T-9.

 

Тест L-38

Тест L-38 был разработан для оценки влияния смазочного материала на медно-свинцовый подшипник и стабильность масла к сдвигу. Все моторные масла, имеющие действующие спецификации API (CD, CF-2, CF-4, CG-4, SH, SJ) должны пройти тест L-38 на износ подшипника. Тест использует одноцилиндровый двигатель Labeco, который был разработан в 1950 году и до сих пор работает на этилированном бензине. Для теста используются медно-свинцовые подшипники без покровного слоя.
Цель теста – оценить коррозионную способность окисленного смазочного материала на подшипник. Окисленное масло содержит в своем составе органические кислоты, корродирующие свинец. Для этого температура масла в главной масляной магистрали двигателя L-38 поддерживается при 143°С во время всего 40-часового испытания. Двигатель гоняется при очень маленькой нагрузке при 3150 об/мин. Эти скорости и нагрузки гарантируют постоянный поток масла вдоль поверхностей подшипника. Если масло окисляется, то коррозия верхних и нижних подшипников произойдет однородно поперек вкладышей. Уровень воздействия определяется потерей веса подшипника до и после испытания.
В современных высококачественных маслах (т.е. API CF-4/CG-4/SH/SJ) окисление масла хорошо подавляется ингибиторами окисления, моющими и противозадирными присадками. Однако, в масле могут происходить сложные химические взаимодействия с образованием продуктов, способных корродировать медно-свинцовый сплав, или активная сера из пакета присадок будет разрушать вкладыш подшипника. В этом случае тест L-38 еще до поступления масла в продажу будет гарантировать, что его состав правильно сбалансирован по присадкам.
В 2001 году этот тест должны перевести на неэтилированный бензин для новой бензиновой спецификации API SL.
 

Стендовое испытание на коррозию Cummins

В 1985 году было установлено коррозионное разрушение бронзового пальца ролика толкателя клапанов. Это разрушение было обусловлено высокими уровнями дитиофосфата молибдена, добавляемого к маслу API CD/SF в качестве присадки для экономии топлива. Масла, использующие эту присадку, проходили тест L-38.
Такой бронзовый палец изготавливается из сплава, содержащего 95% меди и 5% олова и используется во многих дизельных двигателях и по сей день. Однако, дитиофосфат молибдена вызвал серьезный коррозионный износ пальца, образуя легко изнашиваемый сульфид меди.
Такое разрушение можно смоделировать в стендовых испытаниях и этот тест добавился при испытании масел API CG-4/CH-4. В тесте используются четыре металлических пластины из чистых свинца, меди и олова и фосфористой бронзы. Эти пластины погружаются в 100 мл масла, нагретого до 135°С с барботажем воздуха на 168 часов. По окончанию теста масло анализируется на содержание в нем вышеназванных металлов, а пластинка меди – на изменение цвета.
 

Тест Mack T-9

Хотя тесты L-38 и Cummins успешно применяются для исключения коррозии подшипников, они ничего не могут сказать о продленных интервалах смены масла, в результате которых общее щелочное число (TBN) масла может упасть ниже допустимого уровня и вызвать кислотное разрушение подшипников.
Тест Mack T-9 имеет продолжительность 500 часов. За это время, масла прошедшие тесты L-38 и Cummins, но имеющие недостаточное общее щелочное число вызовут износ колец и гильз и коррозию подшипников. Тест был введен в спецификацию CH-4 и из-за него TBN масел CH-4 возрос до 9-12.5.
Тест Mack T-9 показал, что он является точным инструментом для измерения коррозии медно-свинцовых подшипников с оловянно-свинцовым покрытием. Двигатель Mack 1994 года, рядный, 6-ти цилиндровый, 12-ти литровый развивает мощность 269 кВт (350 л.с.) при 1800 об/мин. Устанавливаются такие моторные условия, что первые 75 часов теста протекают при расчетной нагрузке, а остальные 425 часов при максимальном вращающем моменте (1250 об/мин) с 15% передозировкой топлива, что дает возможность получить 290 кВт мощности (390 л.с.). Максимальное давление сгорания в этих условиях 20.7 МПа. Понятно, что пиковый вращающий момент производит высокий износ колец и гильз, а также высокий износ подшипников. Температура масла в главной масляной магистрали 104°С, содержание серы в топливе 0.05 вес. %.
Высококачественные моторные масла, прошедшие эти тесты, в сочетании с высококачественными подшипниками и соответствующей практикой техобслуживания позволят эксплуатировать двигатели до пробега в 1 млн. миль
Однако за длительный период наблюдений набрались факты выхода моторных подшипников из строя. Далее приводится анализ причин, вызвавших эти аварии.
 

Утечка охлаждающей жидкости (антифриза)

Коррозия подшипников, обусловленная утечкой охлаждающей жидкости на основе гликолей (антифриз и т.п.) обычно совершенно очевидна. Корродируют все медно-свинцовые подшипники (шатунные, коренные и полуподшипники опоры вала), а также масляный радиатор.
Подшипники имеют яркий медный цвет. Здесь наблюдается полная потеря покровного слоя. На микрофотографиях сканирующей электронной микроскопии можно было увидеть значительную коррозию меди и свинца.

Рис. 2. Электронная микрофотография коррозии шатунного подшипника, вызванная утечкой гликолевой охлаждающей жидкости. Увеличение 150х.

Этиленгликоль, основа охлаждающих жидкостей, при попадании в моторное масло в столь суровых условиях (высокая температура и сильное насыщение воздухом) легко окисляется до щавелевой и муравьиной кислот. Это относительно сильные органические кислоты и легко реагируют с окислами меди и свинца. Химическое коррозионное разрушение органическими кислотами, как полагают, продолжает воздушное окисление меди и свинца. Образовавшиеся соли легко растворяются в потоке масла и уносятся с поверхности подшипника. В результате – яркая свежая поверхность металла, открытая для дальнейшего разъедания.
 

Миграция олова из покровного слоя

Подшипники были возвращены с полевых испытаний после проворачивания при относительно малом пробеге в 280 000 миль (450 000 км). Исследования показали, что два разных поставщика снабжали данные двигателя подшипниками, и подшипники одного из них выходили из строя чаще и в динамометрических, и в полевых испытаниях. Все они демонстрировали удаление покровного слоя.
Ни один из этих аварийных подшипников не имел никелевой прослойки между покровным слоем и вкладышем. При исследовании новых подшипников было установлено, что при их производстве олово из покровного слоя продиффундировало в сплав вкладыша и прореагировало с медью. Рентгеновский дифракционный анализ показал на границе раздела покровного слоя и вкладыша слой интерметаллического соединения толщиной 2 μm состава εCu₃Sn. В этом случае покрытие содержало 7% олова. Другой же подшипник, содержащий в покровном слое 19% олова, образовал слой интерметаллида толщиной 1.2 μm.
Интерметаллическое соединение εCu₃Sn является весьма твердым веществом с высокими фрикционными свойствами. И если в результате коррозии подшипник теряет покровный слой, то шейка коленчатого вала, войдя в контакт с твердым интерметаллидом, проворачивает подшипник и приводит к аварии двигателя. Решение проблемы – использование прослойки из никеля толщиной 1-2 микрона между покровным слоем и вкладышем в медно-свинцовых подшипниках. Никелевая прослойка выполняет функцию барьера, не позволяющему олову покровного слоя диффундировать во вкладыш со всеми вытекающими последствиями.
 

Потеря подшипником покровного слоя из-за незначительных утечек охлаждающей жидкости

Ранее мы рассмотрели коррозию подшипников из-за значительной утечки охлаждающей жидкости. Но оказывается, что и небольшие количества жидкости в моторном масле могут вызвать аварию подшипников.
Аварийные подшипники были лишены покровного слоя с частичным или полным обнажением металла вкладыша красного цвета. Исследование подшипников сканирующей электронной микроскопией показало наличие белых сферических частиц (шариков) со средними размерами от 15 до 40 микрон. Эти шарики не только поглощались покровным слоем, но и как бы пахали его. В результате, покровный слой был удален как бы абразивным износом, хотя и не в классическом смысле режущим действием шлифовальным зерном, но деформацией и вспахиванием мягкого материала такими шариками.
Было ясно, что сферические частицы были тверже покровного слоя, а по своему химическому составу (кальций, фосфор, сера и др.) они образовались из присадок моторного масла. Эти частицы назвали «масляными шариками».
Лабораторные исследования показали, что «масляные шарики» можно получить энергичным перемешиванием 2% гликоля с обычным моторным маслом в лабораторном стакане при 150°С в течение 2 часов.

Рис. 3. Электронная микрофотография «масляных шариков» вмурованных в покровный слой и вспаханный слой. Увеличение 1000х.

Механизм их образования следующий. Моторное масло в работающем двигателе энергично перемешивается вращающимся коленчатым валом и ударами шатунов. При наличии в масле небольшого количества охлаждающей жидкости или воды, они распределены в объеме масла в виде микроскопических капелек. Так как растворимость веществ присадок в воде значительно большая, чем в масле, в этих капельках сосредотачивается большая концентрация химических компонентов. При высокой температуре очень быстро протекают химические реакции между веществами присадок, приводящие, в конечном счете, к образованию весьма твердых по своей природе фосфорным соединениям кальция и цинка. И как только такая капелька «рассола» попадет на поверхность масла или на поверхность горячей детали, вода мгновенно испаряется и остается сферический комочек твердого вещества – «масляный шарик». Ну а дальше все просто. Попадая с потоком масла в зазор между шейкой коленчатого вала и подшипником, эти шарики начинают вести свою разрушительную работу – покровный слой подшипника по мере размеров «шариков» или поглощает их, если они меньше его толщины, или слой вспахивается, если «шарики» более крупные. Вспаханный слой обладает значительно худшей адгезией (прилипанием) к нижележащему вкладышу и начинает энергично смываться. Результат видели многие водители и механики – поверхность подшипника из серебристой становится сплошь красной или пятнистой. А в этом случае и до «стука» недалеко.
Однако, иногда наблюдается потеря покровного слоя на краях шатунных подшипников. Этот феномен не приводит, как правило, к аварии, но вызывает интерес механиков-мотористов. Это явление вызывается постелью шатунного подшипника, не являющейся совершенно ровной и прогибающейся по краям, где она менее жестка. Часто повышенная нагрузка на краю подшипника вызывается вогнутой поверхностью шейки вала, которая объясняется чрезмерной полировкой шейки в середине. Кроме того, масляная пленка на краю подшипника минимальна по толщине и несущей способности из-за срыва подъемной силы масляного клина на открытом участке.
 

Нарушение сцепления: отделение медно-свинцового сплава вкладыша от стальной основы

Достаточно редко, но наблюдается выход одного подшипника за другим в совершенно нормальных условиях эксплуатации. На таких подшипниках невооруженным глазом видны открытые свищи на поверхности вкладыша и рядом по направлению вращения коленчатого вала вчеканеные в покровный слой выколовшиеся фрагменты вкладыша. Другие же фрагменты, унесенные потоком масла, могут явиться причиной вторичных повреждений. Микроскопические исследования поперечного среза такого свища показывают наличие пустоты. Оплавленный вид стенки раковины (свища) дает основание предположить о производственном дефекте таких подшипников при литье.
 

Рис. 4. Расслоение. Показана дыра в медно свинцовом сплаве и соответствующий кусок из этой дыры. Увеличение 3х.

Кавитационные повреждения подшипников

 Кавитация, или правильнее, кавитационная эрозия, не вызывает аварии подшипника, но результатом ее является пятнистый вид поверхности подшипника. Обломки слоев подшипника, образовавшиеся в результате кавитационной эрозии, попадают между шейкой вала и покровным слоем и впечатываются в него.

Рис. 5. Прогрессирующая кавитационная эрозия алюминиевого шатунного подшипника вблизи поверхности разъема.

Кавитационная эрозия – результат действия микроструй высокого давления, образующихся в момент схлопывания пустот в объеме масла в зоне отрицательного давления. В масле в подшипниках отрицательные давления возникают в двух случаях – при вибрации и наличии быстро разбегающихся трущихся поверхностей, разделенных масляной пленкой. Разрыв непрерывной жидкой фазы в области пониженных давлений порождает образование пустот в виде пузырьков, которые с огромной скоростью схлопываются при попадании в область повышенных давлений. В этот момент образуется реактивная микроструя, несущая огромную (для размеров пузырька) энергию. Ее направление и удар могут быть направлены в любую сторону, но если струя попадает на поверхность мягкого покровного слоя подшипника, она как кумулятивный снаряд, разрывает ее. Микрооспины разрушений постепенно разрастаются, объединяются и вот они уже становятся заметны невооруженным глазом. В микротрещины между поврежденным покровным слоем и вкладышем проникает масло, ослабляя силы сцепления покрытия с вкладышем. Кроме того, тепловые перепады влияют на масло и металл, опять же раскачивая зоны сцепления двух слоев. Через некоторое время крупные куски покровного слоя отваливаются и уносятся потоком масла, вызывая затем вторичные разрушения, или вчеканиваются в еще целую поверхность покрытия, меняя ее прочностные и эксплуатационные характеристики. Подшипники выходят из строя.
По данным исследователей процесса кавитационной эрозии подшипников, она может происходить в результате:

• флуктуации (колебаниям) давлений в потоке масла из-за особенностей поверхности подшипника и шейки вала, таких как канавок и сверлений;
• инерционных эффектов масла внутри сверлений шатуна, используемых для подачи масла к шатунному пальцу и для охлаждения поршня;
• вибрации шейки вала в пределах зазора подшипника.

Зона скопления кавитационных повреждений в основном сосредоточена на верхнем шатунном подшипнике из-за упругой деформации верхнего бугеля при различных тактах двигателя, вызывающей образование пустот и их схлопывание в масляной пленке. Кроме того, не последнее место в образование пустот занимает и сверление шейки вала для подачи масла к подшипнику.
Хотя кавитационная эрозия наблюдалась и на медно-свинцовых подшипниках, более часто она проявляется на алюминиевых подшипниках из-за их более низкой усталостной прочности.
 

Абразивный износ покровного слоя

Это один из самых распространенных механизмов аварии подшипников. Однако этот тип аварий в настоящее время с успехом устраняется применением превосходных систем фильтрации моторного масла. Современные двигатели работают с 25-40 микронными полнопоточными фильтрами в комбинации с 10-15 микронными байбасными фильтрами. В некоторых случаях 25-40 микронные фильтры объединены с центрифужными фильтрами.
Однако, поломки подшипников, обусловленные грязью, происходят в очень мощных двигателях. С середины 90-х годов мощности транспортных грузовиков и внедорожных транспортных средств значительно возросла. Из-за увеличения нагрузок на подшипники, некоторые производители двигателей склоняются к «напыленным покрытиям» для увеличения их грузоподъемности. Эти гетерогенные алюминиево-оловянные покрытия имеют большую стойкость к износу и усталости, но меньшую поглотительную способность для грязи. Их безаварийная работа еще в большей степени зависит от чистоты двигателя и очистительной системы моторного масла.

Рис. 6. Поверхность шатунного подшипника. Показан абразивный износ вблизи масляного отверстия.

Начиная с 1991 года, растет уровень сажи в моторном масле. Это вызвано ограничениями по выбросам окислов азота в атмосферу с выхлопными газами. Для снижения уровня окислов азота в выхлопных газах необходимо снизить температуру сгорания топлива в цилиндрах дизельных двигателей. Для этого применяют более поздний впрыск топлива. Но в этом случае, вместе со снижением уровня окислов азота, происходит повышенное образование сажи, которая накапливается в моторном масле. Весьма актуальным становится вопрос борьбы с сажевым износом подшипников, и особенно подшипников и деталей кулачкового вала газораспределительного механизма верхнего расположения.
 

Разрыв масляного потока: авария одиночных подшипников

Во время эксперимента встречались случаи выхода одиночных подшипников из строя без видимых причин. Анализ аварийных подшипников показал наличие контакта «металл-металл» между подшипником и шейкой вала. Вид такого подшипника приведен на рис. 7.
Очевидно, несущая способность масляной пленки в какие то моменты оказывалась недостаточной. Такое может произойти из-за не соответствующей подачи масла, чрезмерной нагрузки, неточного попадания размеров в допуски, перегрев подшипника или какой-нибудь комбинации перечисленных факторов.
На ряде внедорожных транспортных средств, все такие аварии происходили во время резкого снижения нагрузки в процессе работы. Проворачивало только по одному подшипнику, в то время как остальные были в хорошем состоянии. Это значит, что количества масла, поступающего на аварийный подшипник, вдруг стало недостаточно. На минимальную величину масляной пленки могут влиять два основных фактора – вибрация мотора и разбаланс распределения нагрузки. При этом может произойти разрыв масляного потока. У подшипника, к которому на мгновение не поступает масло, резко подскакивает температура. Увеличение температуры производит двойной эффект: понижение вязкости масла и уменьшение зазора между подшипником и валом. С уменьшением вязкости масла происходит изтоньшение масляной пленки, а с уменьшением зазора уменьшается количество поступающего масла. Такой цепной процесс быстро приводит к заклиниванию и проворачиванию подшипника.

Рис. 7. Авария подшипника распределительного вала. Показан размазанный свинец вблизи центра подшипника, расплавленный свинец вокруг масляного отверстия и на краю подшипника.

Исследования показали, что температура подшипника начинает резко возрастать при достижении потока масла некоторого критического значения. Кроме того, температура подшипника была обратно пропорциональна потоку масла, и находится в прямой зависимости от удельной нагрузки и поверхностной скорости.
Как видно, причин выхода из строя подшипников скольжения коленчатого и распределительного валов достаточно много. Но сейчас уже имеется большой опыт работы таких подшипников при пробеге 1 миллион и более миль. Залог такого пробега кроется в качественном изготовлении деталей двигателя и правильной эксплуатации.

М. Н. Чистяков, техн. специалист фирмы «Май Тау»
Источник: J. A. Mc Geehan and P. R. Ryason «Million Mile Bearings: Lessons From Diesel Engine Bearing Failure Analysis»

http://www.autolub.info/

вкладыши коленвала. Назначение, виды, проверка и замена. Вкладыши коленчатого вала

В двигателе внутреннего сгорания тысячи деталей. Все они в той или иной степени важны и нужны для сбалансированной работы сложной системы. Тем не менее, нельзя говорить об их равнозначности. Коленчатый вал, непосредственно передающий энергию сгорания топлива на движущие колеса, и все его сопряженные детали – одни из самых важных.

В частности, речь идет о вкладышах коленчатого вала, небольших полукольцах, сделанных из более мягкого, чем сталь коленвала, металла, имеющего особое антифрикционное покрытие. При длительной работе двигателя именно вкладыши должны первыми выходить из строя, а не шейки коленвала.

Назначение вкладышей коленвала

Вкладыши коленчатого вала являются, в сущности, подшипниками скольжения для шатунов, вращающих коленчатый вал под воздействием энергии микровзрыва в камерах сгорания цилиндров ДВС.

В этой системе велики скорости вращения и нагрузки, поэтому необходимо резко уменьшить трение деталей, иначе двигатель выйдет из строя почти мгновенно. Для уменьшения силы трения все значимые внутренние сопряжения деталей двигателя находятся в так называемом «масляном тумане», в тонкой микронной пленке, которая создается специальной системой смазки двигателя.

Пленка, обволакивающая металлические детали, возможна лишь при достаточно серьезном давлении масла. Между вкладышем и шейкой коленвала как раз присутствует такая масляная «прослойка», благодаря которой сила трения резко снижается. Следовательно – вкладыши коленчатого вала – защита, позволяющая увеличить срок службы столь важной для двигателя детали.

Виды вкладышей коленвала

В первую очередь, вкладыши коленчатого вала ДВС следует поделить на две группы – коренные и шатунные вкладыши. Шатунные вкладыши, как указывалось выше, находятся между шатунами и шейками коленвала, а коренные выполняют сходную роль, но ставятся между самим коленвалом и теми местами, где коленвал проходит через корпус двигателя.

Для каждого двигателя промышленностью изготавливаются вкладыши коленчатого вала (и шатунные, и коренные), отличающиеся друг от друга своим внутренним диаметром. Диаметры ремонтных вкладышей отличаются друг от друга и, соответственно, от вкладышей, установленных на новый двигатель, с шагом в 0,25 мм. Таким образом, составляется размерный ряд ремонтных вкладышей, каждый из которых больше в диаметре (внутреннем), чем заводские, на 0,25; 0,5; 0,75; 1 мм.

Проверка и замена вкладышей

Даже при правильной работе смазочной системы и постоянным уходом за ней, со временем неизбежно влияние трения на вкладыши и сам коленчатый вал. Это проявляется в том, что на шейках коленвала постепенно образуется шероховатость, бороздки. Масло под давлением свободно проходит сквозь такие «туннели», и масляная пленка образуется не так, как должна. В результате силы трения возрастают, и коленвал все больше подвергается износу.

Поэтому через определенное число километров пробега (разное для каждой марки автомобиля), требуется проводить ремонт двигателя, заменяя вкладыши коленчатого вала с обязательной шлифовкой шеек коленвала (устраняющим шероховатость).

Для различных марок автомобилей ряд ремонтных размеров может быть различным. Так, если для моделей ВАЗ их 4, то для ГАЗа – 6, с тем же шагом. Некоторые производители на вкладышах коленвала наносят их размер. Если, например, на вкладыше будет написано «0,25», это означает, что такой вкладыш имеет 1-ый ремонтный размер.

От степени шероховатости, которую устранят расточкой и шлифовкой, зависит и размер вкладышей, которые нужно будет установить по окончании ремонта. Вполне может быть, что при сильном износе 1-ый ремонтный размер нужно будет пропустить, сразу перейдя ко второму.

Одним из способов проверки степени износа вкладышей (кроме непосредственного измерения их толщины) является использование набора специальных контрольных щупов из бумаги или медной фольги. Щупы имеют толщину с шагом в 0,025 мм. Устанавливая щуп между вкладышем и шейкой вала, затягивают, как положено, все соединения, а затем пробуют провернуть коленвал. Эту операцию выполняют до тех пор, пока коленвал не будет прокручиваться с ощутимым усилием. Значение толщины используемого щупа и будет соответствовать величине зазора.

Медные щупы, при этом, смазывают маслом, а вал проворачивают не более, чем на 90 градусов, во избежание повреждения поверхности вкладыша.

Работу по проверке, подбору и замене вкладышей коленвала лучше всего доверять специалистам, знающим толк в подобном деле и имеющим немалый опыт. В каждом конкретном случае возможны индивидуальные особенности и тонкости, которые не знающий человек может и не заметить. А именно они повлияют потом отрицательно на весь результат работы. Будьте мудрыми – доверьте сложную работу профессионалам!

 

Разработка вкладышей для современных двигателей

Об авторе: Др. Дмитрий Копелиович.

Зам. Ген. Директора компании King Engine Bearings Ltd. (Израиль) по исследованиям и разработкам.

Ведущий мировой эксперт по проектированию, технологиям производства и материалам для вкладышей двигателей внутреннего сгорания.

Основатель и владелец SubsTech (Substances & Technologies), www.substech.com– ведущего профессионального вебсайта по технологии материалов.

Основатель и владелец Smooth Sliding (www.smoothsliding.com), инженерной консалтинговой компании, предоставляющей услуги по вопросам функционирования вкладышей двигателей и других гидродинамических подшипников.

Автор многочисленных научных и инженерных публикаций и патентов.

1. Двигатели и вкладыши

Первый рабочий двигатель внутреннего сгорания (ДВС) был запатентован в 1860 году бельгийским инженером Жаном Жозефом Этьеном Ленуаром.

Его термодинамический цикл был менее эффективен, чем в более поздних двигателях, изобретенных Отто и Дизелем. Однако основные механические части ранних двигателей были теми же: цилиндр, поршень, шатун, коленчатый вал, маховик и вкладыши (коренной и шатунный).

Источником механической энергии вращающегося колен вала является процесс горения топливно-воздушной смеси, протекающий внутри цилиндра. Образующиеся в результате горения газы увеличивают давление в цилиндре. Давление действует на поршень, производящий возвратно-поступательное движение вдоль оси цилиндра. Поршень соединен с шатунной шейкой колен вала посредством шатуна. Вместе они образуют кривошипно-шатунный механизм, преобразующий возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение колен вала.

Шатунные вкладыши обеспечивают вращение шатунной шейки внутри шатуна.

Функция коренных вкладышей, установленных в корпусе блока цилиндров, поддерживать вращающийся колен вал.

Поразительно, что, несмотря на огромный прогресс в конструкции двигателей, достигнутый за последние 150 лет, основные термодинамические принципы и механическая структура ДВС остались неизменными.

Конструкция вкладышей также принципиально не изменилась за это время. Фактически вкладыши были изобретены задолго до изобретения ДВС. Они использовались в паровых двигателях, работавших на тех же принципах преобразования возвратно-поступательной энергии во вращательную.

С самого начала вкладыши работали со смазкой. Вначале это был жир животного происхождения, а позже – масло.

Автомобильные двигатели смазываются моторным маслом, а вкладыши к ним могут быть принципиально отнесены к гидродинамическим подшипникам, то есть к подшипникам, работающим в режиме гидродинамического трения, при котором поверхности подшипника и вала разделены масляной пленкой, образующейся в результате вращения вала [1].

К сожалению гидродинамическая смазка в чистом виде является лишь идеальной ситуацией, недостижимой в реальных двигателях. Непосредственный контакт между поверхностями вкладыша и вала происходит довольно часто.

Однако, металлический контакт — это не единственная проблема, с которой должны справляться вкладыши. В процессе работы они подвергаются нагрузкам, образующимся в цилиндре и передаваемым шатуном. Поскольку процесс сгорания является циклическим, нагрузки также имеют циклический характер. Материал вкладыша работает в условиях переменного нагружения, который может вызвать усталостное разрушение.

Нежелательные условия непосредственного (не гидродинамического) трения в сочетании со значительными циклическими нагрузками особенно критичны для высоко нагруженных современных двигателей, работающих на высоких оборотах, имеющих высокие показатели удельной литровой мощности (отношение мощности к объему двигателя).

Конструкция ДВС находится в условиях постоянного развития и совершенствования. Особенно это касается двигателей гоночных автомобилей, находящихся на переднем крае этих инженерных тенденций. Гонки всегда служили источником, стимулом и испытательным полигоном для усовершенствований автомобильных двигателей.

Первая в истории авто гонка (Indy 500) была проведена в Индианаполисе в 1911 году. Гонку выиграл Рэй Харроун со средней скоростью 123 км/ч [2]. Его автомобиль (Стоддард-Дэйтон) имел 6 цилиндровый двигатель, развивавший мощность 50 л.с. при объеме цилиндров 477 куб. дюймов (7.82 л). То есть удельная литровая мощность была около 6.4 л.с./л.

Современный двигатель Chevrolet Indy V6 имеет объем 134.3 куб. дюйма (2.2 л) и развивает мощность до 700 л.с. Таким образом, его удельная литровая мощность равняется 318 л.с/л.

Этот параметр в 50 раз больше, чем в двигателе 1911 года. Современный двигатель в 3.5 раза меньше, но при этом в 14 раз мощнее.

Конечно, такая огромная разница в показателях двигателя требует более совершенных вкладышей.

Следующие требования к геометрии, конструкции и материалам вкладышей, выдвигаемые тенденциями развития современных двигателей, рассматриваются в этой статье:

•   Прочность материала вкладыша достаточная для безотказной работы в условиях циклических нагрузок.

•   Антифрикционные свойства материалов вкладыша, обеспечивающие износостойкость, снижение трения и предотвращение схватывания.

•   Геометрия вкладыша, обеспечивающая стабильный режим гидродинамической смазки.

Приведенные аспекты функционирования вкладышей рассмотрены в свете тенденций развития современных двигателей.

2. Объемная эффективность

Объемная эффективность — это отношение объема топливной смеси, входящей в цилиндры к рабочему объему двигателя.

Факторы, снижающие эффективность:

— Ограничения при впуске воздуха.

— Ограничения при выпуске выхлопных газов.

— Нагрев входящей смеси в цилиндрах.

При полной мощности и полностью открытых заслонках объемная эффективность двигателей без турбо наддува достигает 80%. В гоночных двигателях этот параметр может превышать 100%.

Следующие методы используются для повышения объемной эффективности:

• Перекрытие клапанов. Этот метод повышения эффективности особенно результативен при высоких оборотах.

• Инерционный наддув. В этом методе для повышения давления впускаемого воздуха используется инерция воздушного потока. И этот метод наиболее эффективен на высоких оборотах двигателя.

Увеличение энергии горения и более высокое давление воздуха повышают давление газов в цилиндре. В результате повышается нагрузка на верхний шатунный и нижние коренные вкладыши.

Вкладыши в двигателях с большей объемной эффективностью работают в условиях повышенной циклической нагрузки, что предъявляет требования к усталостной прочности материалов вкладышей.

3. Принудительное нагнетание

Принудительное нагнетание воздуха (наддув) это один из наиболее эффективных методов повышение мощности и крутящего момента двигателей.

Наддув позволяет увеличить массу воздуха, входящего в цилиндры.

Соответственно увеличивается масса впрыскиваемого и сгораемого в каждом цикле топлива. В результате мощность и крутящий момент двигателя с принудительным нагнетанием воздуха больше, чем в двигателе того же объема, но без наддува.

Типичный уровень давления воздуха, производимое нагнетателем, 0.5-1 бар. Однако в двигателях гоночных автомобилей давление может достигать 4.8 бар (Драгстер).

В современных гибридных двигателях Формулы 1 давление достигает 3.5 бар. Давление в цилиндре в результате доходит до 200 бар, что в три раза выше максимального давления в цилиндрах двигателей без принудительного нагнетания.

Высокое давление в цилиндрах двигателей с наддувом передается посредством шатуна вкладышам, повышая вероятность усталостного разрушения. Кроме того, повышение нагрузок на вкладыш приводит к снижению толщины масляной пленки и может вызвать металлический контакт вкладыша с валом.

4. Степень сжатия и октановое число

Термодинамический анализ ДВС показывает, что к.п.д. двигателя определяется его степенью сжатия. Одно и то же количество топлива, сгораемого в одном цикле, производит больше мощности в двигателе, имеющем выше степень сжатия.

Поэтому с любой точки зрения (мощность, расход топлива, снижение выхлопа в атмосферу, стоимость) степень сжатия должна быть максимально возможной.

Однако величина степени сжатия ограничена повышенной вероятностью детонации двигателя. Детонация — это аномально быстрое горение топлива в цилиндре. Она производит экстремально высокие скачки давления. Двигатель, что называется, стучит. Параметром топлива, показывающем вероятность детонации, является октановое число.

Октановая шкала была изобретена в 1927 году Грэмом Эдгаром. На тот момент среднее автомобильное топливо имело октановое число 50. Такое топливо позволяло увеличить степень сжатия двигателя до 4-4.5:1.

К настоящему времени октановое число бензина выросло почти вдвое. Примерно в той же пропорции выросли коэффициент сжатия и к.п.д. двигателей.

Современное топливо для гоночных автомобилей, содержащее метанол или этанол, может иметь октановое число, превышающее 100. Такое топливо не приводит к детонации при степени сжатия до 15:1.

Что касается эффекта повышения степени сжатия на работу вкладышей, то он подобен эффекту наддува. Более сжатая воздушно-топливная смесь производит давление перед началом горения. И сам процесс горения более энергетически эффективен. Образующиеся в процессе горения газы разогреваются до большей температуры, что увеличивает так же их давление и, в конечном счете, нагрузку на вкладыши.

У верхних шатунных и нижних коренных вкладышей увеличивается риск усталости материала и перехода гидродинамического режима трения в смешанный.

5.  Отношение хода поршня к диаметру цилиндра

Объем двигателя определяется величинами хода поршня и диаметром цилиндра. На первый взгляд количество энергии, получаемой в одном цикле горения, просто пропорционально массе топлива (то есть объему двигателя). Однако более длинные цилиндры обеспечивают меньшие термические потери благодаря меньшей площади поверхности теплопереноса. Поэтому двигатели с большим соотношением между ходом поршня и диаметром цилиндра (S/B), имеют выше к.п.д. и производят больше механической энергии.

Кроме того, более длинные цилиндры обладают повышенным эффектом продувки. В таких цилиндрах во время перекрытия клапанов свежий воздух выталкивает сгоревшие газы, не смешиваясь с ними.

Поэтому, в низкооборотных двигателях высокие значения S/B предпочтительны. Обычно значение S/B находится в пределах 1-1.5.

Двигатели гоночных автомобилей, где необходима максимальная мощность, работают на очень высоких скоростях, достигающих 18,000 об/мин. При высоких скоростях значительная часть генерируемой энергии расходуется на ускорение и замедление частей двигателя (шейка шатуна, поршень, шатун). Эти части создают силы инерции, величина которых, пропорциональна квадрату скорости вращения.

Более короткий ход поршня позволяет снизить силы инерции.

Величина S/B влияет на работу вкладышей. Ee уменьшение фактически означает увеличение площади поверхности поршня, а значит и силы давления газов, передаваемой на вкладыши посредством шатуна.

Повышение нагрузки на вкладыши может вызвать его выход из строя из-за усталости. Повышенная нагрузка также снижает величину масляной пленки и повышает износ.

6.      Скорость вращения

Силы инерции пропорциональны скорости вращения в квадрате. При высоких скоростях вращения (в основном характерных для гоночных двигателей) величины сил инерции, развиваемых вращающимися, ускоряющимися и замедляющимися деталями, могут достичь уровня сил, генерируемых горящими газами в цилиндрах.

Однако в отношении вкладыша, направление этих сил противоположно направлению силы давления газов. Это означает, что равнодействующая сила, действующая на верхний шатунный вкладыш при высоких скоростях вращения ниже силы при низких скоростях.

Этот эффект играет положительную роль, так как он снижает риск усталостного напряжения верхнего шатунного вкладыша.

С другой стороны, нижний шатунный вкладыш, не нагруженный при низких и средних скоростях вращения, в высокоскоростных двигателях испытывает значительную нагрузку, производимую инерционными силами. При определенных условиях эта нагрузка может превысить предел усталости материала вкладыша, и он выйдет из строя.

Силы инерции могут «перевернуть» распределение удельной нагрузки не только в шатунных, но также и в коренных вкладышах.

При высоких скоростях верхний коренной вкладыш становится нагруженным. Эффект увеличения удельной нагрузки дополнительно усиливается тем, что площадь рабочей поверхности верхнего коренного вкладыша уменьшена на величину площади масляной канавки и масляного отверстия.

7. Вязкость масла

Моторное масло обеспечивает условия гидродинамического смазки, снижает трение и удаляет тепло, генерируемое вкладышами.

Индекс вязкости масла является параметром, определяющим величину гидродинамического трения и также величину гидродинамической подъемной силы, противодействующей внешней силе, действующей на вкладыши со стороны коленчатого вала. Эта гидродинамическая сила не позволяет валу приблизиться вплотную к поверхности вкладыша. Более вязкое масло производит большую гидродинамическую силу, которая остается стабильной даже при относительно высоких значениях масляного зазора.

В то же время вязкое масло увеличивает энергетические потери, производимые гидродинамическим трением.

Снижение вязкости моторного масла дает выигрыш механической энергии двигателя.

Этот эффект определяет тенденцию в двигателестроении по снижению вязкости моторного масла.

Однако в условиях повышенных нагрузок масло с низкой вязкостью не всегда формирует пленку толщиной, превышающей шероховатость поверхностей вкладыша и вала, что нарушает гидродинамический режим смазки, вызывая металлический контакт. Такой режим смазки приводит к повышенному износу вкладыша или даже схватыванию с валом. Материал вкладыша, работающего в таких условиях, должен иметь способность противостоять схватыванию и износу.

8. Дизельные двигатели

Дизельные двигатели характеризуются высокими значениями степени сжатия (17-22). Поэтому они имеют преимущество в к.п.д по сравнению с двигателями с зажиганием.

Благодаря высоким степеням сжатия давление в цилиндре дизельного двигателя очень высоко, достигает 200-230 бар.

Соответственно, циклическая нагрузка, действующая на вкладыши, особенно верхний шатунный, так же очень высока. Для работы в таких условиях вкладыши должны быть сделаны из специальных высокопрочных материалов.

9. Гибридные двигатели и двигатели старт-стоп

Опустим описание достоинств гибридных и старт-стоп двигателей, которые совершенно очевидны и не требуют разъяснений.

Перейдем сразу к недостаткам.

Основной из них это частая работа при низких скоростных оборотах. Такие условия реализуются при каждом выключении ДВС из-за переключения на электрический мотор или при остановке автомобиля.

В условиях низкой скорости вращения гидродинамическая сила недостаточна для противодействия внешней силе. Это приводит к нестабильной масляной пленке и металлическому контакту. Из-за частого отключения двигателя такой режим непосредственного трения происходит так же часто, приводя к повышенному износу вкладыша.

Сочетание высокой несущей способности с хорошими антифрикционными свойствами, требующееся для работы в таких условиях, может быть обеспечено специальными покрытиями, содержащими частицы твердой смазки.

10. Уменьшение размеров двигателей

Современные двигатели в сравнении с двигателями старой конструкции производят намного больше механической энергии, имея при этом существенно меньшие размеры. Коленчатые валы в этих двигателях так же много меньше. Поэтому и размеры современных вкладышей так же меньше.

Из-за этого нагрузка, генерируемая в цилиндре, действует на относительно небольшую площадь вкладыша. То есть удельная нагрузка (нагрузка на единицу площади) значительно возросла.

Небольшим по размерам, но мощным современным двигателям требуются вкладыши из материалов с высокой несущей способностью и пределом усталости. Кроме того, повышенная удельная нагрузка приводит к уменьшению толщины масляной пленки, разделяющей поверхности вала и вкладыша. В таких условиях становится все трудней предотвратить металлический контакт.

Другой проблемой современных компактных двигателей является недостаточная жесткость коленчатого вала и постелей вкладышей.

Вал изгибается под действием циклических нагрузок. Поверхности вала и вкладыша становятся не параллельными. Это вызывает локальное нарушение гидродинамического режима и износ.

Деформация постелей вкладышей, происходящая в условиях значительных нагрузок, искажает геометрию вкладыша, что так же может приводить к потере гидродинамического режима смазки.

Материал вкладышей, работающих в таких двигателях, должен обладать хорошей прирабатывающей способностью – способностью к аккомодации геометрических дефектов коленчатого вала и постели вкладыша.

11. Условия работы вкладышей в современных двигателях

Таким образом, влияние различных параметров и особенностей конструкции современных двигателей на работу вкладышей можно заключить в следующих условиях:

•    Высокие удельные нагрузки, величина которых может достигать 120 Мпа.

•   Очень низкие значения минимальной толщины масляной пленки (1 микрон и менее).

•   Смешанный режим трения с частым металлическим контактом.

•   Не параллельность трущихся поверхностей как результат эластической деформации коленчатого вала и постели вкладыша.

•   Повышенная скорость вращения.

• Пониженная вязкость моторного масла.

12. Разработка современных вкладышей в King Engine Bearings Ltd.

King Engine Bearings Ltd. разрабатывает и производит вкладыши для ДВС с 1960 года. Весь технологический процесс производства, начиная от литья сплавов и заканчивая упаковкой готовых вкладышей, происходит на заводе в г. Кирьят Гат (Израиль).

Там же располагается подразделение компании, занимающееся исследованиями и разработками новых видов продукции и технологий.

Компания King Engine Bearings Ltd. осознаёт, что традиционные вкладыши не способны выдерживать тяжелые условия работы, характерные для современных двигателей.

Активность компании в исследованиях и разработках вкладышей для современных приложений осуществляется в трех основных направлениях:

•     Материалы с высокой усталостной прочностью и несущей способностью.

•     Покрытия для работы в условиях режима смазки смешанного типа.

•   Совершенствование конструкции вкладышей.

12.1 Разработка материалов с высокой несущей способностью

SV

Для высоконагруженных дизельных и некоторых бензиновых двигателей с турбо наддувом требуются вкладыши, сделанные из особо прочных материалов.

Как правило, в таких случаях используются вкладыши с покрытием, напыляемым в вакууме (Спаттер).

King Engine Bearings Ltd. так же обладает этой технологией и производит вкладыши Спаттер.

Однако наряду с технологией Спаттер, Кинг разработал альтернативную технологию SV. Вкладыши, произведенные по этой технологии, имеют серебряное покрытие, нанесенное на особо прочную висмутовую бронзу (рис. 1). Для повышения антифрикционных свойств вкладыша на серебряный слой наносится дополнительное покрытие из баббита или антифрикционного полимера.

  

        Рис.1 Вкладыши SV

Вкладыши SV имеют ту же несущую способность 120 МПа, как и Спаттер.

Гоночная версия материала с серебряным покрытием носит название GP.

SM

SM — это биметаллический сталеалюминевый материал, разработанный Кингом для двигателей, имеющих повышенную нагрузку (рис. 2).

    Рис. 2 Вкладыши SM

Алюминиевый сплав SM упрочнен специальными легирующими добавками, повышающими усталостную прочность материала.

pMax Black™ and pMax Kote™

В King Engine Bearings Ltd. разработан упрочненный триметаллический материал pMax Black™ [3].

Эта разработка включает инновационную технологию формирования ультратонкого прочного защитного «щита» на поверхности покрытия.

pMax Black™ обладает усталостной прочностью 70 МПа, что на 17% выше конвенциональных триметаллических вкладышей.

Вкладыши pMax Black™ легко узнаваемы по их характерному черному цвету (рис. 3).

В последнее время Кинг начал производство и продажу вкладышей из материала pMax Kote™ имеющих дополнительное антифрикционное покрытие.

Рис. 3 Вкладыши pMax Black™

Вкладыши, изготовленные из материалов pMax Black™ и pMax Kote™ завоевали прочные позиции на американском и европейском рынках изделий для гоночных автомобилей.

MC

МС – одна из последних разработок Кинга. МС это триметаллический материал, имеющий стальную основу, промежуточный слой из прочного алюминиевого сплава, покрытого износостойким антифрикционным полимерным покрытием.

Рис.4. Вкладыш МС

Вкладыши МС прекрасно зарекомендовали себя в гибридных и старт-стоп двигателях. Полимерное покрытие обеспечивает стабильно низкое трение в условиях непосредственного контакта вкладыша с поверхностью вала, что часто случается в двигателях, оснащенных технологией старт-стоп.

Вкладыши МС так же успешно работают и в других двигателях, заменяя традиционные биметаллические и триметаллические материалы.

12.2 Разработка покрытий для работы в условиях смешанной смазки

Недостаток масла во время работы в режиме смешанной смазки может быть компенсирован твердой смазкой, распределенной в форме мелких частиц внутри полимерной матрицы. Этот материал наносится на поверхность вкладышей в форме покрытия.

Помимо твердой смазки полимерные покрытия, разработанные в Кинге, содержат упрочняющие фазы в форме частиц нано-размера. Подобно масляной пленке полимерное покрытие разделяет металлический материал вкладыша и поверхность вала.

Fig. 4 Вкладыши Кинга с полимерным покрытием

Три разных типа полимерных покрытий, предназначенных для различных приложений, разработаны в Кинге: К-340, К-334 и К-40.

K-340

К-340 это наиболее прочное покрытие, обладающее очень высокой износостойкостью, ударостойкостью и усталостной прочностью.

Покрытие может работать при нагрузках вплоть до 120 МПа.

K-334 для вкладышей pMax Kote™

К-334 это износостойкое покрытие, предназначенное для нанесения на относительно мягкую основу. К-334 был разработано для модификации материала pMax Black™. Модифицированный материал pMax Kote™ обладает повышенной износостойкостью в условиях металлического контакта, а также лучшей стойкостью к кавитационной эрозии.

K-40

К-40 это относительно мягкое покрытие. Оно обладает исключительной прирабатываемостью и другими антифрикционными свойствами. К-40 был разработан для двигателей, вкладыши которых испытывают постоянный металлический контакт, как, например, вкладыши в двигателях в гонках Драгстер.

12.3 Разработка элементов конструкции вкладышей

U-Groove™

При повышенных скоростях вращения двигателей абсолютные величины нагрузок, воздействующей на верхний и нижний коренные вкладыши, становятся близкими друг к другу. В этом случае удельная нагрузка, приложенная к верхнему вкладышу, имеющему масляную канавку, может превысить удельную нагрузку, приложенную к нижнему вкладышу.

Fig.5 Масляная канавка U-Groove™ с прямоугольным сечением

Конструкция канавки U-Groove™ с прямоугольным сечением позволяет увеличить эффективную площадь поверхности верхнего вкладыша. Это приводит к снижению удельной нагрузки на вкладыш.

ElliptiX™

В новой конструкции масляного отверстия его площадь сечения была увеличена за счет сочетания круглого отверстия с овальным, находящемся внутри масляной канавки.

Fig.6 Масляное отверстие ElliptiX™

Конструкция ElliptiX™ позволяет увеличить пропускную способность масляного отверстия без снижения эффективной рабочей площади вкладыша.

EccentriX™

Эксцентриситет вкладыша (разница между максимальной и минимальной толщинами) помогает установить стабильный режим гидродинамической смазки и сохранить форму масляного клина даже при деформации постели вкладыша [4].

Fig. 7 Оптимальный эксцентриситет вкладыша EccentriX™

Оптимизированная конструкция вкладыша EccentriX™ (рис. 7) обеспечивает стабильный гидродинамический режим его работы.

RadiaLock ™

Конструкция RadiaLock ™ обеспечивает оптимальную величину выступа стыка.

     

Fig. 8 Оптимальная конструкция выступа стыка RadiaLock ™

RadiaLock ™ обеспечивает надежный натяг и плотное прилегание вкладыша, в результате чего не происходит его проворачивания в постели, а тепло, образующееся при трении, уходит через вкладыш.

Выводы.

Следующие тенденции в развитии конструкций двигателей бросают вызов разработчикам и производителям вкладышей:

•   Повышение объемной эффективности,

• Принудительное нагнетание,

•   Увеличение степени сжатия и октанового числа,

•   Снижение соотношения ход поршня-к-диаметру,

•   Повышенная скорость вращения,

•   Низкая вязкость моторного масла,

•   Дизельные двигатели,

• Гибридные и старт-стоп двигатели,

•  Уменьшение размеров двигателей

Вкладыши современных двигателей должны выдерживать повышенные циклические нагрузки и быть способными работать в режиме смешанной смазки.

Представлены инновационные разработки King Engine Bearings Ltd., обеспечивающие надежную работу вкладышей в условиях современных двигателей внутреннего сгорания:

Материалы вкладышей

·         SV

·         GM

·         SM

·         pMax Black™

·         pMax Kote™

·         МС

Полимерные покрытия

·         К-340

·         К-334

·         R-40

Детали конструкции вкладышей

·         U-Groove™

·         ElliptiX™

·         EccentriX™

·         RadiaLock ™

Источники:

[1] Dmitri Kopeliovich, “Lubrication regimes” SubsTech (Substances & Technologies). Retrieved from www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=lubrication_regimes

[2] «Indianapolis 500 automobile race» Encyclopædia Britannica. Retrieved from https://www.britannica.com/sports/Indianapolis-500

[3] Dmitri Kopeliovich, “Bearing Materials for Race Engines” SubsTech (Substances & Technologies). Retrieved from http://www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=bearing_materials_for_race_engines

[4] Dmitri Kopeliovich, “EccentriX™ Optimal Eccentricity for High Performance Bearings” SubsTech (Substances & Technologies). Retrieved from

www.substech.com/dokuwiki/doku.php?id=eccentrix_optimal_eccentricity_for_high_performance_bearings

Др. Дмитрий Копелиович

Типы вкладышей

По направлению восприятия нагрузки:

• Радиальные подшипники скольжения.
• Осевые (упорные) подшипники скольжения.

По назначению вкладыши делятся:

• Коренные вкладыши коленвала. Коренные вкладыши коленчатого вала. Это подшипник скольжения, обеспечивающий вращение коренных шеек коленчатого вала в постели блока цилиндров. Наши поставщики, изготавливают коренные вкладыши как комплектом на весь двигатель, так и поштучно на каждую шейку. Для удобства при монтаже выпускаются комплекты коренных вкладышей, в комплект которых входит одна опора, в которой соединены фланец упорного подшипника (полукольцо) с самим коренным вкладышем.

• Шатунные вкладыши коленвала. Шатунные вкладыши обеспечивают свободное вращение шатуна относительно шатунной шейки.

• Упорные полукольца /кольца (упорный подшипник коленвала). Это упорные подшипники скольжения, предназначенные для ограничения коленчатого вала от осевых перемещений.

• Втулки (вкладыши) распредвала. Втулки распредвала предназначены обеспечения вращения распределительного вала в блоке или головке блока цилиндров.
• Втулки верхней головки шатуна (ВГШ) .Втулки ВГШ обеспечивают вращение поршневого пальца относительно верхней головки шатуна.
• Втулки привода вспомогательных агрегатов. Втулки которые обеспечивают вращение, дополнительных валов ( балансирного вала , вала привода вспомогательных агрегатов, вала привода масляного насоса) в блоке цилиндров.
• Втулки вала привода коромысел клапана (оси коромысел). Втулки, обеспечивающие защиту от износа оси коромысел и сами коромысла.

По типу покрытия:

• Цельный подшипник (вкладыш) . Цельные подшипники сделаны полностью из одного материала, обладающего достаточной жесткостью и износостойкостью.

• Двухслойный подшипник (биметаллический). Самый распространенный тип подшипников скольжения. Такие подшипники используются для снижения нагрузки в бензиновых и безнаддувных дизельных двигателях в легковых автомобилях. Они состоят из стальной основы, и среднего слоя, слоя антифрикционного покрытия.

• Подшипники, состоящие из трех материалов. Эти вкладыши используются, главным образом в двигателях с более тяжелой нагрузкой. Трехслойные вкладыши состоят из стального слоя являющегося основанием, слоя заливки (изоляционной прокладки) обеспечивающего оптимальные условия для прилегания третьего слоя -антифрикционного.

• В отдельную группу выделяют трехслойные подшипники скольжения изготовленные с помощью технологии ионно-плазменного напыления (SPUTTER).

Источник: motorzona.ru

Провернуло вкладыши двигателя: описание, причина, ремонт

Часто на многочисленных форумах, посвященных автомобильной тематике, можно прочитать темы о стуках в двигателе или о провернутых вкладышах. Это аварийная ситуация в ДВС. Когда говорят, что провернуло вкладыш, это значит, что подшипники скольжения на коленчатом валу и на шатунах вырвало из посадочного места и они пришли в негодность. Это серьезная поломка, которая случается достаточно часто. Автолюбители видят причину в низкокачественных моторных маслах от неизвестного производителя.

Но причин значительно больше, и они напрямую не связаны со смазкой и ее качеством. В доказательство этому есть множество примеров, когда коренные вкладыши выходят из строя, если в двигатель залито брендовое оригинальное масло. Или наоборот — подшипники работают не одну сотню тысяч километров на маслах среднего качества. Давайте разберемся, почему проворачивает вкладыши коленчатого вала, какие факторы на это влияют и что является главной причиной этого явления.

Разница между коренными и шатунными вкладышами

Необходимо знать, что есть два вида вкладышей. Это шатунные и коренные. Первые находятся между шатуном и шейкой коленвала. Коренной элемент похож на первый по своему предназначению. Однако он располагается там, где коленчатый вал проходит в корпусе двигателя. Вкладыши отличаются по своим размерам. Габариты зависят от типа ДВС, для которого конкретная деталь изготовлена. Существуют и специальные ремонтные вкладыши. Они отличаются от оригинальных новых, установленных в двигателе. Ремонтные вкладыши различаются лишь отметками, кратными 0,25 мм. Так, их размеры примерно такие — 0,25 мм, 0,5 мм, 0,75 мм, 1 мм.

Причины проворачивания вкладышей

Итак, коленчатый вал — это деталь, которая работает в жестких условиях, и ей приходится выдерживать колоссальные нагрузки в условиях экстремальных температур. Чтобы механизм надежно удерживался на оси и мог обеспечивать правильную работу всего кривошипно-шатунного механизма, необходимы вкладыши. Шейки на валу работают в качестве внутренней обоймы. Вкладыши — в качестве наружной.

В блоке ДВС имеются каналы для подачи смазки под давлением. За счет масляной пленки, которая обволакивает вкладыши, коленчатый вал может вращаться. Почему же автовладельцы сталкиваются с ситуациями, когда в двигателе провернуло вкладыши коленвала? Есть несколько возможных причин. Давайте рассмотрим их ниже.

Механический износ

Первая причина, по которой при ремонте двигателя проводят замену коренных и шатунных вкладышей, это выработка. Изнашиваются детали вследствие механических нагрузок. Многие пытаются сберечь вкладыши, однако это бесполезно. Здесь замешана физика, а физические процессы по-другому работать не могут. Износ неизбежен. Антифрикционный слой на вкладыше со временем стирается. Это ведет к свободному ходу коленвала. Появляются люфты. В результате этого снижается давление масла, причем вполне существенно. На большинстве двигателей, которые отличаются высокой надежностью, если провернуло вкладыш, это говорит об их износе.

Проворачивание шатунных вкладышей коленвала

Это тоже одна из популярных неисправностей. С такой проблемой столкнулось много автовладельцев. А вот о причинах знают далеко не все. Разберемся, что же случается с элементом. Пластина шатунных вкладышей достаточно тонкая.

Она устанавливается на специальное посадочное место. Наружные стенки на полукольцах имеют специальные выступы, которые еще в необкатанном и неразработанном двигателе упираются во фронтальную часть блока цилиндров. В определенный момент посадочное место просто не может удержать шатунный вкладыш. В результате типичная ситуация — провернуло вкладыш. Пластина не просто проворачивается, но и прилипает к шейке коленчатого вала. В этом случае мотор глохнет и больше не заведется.

Причины поломок шатунных вкладышей

Специалисты по ремонту двигателей внутреннего сгорания видят несколько причин, по которым подшипники скольжения проворачиваются. Зачастую это связано с излишне густым маслом, в которое попадают частички металла. Смазка со стружкой оказывает на вкладыши абразивное воздействие. Нередко случается и полное отсутствие масла. Особенно этим страдают автомобили с изношенными маслосъёмными кольцами. Часть смазки просто уходит «в трубу». В результате провернуло вкладыш и двигатель отправляется на ремонт. Могут быть недостаточно затянуты между собой крышки подшипников. И, наконец, еще одна причина. Это слишком жидкое масло. Особенно такие продукты вредны для моторов, работающих под высокими нагрузками.

Нарушение натяга

Если провернуло вкладыши, причины могут быть и в этом. В серийных автомобилях, собранных на заводе квалифицированными специалистами, такого не будет. А вот если мотор уже ремонтировали, то, скорее всего, подбор вкладышей был выполнен неверно и натяг нарушился.

Когда мотор работает, вкладыши испытывают повышенный момент трения. Этот момент стремится провернуть вкладыш. А из-за пониженного усилия, которое удерживает деталь на месте, риск проворачивания увеличивается в разы. Под действием неравномерной нагрузки, слабая посадка подшипника трения заставляет вкладыш вибрировать. Также нарушается смазочная пленка. В результате деталь проворачивается, а удерживающий порожек не в состоянии воспрепятствовать этому.

Как определить поломку

При проворачивании коренных вкладышей тут же выходит из строя коленчатый вал и блок цилиндров. В случае проворачивания шатунных подшипников, из строя выйдет сам шатун, колневал, а также блок цилиндров. В результате автовладельцу может помочь только капитальный ремонт мотора. Эту поломку можно определить. Существуют некоторые признаки провернутых вкладышей. Один из них — это характерный металлический стук по всему мотору.

Он не прекращается даже на холостых оборотах, а с повышением нагрузки он стучит еще интенсивнее. Еще один признак — низкое давление масла. Если двигатель холодный, тогда звуков может не быть. Если ситуация безвыходная, мотор заглохнет, и оживить его можно только ремонтом.

Ремонт и последствия

Типичная ситуация — провернуло вкладыши. Что делать? Решить проблему можно по-разному, в зависимости от характера повреждений. В некоторых случаях можно обойтись заменой вкладышей со шлифовкой коленвала. В сложных ситуациях ремонт будет значительно дороже.

Если провернулся шатунный вкладыш, то в современных двигателях это не является серьезной проблемой. Но это не касается коренного. Часто случается ситуация, что поврежденный вкладыш просто меняется, и мотор работает дальше. Специалисты не рекомендуют такой подход. Ресурс восстановленной таким образом пары шатун-шейка коленчатого вала может сильно сократиться. Гораздо более приемлемый вариант — это замена шатуна, с которым случилась проблема. Также если провернуло вкладыши (ВАЗ-2172 в том числе), обязательно ломается и замок на шатуне. Более оптимально будет расточить коленвал под следующий ремонтный размер и выполнить полную замену вкладышей и шатунов. Шлифовать вал после проворачивания необходимо в обязательном порядке.

На шейке механизма образовываются задиры. Только так можно добиться нужного состояния поверхности и двигатель будет работать правильно.

Что в итоге

Если в моторе что-то застучало, то это сигнал к немедленному прекращению эксплуатации автомобиля. Не стоит заводить мотор. Скорее всего, внутри двигателя провернутые вкладыши. Ремонт этой поломки может быть достаточно дорогим. Нужно учесть, что на ресурс элементов влияют и температурные режимы работы мотора. Не стоит перегревать двигатель. Что касается масла, то безопаснее всего использовать те продукты, которые полностью соответствуют требованиям и допускам производителя.

Вывод

Итак, мы выяснили, по каким причинам происходит проворачивание вкладышей коленчатого вала. Чтобы исключить поломку, не держите двигатель подолгу на высоких оборотах, вовремя меняйте масло, фильтры и соблюдайте температурные режимы работы мотора.

Описание основных причин износа коренных и шатунных вкладышей

Износ вкладышей приводит к снижению эффективности работы системы смазки двигателя, которая, в свою очередь, может привести к значительному износу отдельных частей силового агрегата, а также к снижению его рабочего ресурса. Поэтому при выявлении даже незначительного износа шатунных и/или коренных вкладышей необходимо предпринять меры по устранению неполадок.

Содержание

Обычно причинами износа является их естественное старение. Однако в некоторых случаях имеет место попадание на их рабочую поверхность грязи или мусора, возникновение коррозии, недостаточное смазывание, несоосность осей и другие причины. Как правило, вкладыши не подлежат восстановлению, поэтому их необходимо менять на новые. Процедура достаточно сложная, поэтому самостоятельное ее выполнение имеет смысл лишь в случае, если у автовладельца есть соответствующий опыт выполнения работ и необходимые инструменты.

Описание работы вкладышей

Перед тем как перейти к описанию признаков, причин и методов по устранению износа вкладышей, необходимо разобраться в их предназначении, видах и принципе работы.

Существует два типа вкладышей коленчатого вала — коренные и шатунные. По сути, вкладыши являются подшипниками скольжения, и в их задачи входит выдерживание значительных нагрузок, возникающих между шатуном и шейкой коленчатого вала. В современных машинах (в большинстве случаев) вкладыши сделаны из пластичных алюминиевых сплавов (обычно с алюминий с оловом). Сверху они покрыты антифрикционным составом.

Коренные вкладыши расположены между коленчатым валом и местом, где коленвал проходит непосредственно через корпус двигателя, в посадочных местах, так называемых “постелях”. Коренные вкладыши имеют в своей конструкции отверстия, предназначенные для лучшего отвода масла. То есть, коренные вкладыши являются подшипниками скольжения для коренных шеек коленчатого вала. А по факту на коренных вкладышах держится и вращается коленвал.

Шатунные вкладыши располагаются в нижней части головки шатунов. А шатуны, в свою очередь, закрепляются с помощью шатунных вкладышей на шатунных шейках коленчатого вала. Функция шатунных вкладышей заключается в том, что они являются подшипниками скольжения для нижних головок шатунов и шатунных шеек коленчатого вала.

Износ вкладышей подразумевает значительное увеличение их зазоров (чем больше увеличение — тем хуже). Вследствие этого падает давление в системе смазки двигателя. Обычно в таких случаях на приборной панели загорается лампочка (масленка), символизирующая о том, что давление масла значительно упало. Особенно часто это проявляется на горячем двигателе, когда вязкость масла минимальна. Водители в таких случаях говорят, что “подшипники не держат масло”. Износ вкладышей — очень опасная проблема, которая может привести к большому износу других деталей двигателя и мотора в целом. А это может привести к значительному уменьшению их ресурса и повреждению.

Рекомендуется менять вкладыши при каждом капитальном ремонте двигателя.

Звук от стука коренных вкладышей обычно глухой, с металлическим оттенком. Его легко выявить, когда двигатель работает на холостых оборотах, и после этого обороты резко увеличиваются (резко надавить на педаль газа). При этом на них идет большая нагрузка и появляется стук. Аналогично нужно поступить и с шатунными вкладышами.

Несложно найти, и в каком именно цилиндре стучат вкладыши. Для этого нужно поочередно отключать (выкручивать) свечи зажигания на бензиновом двигателе или форсунки топлива на дизельном. Если при какой-либо выкрученной свече упомянутый стук пропал, значит, в этом цилиндре и существует проблема.

Признаки и причины износа

Теперь перейдем непосредственно к типам повреждений, которые способствуют износу вкладышей и выходу их из строя.

Попадание инородных тел

Признаки. Признаком попадание инородных тел или грязи является ситуация, когда возникает локальное повреждение рабочей поверхности на вкладыше. В некоторых случаях также возможно небольшое (меньшее) повреждение на обратной стороне детали. Как правило, мусор или грязь на поверхности вкладыша являются первопричиной дальнейшего износа. Поэтому нужно как можно раньше выявить указанную неисправность. В противном случае износ распространится дальше, и повреждена будет значительная площадь поверхности, вплоть до 100%.

Причины. Как указывалось выше, причиной такой ситуации является попадание грязи или мусора между вкладышем и его опорой. Из-за этого также возникает образование мест с большим масляным давлением, в которых разрушается масляная пленка. В свою очередь это приводит к разрушению поверхности вкладыша в процессе его эксплуатации.

Методы устранения. В первую очередь необходимо выполнить проверку поверхностей опоры вкладыша и вала на предмет выявления на них повреждений. Если они есть — их необходимо устранить. После этого нужно убедиться, что поверхности чистые. Особенно это касается случая, когда устанавливаются новые вкладыши.

Грязевая эрозия

Признаки. Признаком грязевой эрозии является наличие задиров или вкраплений грязи. Иногда и то и другое. В особо запущенных случаях грязевая эрозия может переместиться на области около масляных отверстий.

Причины. Причиной в данном случае является некачественное масло, в составе которого есть грязевые примеси или абразивные материалы.

Устранение. Необходимо проверить работу всех движущихся деталей двигателя. Особенно тщательно нужно проверить систему смазки. Имеет смысл также проверить систему очистки масла и воздуха (в первую очередь фильтры). При сборке двигателя нужно не допускать попадания в него грязи. После всего нужно обязательно поменять масло на новое.

Коррозионное истирание

Признаки. Речь идет о наличии коррозионного истирания на задней стальной поверхности вкладыша. Как правило, следы коррозии располагаются ближе к соединению половинок корпуса вкладыша.

Причины. В данном случае причин может быть несколько. Среди них:

• Снижение усилия запрессовки. Это приводит к незначительным перемещениям корпуса вкладыша относительно поверхности их опоры.
• Крепежные болты были слабо затянуты при монтаже.
• На контактных поверхностях опоры вкладышей имеются инородные тела.
• Продолжительная работа двигателя на высоких оборотах (особенно если это проявляется часто).
• Использование вкладышей с неподходящими размерами (шириной).

Устранение. В соответствии с различными причинами возникновения неполадки, методы устранения также могут быть разными. В частности:

• Затянуть крепежные болты с моментом, рекомендованным заводом-изготовителем автомобиля.
• Выполнить ревизию посадочного диаметра опоры вкладыша.
• Проверить чистоту соприкасающихся поверхностей между вкладышем и опорой.
• Использовать вкладыш предписанного размера (ширины).
• Старайтесь не использовать длительное время двигатель на высоких оборотах.

Усталость металла

Признаки. Усталость может быть вызвана не только длительной эксплуатацией вкладыша, но и чрезмерной нагрузкой на него. Признаками его выхода из строя будет ситуация, когда из его тела будут буквально вырваны частички материала, особенно в местах значительной нагрузки.

Причины. Их также может быть несколько:

• Использование неподходящих или некачественных вкладышей. Это приводит к их значительной перегрузке.
• Основная нагрузка при работе приходится на края вкладышей.
• Неполное сгорание топлива в камере сгорания.
• Неверный тюнинг двигателя автомобиля.

Методы устранения. Соответственно, методы устранения также могут быть различными. Нужно проверить:

• осевую форму шейки вала.
• форму и геометрические размеры опор вкладыша.
• условия сборки двигателя, и в частности, установки вкладышей.

Также имеет смысл установить новый качественный вкладыш, подходящий по размеру.

Износ из-за проникновения олова

Признаки. Значительный слой олова в определенном месте на поверхности стальной основы. Обычно это сопровождается очень сильным локальным износом в том месте.

Причины. Возникновение небольших перемещений вкладыша на его посадочном месте, возникших из-за малого усилия запрессовки.

Методы устранения. Как правило, необходимо выполнить следующие действия. Первое — проверить посадочный диаметр опоры вкладыша. Второе — проверить чистоту сопрягаемых поверхностей вкладыша и опоры. Третье — проверить момент затяжки болтов и его корректировка в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя.

Коррозия поверхности

Признаки. При коррозии, в зависимости от ее степени, всегда повреждается поверхность вкладыша. Она становится пористой и теряет свой цвет.

Причина. Как правило, описанное явление вызвано использованием некачественного масла, в процессе разложения которого выделяются кислоты, которые и вызывают коррозию.

Методы устранения. Необходимо провести ревизию двигателя, а особенно систему смазки. При наличии значительных повреждений на валу и вкладыше необходимо их устранить. В конце ремонтных работ нужно обязательно поменять масло на качественное новое, рекомендованное для данной машины.

Недостаточно смазывание

Диагностика износа вкладышей

Признаки. Малое количество или отсутствие масла может привести к возникновению истирания и/или оплавления рабочей поверхности вкладыша. А это в свою очередь является причиной усталости металла и его повреждения.

Причины. Разрушение смазывающей пленки между вкладышем и валом. Из-за этого в процессе работы значительно возрастает трение и увеличивается температура. Материалы плавятся. Причиной также может быть сбой системы смазывания двигателя. В случае, если деформирована опора вкладыша или повреждена поверхность шейки вала, то высока вероятность разрушения смазывающей пленки.

Методы устранения. Необходимо провести ревизию системы смазывания двигателя, в том числе, чистоту масла. Также имеет смысл проверить состояние поверхности шейки вала и опор вкладышей. При необходимости нужно выполнить ремонт. Также возможен вариант установки новых вкладышей.

Неправильная обработка шеек коленвала

Признаки. Внутренняя поверхность вкладыша контактирует с шейкой вала с одной или двух сторон корпуса вкладыша. Также возможен вариант, когда материал внутренней поверхности очень изнашивается с торцов по окружности.

Причины. Причинами такой ситуации может быть:

• Размер вкладыша не соответствует необходимому значению, обычно большая ширина.
• Внутренний замок корпуса вкладыша маленький по размеру.
• Шейка вала установлена неправильно.
• Галтель (или галтели) шейки имеют очень большую ширину.
• Упорные подшипники имеют очень большие зазоры.
• Упорные подшипники неверно отрегулированы.

Методы устранения. Методы устранения также могут быть следующими, нужно проверить:

• тип корпуса вкладыша, его ширину, размер и форму замка.
• форму галтелей шейки вала.
• осевой зазор коленвала.

Царапины на поверхности

Признаки. Имеются отдельные царапины, которые по виду не напоминают рабочие потертости от работы механизма.

Причины. На рабочей поверхности вкладыша по каким-либо причинам (чаще всего из-за несоблюдения чистоты во время их установки) имеются мелкие инородные частицы. Возможно их образование вызвано технологиями литья или сверления.

Методы устранения. Выполнить промывание двигателя новым чистым маслом с помощью внешнего масляного насоса. Лучше промывку выполнять после сборки двигателя и до того, как автомобиль будет проходить обкатку.

Чрезмерная эрозия из-за кавитации

Признаки. Материал, из которого сделан вкладыш, имеет локальные точки вымывания. Обычно они расположены симметрично или центрально на рабочей поверхности вкладыша. Также возможно их возникновения на обратной стороне масляного канала.

Причины. Тут возможны несколько причин:

• попадание охлаждающей жидкости в масляную систему;
• увеличенная скорость потока масла в системе;
• детонация;
• неверные зазоры вкладыша.

Методы устранения. Методы устранения могут быть такими, необходимо проверить и устранить:

• наличие охлаждающей жидкости в системе смазывания двигателя;
• зазоры на вкладышах;
• скорость масляного потока;
• рабочие параметры системы зажигания, а также провести ревизию двигателя.

Несоосность

Признаки. При несоосности происходит чрезмерный износ лишь в районе верхней части корпуса вкладыша по направлению к кромке. При этом зоны изношенности находятся диаметрально противоположно на окружности.

Причины. Несоосность центральных осей вкладышей и шейки.

Методы устранения. Возможны следующие варианты:

• Проверить большой диаметр шатуна. При этом в идеале центральная ось «постели» шатуна должна располагаться точно перпендикулярно упорным плоскостям. При этом нужно проверить, чтобы обе упорные плоскости были параллельны.
• Для коренного вкладыша нужно проверить соосность «постелей» всех коренных вкладышей на двигателе.

Методы профилактики

Как указывалось выше, частичный выход вкладышей из строя влечет за собой повышенный износ двигателя, и в частности, системы его смазки. Поэтому чтобы не допускать подобной ситуации имеет смысл проводить периодические мероприятия по профилактике. Так, в первую очередь необходимо пользоваться тем моторным маслом, которое рекомендовано производителем автомобиля. Особенно это касается его вязкости. Не стоит покупать очень дешевое масло, поскольку высока вероятность, что в его составе будут абразивные частицы, которые негативно влияют на двигатель в целом, и на вкладыши в частности.

Также стоит производить периодическую проверку деталей двигателя, их состояние, геометрию, чистоту. При выполнении ремонтных работ нужно всегда следить за тем, чтобы в двигатель и/или систему смазки (масло) не попадала грязь. Существует так называемое “золотое правило” моториста, которое гласит, что лучше зазор на 0,03 мм больше, чем на 0,01 мм меньше. В таком случае вкладыш гарантировано не подведет, не расплавится и не застучит. Следите за состоянием двигателя вашего автомобиля, и он будет служить вам долгие годы.

Лучше не дожидаться ситуации, когда на приборной панели засветится лампочка, сигнализирующая о низком давлении масла. В идеале необходимо периодически проверять значение давления самостоятельно или в автосервисе. Ведь лампочка масленки светиться (то есть, срабатывает аварийный датчик) уже в крайнем случае, когда давление упало до критического. Этого лучше не допускать, особенно на двигателях со значительным пробегом.

Заключение

Необходимо периодически проверять состояние вкладышей, поскольку эти, казалось бы, незначительные детали могут привести к большим проблемам с масляной системой двигателя, тем самым значительно снизив его ресурс. И чем раньше удастся выявить поломку и устранить ее — тем с меньшими затратами в будущем придется столкнуться автовладельцу для проведения ремонта двигателя. Процедуру по замене можно провести как самостоятельно, так и на СТО. Однако, если вы решите выполнить ремонт самостоятельно, то вы должны быть на 100% уверены в том, что сможете довести дело до конца, поскольку замена подразумевает большой объем как демонтажных, так и монтажных работ.

Спрашивайте в комментариях. Ответим обязательно!

Гильзы цилиндров — Нанесенные наноповерхности

Отверстия блока цилиндров в двигателях внутреннего сгорания, особенно в двигателях с алюминиевыми блоками, обычно не выдерживают длительного скользящего контакта с движущимся поршнем, и поэтому должны быть усилены вставкой в ​​виде гильзы цилиндра, сделанной из более прочного материала. Большинство гильз цилиндров сегодня изготовлено из чугуна. Внутренняя поверхность гильзы имеет особый рисунок хонингования, помогающий минимизировать трение и износ, предотвратить заедание поршня и снизить расход масла и утечку газа.Наиболее сильный износ кольца происходит около верхней мертвой точки гильзы, когда внутренние напряжения максимальны, а скорость поршня близка к нулю, что создает условия для разрушения масляной пленки.

Трибокондиционирование гильз цилиндров позволяет значительно снизить трение вблизи точек поворота в системе поршень / отверстие и в то же время улучшить уплотнение и снизить риск заклинивания поршня. Гильзы цилиндров с трибокондиционированием имеют более плоские выступы, что приводит к оптимальному распределению контактного давления между отверстием и поршневыми кольцами, а также имеет лучшее удержание масла по сравнению с гильзами обычного типа.

Трибокондиционирование гильз цилиндров выполняется с использованием стандартных хонинговальных станков с набором инструментов для трибокондиционирования, установленных на хонинговальной головке вместо хонинговальных брусков, и технологической жидкости, специально созданной для переноса соответствующих химических прекурсоров. В настоящее время ANS работает в тесном сотрудничестве с ведущими мировыми производителями хонинговального оборудования для внедрения трибокондиционирования в массовое производство.

Влияние трибокондиционирования на профиль шероховатости поверхности и кривую опорной поверхности гильз цилиндров
(по Б.Жмуд, Трибология и смазочные технологии, 2011, стр.42-49).

Влияние трибокондиционирования на трение кольцевых прокладок (по Б. Жмуда, Э. Томаник, Ф.-А. Ксавье, 3-я Международная конференция по трибологии, Лулео, Швеция, 19-21 марта 2013 г.).

Снижение износа поршневых колец за счет трибокондиционирования внутреннего диаметра цилиндра (по Б. Жмуда, Компонент автомобиля 5, 2012, стр. 18-21).

Влияние рабочей температуры гильзы цилиндра на потери на трение и выбросы двигателя в соединении поршневых колец

Основные моменты

•

Температура гильзы цилиндра влияет на потери на трение.

•

Оптимальная температура футеровки повышает энергоэффективность и снижает выбросы.

•

На температуру гильзы практически не влияет вязкий сдвиг смазки.

•

Это означает, что оптимальные условия не зависят от частоты вращения двигателя.

Abstract

Несмотря на обширные исследования альтернативных методов, двигатель внутреннего сгорания, как ожидается, останется основным источником движения транспортных средств в обозримом будущем.По-прежнему существуют значительные возможности для повышения эффективности использования топлива, что напрямую снижает вредные выбросы. Следовательно, снижение тепловых потерь и потерь на трение постепенно становится приоритетной задачей. Система поршень-цилиндр составляет основную долю всех потерь, а также выбросов. Следовательно, потребность в комплексном подходе, особенно прогнозного характера, является существенной. В данной статье рассматривается этот вопрос, в частности роль температуры гильзы цилиндра, которая влияет как на тепловые, так и на фрикционные характеристики системы поршень-цилиндр.Основное внимание в исследовании уделяется верхнему компрессионному кольцу, критическая функция уплотнения которого делает его основным источником потери мощности на трение и важным компонентом защиты от дальнейшего проникновения вредных газов. О таком комплексном подходе до сих пор не сообщалось в литературе. Исследование показывает, что температура гильзы цилиндра имеет решающее значение для снижения потерь мощности, а также для снижения выбросов углеводородов (HC) и оксида азота (NOx) из соединения компрессионного кольца и гильзы цилиндра. Результаты предполагают существование оптимального диапазона рабочих температур гильзы, независимо от частоты вращения двигателя (по крайней мере, в изученных случаях) для минимизации потерь на трение.В сочетании с изучением выбросов NOx и HC контроль температуры футеровки может помочь снизить потери мощности на трение и уменьшить выбросы.

Ключевые слова

Двигатель внутреннего сгорания (ВС)

Гильза цилиндра

Поршневое кольцо

Трение

Среднее эффективное давление трения (FMEP)

Потери энергии

Расход топлива

000 Рекомендуемые статьи 9 2017 Автор (ы). Опубликовано Elsevier Ltd.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Исследование трения (взаимодействия поршень-гильза) в двигателях внутреннего сгорания с использованием двигателя с плавающей гильзой

Абстрактные

С ростом интереса к уменьшению воздействия двигателей внутреннего сгорания на окружающую среду, а также к повышению топливной экономичности стали проводиться более глубокие исследования компонентов двигателя. Механическое трение в двигателе является серьезной проблемой, любые улучшения или снижение трения могут иметь большое значение для эффективности двигателей.Этот тезис фокусируется на узле поршневой / кольцевой пакет и его влиянии на трение. В нем исследуются несколько ключевых компонентов и тенденции трения в сборе поршневой / кольцевой пакет, в частности тенденции, связанные с масляным регулировочным кольцом и поверхностью гильзы. Двигатель с плавающим хвостовиком используется в этом исследовании для выделения результатов по различным компонентам. Собранные данные могут быть использованы для сравнительного анализа и выявления тенденций на трассе трения. Диссертация начинается с подробного описания системы плавающего лайнерного двигателя в Массачусетском технологическом институте.Описываются как сбор данных, так и аппаратные системы, а также тестовые возможности Floating Liner Engine. Результаты, использованные в диссертации, были собраны с использованием условий движения. Маслосъемное кольцо играет ключевую роль в регулировании подачи масла к двум верхним кольцам и, следовательно, имеет более высокое натяжение, чем два верхних кольца. Это приводит к тому, что маслосъемное кольцо вносит значительный вклад в общее трение системы. Двумя наиболее распространенными маслосъемными кольцами, используемыми в промышленности, являются двойное маслосъемное кольцо (TLOCR) и трехкомпонентное маслосъемное кольцо (TPOCR).В диссертации исследуется влияние изменения шероховатости гильзы на трение TLOCR. Сравнение TLOCR и TPOCR также выполняется с использованием одинаковых поверхностей вкладыша. Результаты этих исследований показывают заметную разницу между следами трения от двух масляных колец.

Описание

Диссертация: S.M., Массачусетский технологический институт, факультет машиностроения, 2017.

Каталогизируется из версии диссертации в формате PDF.

Включает библиографические ссылки (страницы 88-91).

Отдел

Массачусетский Институт Технологий. Кафедра машиностроения .; Массачусетский Институт Технологий. Кафедра машиностроения

Издатель

Массачусетский технологический институт

City Research Online — Кавитация во взаимодействии гильзы цилиндра и поршневого кольца в двигателях внутреннего сгорания

Аннотация

Правила контроля выбросов, введенные правительствами, направлены на улучшение качества двигателей и уменьшение воздействия автомобилей на планету.Правила, налагаемые на производителей, оказались очень сложными для соблюдения, поскольку некоторые из ведущих компаний отрасли вкладывают значительную часть своего финансирования в исследования и разработки. Их цель — снизить расход топлива и выбросы выхлопных газов при одновременном повышении производительности и долговечности двигателя. Взаимодействие поршневого кольца и цилиндра с гильзой является основным источником потерь на трение для поршневых двигателей внутреннего сгорания. Неспособность поршневых колец эффективно контролировать транспортировку масла из поддона на стенки цилиндра, среди прочего, приводит к расходу смазочного материала.

Цель этого проекта — помочь в исследовании явлений, возникающих при взаимодействии гильзы цилиндра и поршневого кольца в различных условиях эксплуатации. Для этого были выполнены следующие исследования: визуализация течения и кавитации на модельной установке для смазки, а также визуализация кавитации в недавно разработанном оптическом двигателе. Основным направлением проекта было проектирование, изготовление и сборка оптического поршневого двигателя внутреннего сгорания.Новый двигатель был основан на дизайне 450-кубового Ricardo Hydra, многие детали которого пришлось переработать или модифицировать. Двигатель был оснащен специальной гильзой цилиндра, предназначенной для размещения окон, изготовленных по индивидуальному заказу, которые покрывают почти всю длину гильзы на ширине 25 мм; эта видимость обеспечивает доступ не только к точке контакта по всей длине гильзы, но также обеспечивает доступ к камере сгорания для визуализации потока и измерений поля потока. Система охлаждения была изменена, чтобы обеспечить точный контроль и поддержание температуры двигателя.Управление двигателем осуществляется с помощью новой специальной системы управления двигателем, встроенной в LabView, которая позволяет точно контролировать двигатель и все вспомогательные системы, такие как топливо, зажигание, датчики и оптическое оборудование. Новая система управления и оптический двигатель были успешно протестированы до 3000 об / мин с теми же характеристиками, что и неизмененный двигатель, с точки зрения давления в цилиндре и с сохранением исходных допусков двигателя. Конструкция нового оптического двигателя имела большой успех, и он стал полезным и ценным испытательным устройством, которое позволило бы провести дальнейшие исследования.

Параллельно с проектированием двигателя было проведено параметрическое экспериментальное исследование, проведенное на 6 образцах смазочного материала разного состава при двух расходах смазочного материала 0,02 и 0,05 л / мин, трех скоростях при 100, 300 и 600 об / мин и две разные температуры: 30oC и 70oC. Исследование проводилось на существующем испытательном стенде для визуализации кавитации смазочных материалов с использованием двух высокоскоростных камер в сочетании с тремя источниками света высокой интенсивности ARRI. Это оптическое испытательное устройство — это быстрый, эффективный и действенный способ испытания различных образцов смазочного материала и сравнения их промежуточных характеристик.Захваченные видеоизображения были обработаны с помощью специального алгоритма сборки, разработанного для смазочной установки. Этот алгоритм позволял извлекать такие матрицы, как длина полости, ширина полости, площадь кавитации и количество полостей, присутствующих в зоне взаимодействия поршневого кольца и гильзы цилиндра. Это параметрическое исследование предложило ряд ценных результатов, на основании которых можно оценить характеристики каждого смазочного материала и установить прямую связь между составом смазочного материала и условиями эксплуатации.

Кавитационная визуализация смазки в новом оптическом двигателе была выполнена в моторизованном режиме и в условиях зажигания до частоты вращения двигателя 300 об / мин и позволила получить высококачественные изображения обычно недоступного взаимодействия поршневого кольца и гильзы цилиндра. Эта уникальная конструкция позволила исследовать ряд явлений в этой конкретной области, таких как кавитация, прорыв, разбрызгивание топлива, распространение пламени и транспортировка нефти. Результаты параметрического исследования, исследованные на испытательном стенде, были связаны с результатами, полученными в обычных двигателях внутреннего сгорания, обеспечивая при этом очень полезное и очень мощное программное обеспечение.

% PDF-1.7 % 1005 0 объект > эндобдж xref 1005 151 0000000016 00000 н. 0000004486 00000 н. 0000004727 00000 н. 0000004756 00000 н. 0000004812 00000 н. 0000004849 00000 н. 0000005435 00000 н. 0000005561 00000 н. 0000005761 00000 н. 0000005886 00000 н. 0000006003 00000 п. 0000006120 00000 н. 0000006240 00000 н. 0000006360 00000 н. 0000006480 00000 н. 0000006604 00000 н. 0000006730 00000 н. 0000006854 00000 н. 0000006979 00000 п. 0000007107 00000 н. 0000007267 00000 н. 0000007391 00000 н. 0000007517 00000 н. 0000007636 00000 н. 0000007754 00000 н. 0000007874 00000 н. 0000007994 00000 н. 0000008120 00000 н. 0000008282 00000 н. 0000008440 00000 н. 0000008582 00000 н. 0000008746 00000 н. 0000008916 00000 н. 0000009071 00000 н. 0000009156 00000 н. 0000009241 00000 н. 0000009326 00000 н. 0000009410 00000 п. 0000009494 00000 н. 0000009577 00000 н. 0000009661 00000 п. 0000009744 00000 н. 0000009828 00000 н. 0000009911 00000 н. 0000009995 00000 н. 0000010079 00000 п. 0000010164 00000 п. 0000010247 00000 п. 0000010332 00000 п. 0000010416 00000 п. 0000010501 00000 п. 0000010585 00000 п. 0000010670 00000 п. 0000010754 00000 п. 0000010838 00000 п. 0000010920 00000 п. 0000011004 00000 п. 0000011089 00000 п. 0000011173 00000 п. 0000011257 00000 п. 0000011342 00000 п. 0000011425 00000 п. 0000011509 00000 п. 0000011593 00000 п. 0000011677 00000 п. 0000011762 00000 п. 0000011845 00000 п. 0000011927 00000 н. 0000012008 00000 п. 0000012093 00000 п. 0000012178 00000 п. 0000012263 00000 п. 0000012349 00000 п. 0000012434 00000 п. 0000012519 00000 п. 0000012604 00000 п. 0000012690 00000 п. 0000012776 00000 п. 0000013075 00000 п. 0000013775 00000 п. 0000013879 00000 п. 0000014411 00000 п. 0000015484 00000 п. 0000016363 00000 п. 0000016535 00000 п. 0000017060 00000 п. 0000017286 00000 п. 0000017994 00000 п. 0000018167 00000 п. 0000018592 00000 п. 0000019714 00000 п. 0000019974 00000 п. 0000020322 00000 н. 0000020480 00000 п. 0000021515 00000 п. 0000022771 00000 п. 0000022926 00000 п. 0000023318 00000 п. 0000023516 00000 п. 0000023580 00000 п. 0000023907 00000 п. 0000024263 00000 п. 0000025410 00000 п. 0000026648 00000 н. 0000027007 00000 н. 0000028297 00000 п. 0000029375 00000 п. 0000035476 00000 п. 0000041512 00000 п. 0000045156 00000 п. 0000049801 00000 п. 0000097058 00000 п. 0000116107 00000 н. 0000116567 00000 н. 0000116766 00000 н. 0000117051 00000 н. 0000117114 00000 н. 0000118448 00000 н. 0000118668 00000 н. 0000120222 00000 н. 0000120478 00000 н. 0000121017 00000 н. 0000121141 00000 н. 0000144474 00000 н. 0000144515 00000 н. 0000145040 00000 н. 0000145149 00000 н. 0000189529 00000 н. 0000189570 00000 н. 0000189631 00000 н. 0000189986 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 00001 00000 н. 0000190829 00000 н. 0000190979 00000 н. 0000191141 00000 н. 0000191292 00000 н. 0000191456 00000 н. 0000191603 00000 н. 0000191781 00000 н. 0000191943 00000 н. 0000192150 00000 н. 0000192322 00000 н. 0000192476 00000 н. 0000192633 00000 н. 0000192803 00000 н. 0000004309 00000 н. 0000003388 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 1155 0 объект > поток x ڜ SKhQ = / 5) ZqR ~ bM : jmjS% N «.БЫТЬ / ZX`> D: c +. + \ 4 # GP8W & UHҦ? ~ & T3 $ DQ $: / hXf (VDEqeR _TCHsx6 ؐ 9 YtUKRjV9YƦqҟ ¥ ‘) F) = gasCUtO! B0p \ E) Ъm {8WJ}] Jl 簙} [> bv,’ l ր] lF!, FM {azp9ÇdvW c>% HIZ & 8-cM @ [`m_ rʀIu4 / p 5yzcΟv #> uSgQYTK-v

Модель оценки износа гильзы цилиндра двигателя внутреннего сгорания в условиях нечеткой неопределенности

Механика и промышленность 22 , 29 (2021)

Обычный артикул

Модель оценки износа гильзы цилиндра двигателя внутреннего сгорания в условиях нечеткой неопределенности

Jianxiong Kang ¹ , Yanjun Lu ^{1 *} , Hongbo Luo ¹ , Jie Li ¹ , Yutao Hou ¹ и Yongfang Zhang ²

¹ Школа механического и точного приборостроения, Сианьский технологический университет, Сиань 710048, Китай
² Школа печати, упаковки и цифровых медиа-технологий, Сианьский технологический университет, Сиань 710048, Китай

^* электронная почта: yanjunlu @ xaut.edu.cn

Поступило: 28 год сентябрь 2020 г.
Принято: 29 Март 2021 г.

Аннотация

Износ системы поршневое кольцо-цилиндр неизбежен при работе двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Если износ превышает максимальный, система поршневое кольцо-цилиндр выйдет из строя. Предлагается новая модель оценки износа, основанная на регрессии опорного вектора, а нечеткая неопределенность моделируется для описания случайного поведения при небольшой выборке. Для проверки предложенной модели использованы выборочные данные износа гильз цилиндров.Для достижения наилучших результатов используется алгоритм оптимизации роя частиц (PSO) для оптимизации параметров модели. Нейронная сеть обратного распространения (BPNN) используется для проверки эффективности предложенной модели. Результаты показывают, что новая регрессия опорного вектора имеет лучшую точность прогнозирования, чем другие методы износа цилиндра, описанные в этой статье, предлагаемая модель может эффективно оценивать износ гильзы цилиндра ДВС. Работа обеспечивает техническую поддержку для оценки эксплуатационных характеристик поршневого кольца-гильзы цилиндра и справочник по регулярному техническому обслуживанию судов.

Ключевые слова: оценка износа / гильза цилиндра / регрессия опорного вектора / нечеткая неопределенность / алгоритм оптимизации скопления частиц

© J. Kang et al., Опубликовано EDP Sciences 2021

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0), которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии, что оригинальная работа правильно процитировано.

1 Введение

Система поршневое кольцо-гильза цилиндра является основным компонентом высокопроизводительных двигателей внутреннего сгорания. Износ системы поршневое кольцо-гильза цилиндра влияет на преобразование энергии и снижает надежность ДВС. Поэтому способы эффективного снижения скорости износа, контроля и оценки износа гильзы цилиндра имеют большое значение для эксплуатационных характеристик ДВС.

В процессе эксплуатации ДВС износ системы поршневое кольцо-цилиндр существенно влияет на преобразование энергии.Согласно литературным источникам, трение поршневое кольцо-гильза цилиндра может составлять около 50% от общего механического трения двигателя внутреннего сгорания [1–3]. Чтобы получить лучшие трибологические характеристики, ученые сосредоточились на создании модели трения и износа, чтобы исследовать взаимосвязь между трением и потреблением энергии ДВС [4–8], а также влияние смазки на трение поршневых колец и гильз цилиндра. был изучен [9,10]. Чтобы контролировать состояние износа, некоторые ученые проанализировали информацию об износе абразивных частиц в масле и оценили износ ДВС [11–14].В перечисленных работах основное внимание уделялось системному трению и износу поршневое кольцо-гильза цилиндра. Износ гильзы цилиндра напрямую увеличивает зазор от поршневого кольца до гильзы цилиндра, а также влияет на смазку, уплотнение, рельеф поверхности, вторичное движение поршня между поршневым кольцом и гильзой цилиндра. Эти факторы сильно влияют на эффективность, срок службы и надежность ДВС. Следовательно, необходимо контролировать износ гильзы цилиндра, чтобы повысить надежность системы поршневое кольцо-гильза цилиндра.Тем не менее, сложно собрать большое количество данных об износе за короткий срок. В 2007 году Джорджио и др. [15] представили метод расчета надежности гильзы цилиндра, модель накопленных повреждений была создана для описания процесса износа. Оценив надежность гильзы цилиндра, можно вовремя провести осмотр и замену гильзы цилиндра, чтобы уменьшить дополнительные потери в расходах. Впоследствии Джорджио и соавт. [16–19] установили модель износа, зависящую от состояния, модель Маркова, зависящую от возраста и состояния, и модель байесовской оценки для прогнозирования процесса деградации гильзы цилиндра.Они проделали огромную работу по снижению производительности и надежности износа гильз цилиндров. Между тем, для анализа надежности турбокомпрессора дизельного двигателя использовались методы нечеткого множества и анализа характера, последствий и критичности отказов (FMECA) [20], в их модели были введены экспертные знания. Путем анализа и расчетов авторы предложили новый метод прогнозирования надежности турбокомпрессора дизельного двигателя. В ссылках [15–20] большинство ученых создали модель износа гильзы цилиндра для исследования процесса деградации.Однако в процессе эксплуатации дизельного двигателя не учитываются факторы неопределенности, которые имеют большое влияние на износ гильзы цилиндра. Chang et al. [21] предложили расчетную модель для прогнозирования распределения срока службы пневматических цилиндров с использованием данных о снижении производительности. Для прогнозирования процесса износа гильзы цилиндра была создана стохастическая модель и разработан план технического обслуживания на основе прогнозирующей модели [22]. Zhang et al. [23] предложили скачкообразный процесс диффузии с неоднородным составным пуассоновским процессом для моделирования процесса деградации со случайно возникающими скачками, численный пример был использован для проверки эффективности предложенного метода.Основываясь на данных небольшой выборки по износу, Wiederkehr et al. [24] представили новый точечный подход для моделирования износа зерна инструмента.

В последние годы алгоритм машинного обучения и статистические методы быстро развиваются, и они широко используются для прогнозирования износа оборудования [25,26]. Для анализа надежности двигателей использовались методы анализа дерева отказов (FTA) и анализа режимов и последствий отказов (FMEA), а для прогнозирования характерных параметров температуры выхлопных газов основных цилиндров двигателя использовалась искусственная нейронная сеть (ИНС). [27].Kong et al. [28] представили метод скрытой полумарковской модели (HSMM) для оценки износа инструмента в процессе фрезерования. Эксперименты показали, что предлагаемый метод позволяет повысить точность оценки износа инструмента. В их работах для уменьшения влияния шума использовался метод анализа основных компонентов ядра (KPCA). Для прогнозирования износа инструмента использовались регрессия гауссовского процесса (GPR) и вектор релевантности (RVM) [29,30]. Вышеупомянутые работы предоставили эффективные методы прогнозирования износа в промышленности, а характеристики износа системы поршень-цилиндр аналогичны износу инструмента, они могут служить эталоном для гильзы цилиндра.Машина опорных векторов (SVM) имеет большие преимущества при решении небольших выборок, нелинейных и многомерных задач. Учитывая характеристики износа, SVM подходит для диагностики и прогнозирования износа гильзы цилиндра. В ссылке [31] был предложен метод мониторинга состояния станка, и регрессия опорного вектора (SVR) использовалась для прогнозирования износа задней поверхности режущего инструмента. Zhang et al. [32] использовали SVR для прогнозирования объема износа при обкатке, метод оптимизации использовался для получения оптимальных результатов по различным параметрам.Для прогнозирования скорости износа была разработана модель ANN-SVR [33], и результаты показали, что предложенная модель имеет лучшие характеристики, чем модель ANN. Интегрированная модель была создана для прогнозирования износа и остаточного ресурса инструмента на основе SVR [34], а также была изучена взаимосвязь между характеристической величиной сигнала и износом инструмента. Zhang et al. [35] установили модель прогнозирования параметров топографии поверхности до и после приработки, SVM была адаптирована для моделирования процесса износа.

В ДВС информация об износе тесно связана с трибологическими, динамическими характеристиками и рабочим состоянием системы поршень-цилиндр. Следовательно, износостойкость показывает характеристики неопределенности. В этой статье предлагается модель на основе SVR для прогнозирования износа гильзы цилиндра. Для эффективного прогнозирования износа предлагается новая модель нечеткого SVR для оценки износа путем включения информации о неопределенности в предложенную модель. Для достижения оптимальных результатов используется алгоритм PSO для оптимизации параметров модели.BPNN используется для сравнения с предложенной моделью для проверки эффективности. Численные результаты показали, что предложенная модель позволяет эффективно прогнозировать износ гильзы цилиндра.

2 Теоретический анализ

2.1 Модель SVR

SVM основан на принципе минимизации структурных рисков, имеет хорошую обобщающую способность модели обучения. Что еще более важно, он может хорошо работать с небольшими выборками данных. Как ветвь SVM, основная цель SVR — соответствовать разумной структурной модели путем сбора данных.Теории SVR следующие: (1) (2) где ω — вектор весов, x _i — матрица входных переменных, b — смещение. y _i — целевое значение, f ( x _i ) — прогнозируемое значение. f ( x _i ) — это неизвестная функция, которая зависит от данных выборки. Если выборочные данные в пределах двух гиперплоскостей (см. Рис.1) ошибку можно проигнорировать. Его можно выразить как

(3)

, где ε — точность. С помощью приведенного выше анализа проблема регрессии может быть преобразована в проблему минимизации эмпирического риска. Он может быть задан как (4)

, когда задано ε , уравнение (4) может быть решено любым подходящим алгоритмом. Для решения практических задач мы расширили указанную выше математическую модель, и подробный процесс вывода можно увидеть в Приложениях A и B.

3 Модель нечеткой неопределенности

Износ — это постепенный процесс, связанный с эксплуатационными характеристиками оборудования. Условия эксплуатации и параметры материала могут влиять на скорость износа, что приводит к разной износостойкости за один и тот же период времени. Другими словами, существует неопределенность в отношении износа при тех же условиях, что отрицательно сказывается на износостойкости. Однако количественно описать эту неопределенность нереально. Чтобы уменьшить влияние данных выборки, выходящих за пределы допустимого диапазона, функция принадлежности предназначена для выражения нечетких факторов неопределенности (нагрузки, скорости, состояния смазки).

В процессе износа гильзы цилиндра наблюдались разные уровни износа (начальный износ, стабильный износ, сильный износ). Когда износ близок к максимальному износу, указанному в технической документации, износ имеет нечеткие характеристики неопределенности. Для моделирования этого явления выдвигаются две гипотезы: (1) когда износ находится на начальной и стационарной стадиях, износостойкость не может превышать допустимый диапазон, (2) когда износ находится на тяжелой стадии, износостойкость может превышают допустимый диапазон.Целью гипотез является устранение неточного прогноза, вызванного внезапными изменениями условий труда, то есть определение применимого объема модели. Основываясь на гипотезах, нечеткая функция используется для описания неопределенности износостойкости в процессе износа. Если выборочные данные превышают заданный порог, функция принадлежности должна играть роль, чтобы попасть в указанный диапазон (см. Рис. 2), а функция принадлежности нечеткой функции может быть выражена как: (5) где a ₁ и a ₂ — износостойкость гильзы цилиндра.Мы определили, что система является безопасной, когда износостойкость в пределах 95% от максимального износа, и система имеет потенциальный риск, когда износостойкость составляет от 95% до 110% от максимального износа. Износостойкость монотонно увеличивается, когда задана максимальная износостойкость, определяются a ₂ и a ₁ . Исходя из этого, a ₂ минус a ₁ всегда положительно, а выпуклость µ _A ( x _i ) не изменяется.Система выходит из строя, когда износостойкость превышает указанный диапазон.

При рассмотрении факторов неопределенности функция принадлежности вводится в предложенную модель SVR, а новая модель SVR устанавливается путем комбинирования SVR и модели функции принадлежности. Его можно представить в виде (6)

Рис. 2 Принципиальная схема функции принадлежности.

4 Цифровое приложение

Износ гильзы цилиндра оказывает большое влияние на работу системы поршневое кольцо-цилиндр, и износ может привести к выходу системы из строя.Поэтому износостойкость гильзы цилиндра — важный параметр для ДВС. Верхняя мертвая точка гильзы цилиндра является наихудшей рабочей зоной из-за наличия частиц сажи, частиц износа, тепловых нагрузок и недостаточной смазки, и в этой области всегда наблюдается максимальная износостойкость. Поэтому, чтобы предотвратить внезапный отказ, отслеживается износостойкость в верхней мертвой точке гильзы цилиндра для диагностики рабочего состояния ДВС. В литературе [16] приводятся данные об износе гильзы цилиндра, и гильзы цилиндров были оснащены флотом из трех идентичных грузовых судов Grimaldi Group при одинаковых нагрузках, окружающей среде и условиях эксплуатации.Набор данных был собран с января 1999 года по август 2006 года, точность измерения составляет 0,05 мм, а данные об износе были собраны с учетом времени эксплуатации гильз цилиндров, как показано на Рисунке 3.

Рис. 3 Данные об износе 32 гильз цилиндра.

5 Результат и обсуждение

5.1 Анализ данных об износе

Для моделирования процесса износа и прогнозирования следов износа гильзы цилиндра в первую очередь анализируются данные об износе.Из рисунка 3 видно, что износостойкость увеличивается нелинейно со временем эксплуатации, и линейные методы не позволяют оценить износ гильзы цилиндра. Полиномиальная аппроксимация может иметь дело с нелинейными проблемами, мы стараемся использовать метод полиномиальной аппроксимации для обработки собранных данных. Данные об износе отсортированы от малого к большому в соответствии с временной последовательностью, а соотношение между износом гильзы цилиндра и временем работы определяется полиномиальной функцией, результаты показаны на рисунке 4.Результат на рисунке 4a показывает, что полиномиальная функция может соответствовать среднему пути износа, но не может точно оценить износостойкость в следующей точке выборки. Остаточный анализ на рисунке 4b также показывает, что метод полиномиальной регрессии не подходит для оценки износа гильзы цилиндра. (Чем ближе невязка к 0, тем лучше результаты.) Полиномиальная функция регрессии на рисунке 4 может быть выражена уравнением (7). Мы можем видеть, что уравнение (7) не может удовлетворять ограничению нулю при t _i = 0, а функция регрессии предназначена только для нахождения среднего пути износа по всем данным износа.Если он удовлетворяет ограничению нулевого значения при t _i = 0, ошибка аппроксимации будет больше. Анализируя рисунок 4, можно увидеть, что различная износостойкость указывает на наличие неопределенности в отношении износа системы. Следовательно, чтобы осуществить оценку износа гильзы цилиндра, нам необходимо найти более эффективный метод регрессии для анализа данных образца (7).

Рис. 4 Полиномиальная аппроксимирующая кривая износа гильзы цилиндра. (а) Подгонка полиномами.(б) Остаточный анализ.

5.2 Новый СВР для ПСО

Исходя из приведенного выше анализа, традиционные методы регрессии затрудняют оценку процесса износа гильзы цилиндра. Поэтому для анализа предложенной проблемы используется новая модель SVR. Из-за высокой нелинейности ядерные методы используются для работы с нелинейным SVR. В этой статье выбрана функция ядра с радиальным базисом Гаусса (GRBKF) из-за высокой производительности при решении нелинейных задач.В новой модели SVR параметры модели имеют жизненно важное значение для модели, и они определяют производительность SVR. Однако эффективного способа определения значения параметров не существует, поэтому метод оптимизации вводится в модель SVR. Алгоритм PSO основан на правилах активности роя птиц [36,37]. Это эволюционная вычислительная технология, основанная на использовании интеллекта роя, и в основном она использует индивидуальный обмен информацией роя для оптимизации проблемы.Чтобы получить лучшее следствие, для оптимизации параметров модели используется алгоритм PSO. Среднеквадратичная ошибка ( MSE ) и квадрат коэффициента корреляции ( R ² ) используются для оценки результатов оценки, и ее можно дать (8) (9)

Данные по износу из литературы [16] используются для оценки параметров модели. Свойства материала и структура гильз цилиндра одинаковы, поэтому влияние различных гильз цилиндров на износ не учитывается.Как правило, количество выборок в обучающем наборе должно быть достаточным, а количество обучающих выборок должно быть не менее 50% от общего числа. Таким образом, 70% данных выборки выбраны для обучения модели, а оставшиеся части используются для тестирования модели в этой статье. На рисунке 5 показаны результаты обучения износу гильзы цилиндра новым SVR. На рис. 5а показано сравнение измеренного и тренировочного значения износа гильзы цилиндра на тренировочной выборке. Для наблюдения за ошибками предложенной модели на рисунке показан 90% -ный интервал прогноза.Из рисунка видно, что погрешности очень малы, и обучающая модель может отражать износ гильзы цилиндра. Чтобы лучше понять ошибку между тренировочными и измеренными данными, сравнение измеренных и обучающих данных показано на рисунке 5b. Из рисунка 5 можно сделать вывод, что обучающая модель надежна. Чтобы проиллюстрировать доступность модели обучения, вычисляются MSE и R ² , результаты показаны в таблице 1.Чтобы обсудить влияние параметров на решение, мы изменили скорость частиц, чтобы улучшить возможность глобального поиска частиц. Оптимальные результаты при различных скоростях перечислены в таблице 2. По сравнению с другими результатами существующие результаты являются оптимальными.

На рисунке 6 показаны результаты тестирования износа цилиндров с помощью обучающей модели. На рисунке 6a измеренные данные почти совпадают с результатами испытаний, а тенденция изменения износостойкости указывает на надежность прогнозируемых данных.Видно, что ошибка небольшая, что дополнительно иллюстрирует доступность предложенной модели. Сравнение измеренных данных и данных испытаний на испытательной установке показано на рисунке 6b, небольшое расстояние смещения показывает, что обучающая модель точна для оценки износа гильзы цилиндра. В тестовом наборе MSE и R ² составляют 0,010 и 0,968 соответственно, что может продемонстрировать эффективность параметров модели.

Благодаря анализу данных об износе гильзы цилиндра, предлагаемая модель SVR может оценить износостойкость гильзы цилиндра ДВС.Будь то набор для обучения или тестирования, результаты немного отличаются от реальных значений; он может отражать основные условия износа гильзы цилиндра. Сравнивая предложенный метод с полиномиальной регрессией, очевидно, что предложенная модель может более точно описывать износостойкость гильзы цилиндра в разное время.

Рис. 5 Результаты тренировок СВР по износу гильз цилиндров. (а) Сравнение обучающих и измеренных данных на обучающей выборке.(б) Показатели SVR на обучающей выборке.

Таблица 1

Значения MSE и R ² модели SVR на обучающем наборе.

Таблица 2

MSE и R ² на тренировочном наборе с разной скоростью.

Рис. 6 Результаты испытаний СВР на износ гильз цилиндров. (а) Сравнение результатов испытаний и результатов измерений на испытательном наборе. (б) Характеристики SVR на тестовой выборке.

5.3 Анализ BPNN

BPNN — классический алгоритм прогнозирования, в общем, последствия, полученные с помощью BPNN, надежны. Для дальнейшей проверки достоверности предложенной модели используется алгоритм нейронной сети обратного распространения для прогнозирования износа гильзы цилиндра. Для сравнения с предложенной моделью выборочные данные по набору для обучения и тестирования устанавливаются так же, как и в модели SVR. Обучающая сеть получается обработкой обучающих данных с использованием BPNN.На основе установленной обучающей сети используется прогнозируемый расчет в зависимости от данных тестирования. На рисунке 7 показаны результаты испытаний БПНН на износ гильзы цилиндра. На рисунке 7a мы видим, что данные тестирования и измерения имеют одинаковую тенденцию к изменению, однако ошибка относительно больше, чем у модели SVR. Характеристики BPNN на тестовой выборке показаны на рисунке 7b. Относительные расстояния измеренных данных, очевидно, больше, чем данные тестирования на рисунке, что указывает на то, что ошибка относительно велика.На рисунке 8 представлено сравнение результатов тестирования SVR и BPNN на тестовой выборке. Из рисунка 8 видно, что данные прогноза, полученные из модели SVR, лучше, чем BPNN. В таблице 3 перечислены значения MSE и R ² моделей SVR и BPNN на испытательном наборе. После всестороннего анализа выяснилось, что SVR лучше предсказывает износ гильзы цилиндра.

Рис. 7 Результаты испытаний БПНН на износ гильзы цилиндра.(а) Сравнение результатов испытаний и результатов измерений на испытательном наборе. (б) Производительность BPNN на тестовой выборке.

Рис. 8 Сравнение SVR и BPNN по результатам тестирования.

Таблица 3

Значения MSE и R ² моделей SVR и BPNN на испытательном наборе.

6 Заключение

На основе SVR в этой статье создана новая модель оценки износа.Чтобы оценить влияние неопределенности, внешние факторы могут быть учтены в предлагаемой модели в условиях небольшой выборки. Для оценки эффективности предложенной модели использованы данные экспериментов по износу гильз цилиндров. Алгоритм оптимизации роя частиц (PSO) используется для оптимизации параметров предложенной модели. Чтобы убедиться в превосходстве предложенной модели, проводится сравнение с BPNN. Результаты показывают, что новый SVR лучше оценивает среднеквадратичную ошибку и возведенный в квадрат коэффициент корреляции, а также более высокие характеристики регрессии в условиях нечеткой неопределенности, он может эффективно оценивать износ гильзы цилиндра двигателей внутреннего сгорания.

Благодарности

Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (грант № 51775428), Программой ключевых исследований и разработок провинции Шэньси, Китай (грант № 2020GY-106) и Открытым проектом Государственной ключевой лаборатории производственных систем. Инжиниринг (грант № sklms2020010).

Приложение A Расширение модели

В этой статье уравнение (4) дает математическую модель SVR, однако не все точки выборки находятся в пределах диапазона ± ϵ .Если точки выборки выходят за пределы диапазона ± ϵ , коэффициент релаксации ξ _i и ξ _i * ( ξ _{i ,} ξ _i * ≥ 0) необходимо ввести, чтобы удовлетворить уравнению (3). Следовательно, уравнение (3) можно записать в виде (П.1)

Таким образом, задача минимизации уравнения (4) может быть записана как (A.2) где C — штрафной коэффициент ( C > 0), цель штрафного коэффициента — контролировать степень штрафа за точки выборки.С учетом фактора релаксации точки выборки за пределами диапазона ± ϵ называются функцией потерь, нечувствительной к ε (см. Рис. A.1). Его можно выразить как [38] (A.3)

Рис. A.1 Нечувствительная к ε функция потерь.

Уравнение (A.2) представляет собой задачу выпуклой оптимизации, множители Лагранжа вводятся для решения уравнения. Таким образом, функцию Лагранжа можно описать следующим образом (А.4) где η _i , η _i * , α _i и α _i * — множители Лагранжа, а η _i ≥ 0, η _i * ≥ 0, α _i ≥ 0 и α _i * ≥ 0.

Чтобы получить оптимальные следствия предлагаемой задачи, частные производные функции Лагранжа по прямым переменным ( ω , b , ξ _i ,) должны быть равны нулю.Это может быть достигнуто с помощью (A.5) (А.6) (А.7) (А.8)

Наконец, функция линейной регрессии может быть записана как

(А.9)

Когда точки выборки имеют нелинейные характеристики, функцию регрессии можно записать как (A.10), где K ( x _i , x ) является функцией ядра. .

Приложение B Функция ядра для SVR

Фактически, в модели SVR большинство проблем регрессии являются нелинейными, а не простой линейной регрессией.В этих случаях требуется метод вычислений, чтобы отобразить данные выборки в пространство признаков большой размерности. После введения такого отображения нет необходимости решать реальную функцию отображения, необходимо знать только функцию ядра. Таким образом, необходимо указать только конкретную функцию ядра, что значительно снижает сложность решения уравнения регрессии. Обычно используемые функции ядра делятся на следующие категории:

(1) Линейное ядро ​​(B.1)

(2) Полиномиальная функция ядра (B.2), где c ≥ 0, если c > 0, K — неоднородная полиномиальная функция ядра. Если c = 0, K является однородной полиномиальной ядерной функцией. P — произвольное положительное целое число, которое может контролировать количество измерений вапника-червоненкиса (ВК).

(3) Радиальная базисная функция ядра Гаусса (GRBKF) (B.3)

Функция ядра с радиальным базисом Гаусса

обладает высокой гибкостью, и ее гибкость можно контролировать с помощью σ., где σ — дисперсия.

(4) Сигмоидная функция ядра (B.4)

Как правило, разные функции ядра приводят к разным последствиям. Поэтому выбор подходящей функции ядра жизненно важен.

Список литературы

1. D.E. Ричардсон, Обзор литературы о влиянии трения поршня и кольца и вязкости смазочного масла на экономию топлива, SAE Trans. 87, 2619–2638 (1978) [Google ученый]
2. Дж.Biberger, H.J. Fußer, Разработка метода испытаний для реалистичного, зависимого от одного параметра анализа контактов поршневого кольца и гильзы цилиндра с помощью ротационного трибометра, Tribol. Int. 113, 111–124 (2017). [Google ученый]
3. Э.Томаник, Эл. Мансори, Р. Соуза и др. Влияние волнистости и шероховатости на трение гильзы цилиндра // Трибол. Int. 120, 547–555 (2018). [Google ученый]
4. М. Юсфи, С. Мезгани, И. Демирчи и др., Вклад гладкости и плоскостности в трение при приработке и износ многослойных спиральных ползунов и гильз цилиндров с плоскостным хонингованием, Wear 332, 1238–1247 (2015) [Google ученый]
5. М.Содерфьял, А. Альмквист, Р. Ларссон, Тест компонентов для моделирования трения поршневое кольцо-гильза цилиндра на реальных скоростях, Tribol. Int. 104, 57–63 (2016) [Google ученый]
6. Ю.З. Чжан, А. Ковалев, Н. Хаяши и др., Численное прогнозирование параметров поверхностного износа и шероховатости во время приработки линейных контактов при смешанной смазке, J.Трибол. 140, 061501 (2018) [Google ученый]
7. Б. Забала, А. Игартуа, X. Фернандес и др., Трение и износ поршневого кольца / гильзы цилиндра в верхней мертвой точке: экспериментальное исследование и моделирование, Tribol. Int. 106, 23–33 (2017) [Google ученый]
8. Ю.Хамид, А. Усман, С.К. Afaq et al., Численный анализ адиабатических термотрибологических характеристик низкой вязкости системы смазки гильзы поршня и юбки при высоких оборотах двигателя, Tribol. Int. 126, 166–176 (2018) [Google ученый]
9. С.Лю, Ю.Дж. Лу, Ю.Ф. Чжан и др., Численное исследование трибологических характеристик системы кольцо / футеровка с учетом транспортировки нефти, ASME J. Tribol. 141, 011701 (2019) [Google ученый]
10. К. Лю, Ю. Дж. Лу, Ю. Ф. Zhang et al., Исследование фрикционных характеристик соединения гильзы с текстурированной поверхностью и деформированной кольцом в двигателях внутреннего сгорания, Энергия 12, 2761 (2019) [Google ученый]
11. Б. Фан, С. Фэн, Ю. Т. Че и др., Метод мониторинга масла для оценки износа при испытаниях двигателя в горячем состоянии, Int.J. Adv. Производство. Technol. 94, 3199–3207 (2018). [Google ученый]
12. О. Алтынтас, М. Аксой, Э. Унал и др., Подход с использованием искусственной нейронной сети для технического обслуживания локомотивов путем мониторинга диэлектрических свойств моторной смазки, Измерение 145, 678–686 (2019) [Google ученый]
13. ЧАС.Рапосо, Дж. Фаринья, И. Фонсека и др., Прогнозирование состояния на основе анализа нефти, тематическое исследование, Tribol. Int. 135, 65–74 (2019) [Google ученый]
14. В. Цао, Х. Чжан, Н. Ван и др., Контроль и оценка состояния износа коробки передач на основе данных о наличии остатков износа в оперативном режиме, Wear 426, 1719–1728 (2019) [Google ученый]
15. М.Джорджио, М. Гуида, Г. Пульчини, Модель износа для оценки надежности гильз цилиндров в морских дизельных двигателях, IEEE Trans. Надежный. 56, 158–166 (2007) [Google ученый]
16. М. Джорджио, М. Гуида, Дж. Пульчини, Модель износа в зависимости от состояния применительно к гильзам цилиндров судовых двигателей, Technometrics 52, 172–187 (2010) [Google ученый]
17. М.Джорджио, М. Гуида, Г. Пульчини, Преобразованный гамма-процесс для явлений деградации в присутствии необъяснимых форм изменчивости от единицы к единице, Qual. Надежный. Англ. Int. 34, 1–20 (2018) [Google ученый]
18. М. Джорджио, Г. Пульчини, Новый процесс деградации в зависимости от состояния и связанные с ним проблемы неправильной идентификации модели, Eur.J. Oper. Res. 267, 1027–1038 (2018) [Google ученый]
19. М. Джорджио, М. Гуида, Ф. Постильоне и др., Байесовская оценка и прогнозирование преобразованного процесса гамма-деградации, Qual. Надежный. Англ. Int. 34, 543–562 (2018). [Google ученый]
20. Ю.Ф. Ли, Х.З. Хуанг, Х.Л. Чжан и др., Метод нечетких множеств прогнозирования надежности и его применение к турбокомпрессору дизельных двигателей, Adv. Мех. Англ. 2013, 216192 (2013) [Google ученый]
21. РС. Чанг, Дж. Шин, Ю. Kwon et al., Оценка надежности пневмоцилиндров с использованием данных о снижении производительности, Int. J. Precis. Англ. Производство. 14, 2081–2086 (2013) [Google ученый]
22. С. Германн, Ф. Руджери, Моделирование износа гильз цилиндров, Qual. Надежный.Англ. Int. 33, 839–851 (2017). [Google ученый]
23. Z.X. Чжан, Ч. Ху, Х. Хе и др., Прогнозирование на весь срок службы разрушающихся систем с изменяющимися во времени случайными скачками, Reliab. Англ. Syst. Saf. 167, 338–350 (2017). [Google ученый]
24. П.Wiederkehr, T. Siebrecht, N. Potthoff, Стохастическое моделирование износа зерна при геометрическом физическом моделировании шлифования, CIRP Ann. 67, 3253–3258 (2018). [Google ученый]
25. X.J. Сюй, З.З. Чжао, X.B. Сюй и др., Диагностика износа судовых дизельных двигателей на основе машинного обучения путем объединения нескольких моделей, основанных на данных, Knowl.На основе Syst. 190, 105324 (2020) [Google ученый]
26. А. Панда, А.К. Саху, И. Паниграхи и др., Прогнозные модели для оперативного мониторинга состояния режущего инструмента и обработанной поверхности во время твердого точения с учетом сигнала вибрации, Механика.Инд 21, 520 (2020) [Google ученый]
27. И. Лазакис, Ю. Раптодимос, Т. Варелас, Прогнозирование состояния систем судового оборудования с помощью инструментов аналитической надежности и искусственных нейронных сетей, Ocean Eng. 152, 404–415 (2018) [Google ученый]
28. Д.Д. Конг, Ю. Дж. Чен, Н. Ли, Метод на основе скрытых полумарковских моделей для оценки износа инструмента в процессе фрезерования, Int. J. Adv. Производство. Technol. 92, 3647–3657 (2017). [Google ученый]
29. Д.Д. Конг, Я. Дж. Чен, Н. Ли, Регрессия гауссовского процесса для прогнозирования износа инструмента, Изв.Syst. Сигнальный процесс. 104, 556–574 (2018). [Google ученый]
30. Д.Д. Конг, Я. Дж. Чен, Н. Ли и др., Машина вектора релевантности для прогнозирования износа инструмента, Изв. Syst. Сигнальный процесс. 127, 573–594 (2019). [Google ученый]
31. С.Датта, С. Пал, Р. Сен, Прогнозирование износа задней поверхности на станках по изображениям обработанной поверхности с использованием анализа текстуры и поддержки векторной регрессии, Precis. Англ. 43, 34–42 (2016). [Google ученый]
32. Г.П. Чжан, Дж. Ван, С.П. Чанг, Прогнозирование объема износа при приработке с помощью модели на основе SVMR при небольшом количестве обучающих выборок, Tribol.Int. 128, 349–355 (2018). [Google ученый]
33. И. Аргатова, Ю. Чай, Искусственная нейронная сеть, поддерживающая регрессионную модель для скорости износа, Tribol. Int. 138, 211–214 (2019) [Google ученый]
34. Ю.Ф. Ян, Ю.Л. Го, З.П. Хуанг и др., Исследования по прогнозированию износа и срока службы фрезерного инструмента путем создания интегрированной модели прогнозирования, Измерение 145, 178–189 (2019) [Google ученый]
35. Г.П. Чжан, X.J. Лю, W.L. Лу, Модель прогнозирования параметров приработки на основе топографии поверхности, Дж.Англ. Трибол. 227, 1047–1055 (2013) [Google ученый]
36. Дж. Кеннеди, Р. Эберхарт, Оптимизация роя частиц, в 1995 г. Международная конференция IEEE по нейронным сетям, Перт, 1995 г., стр. 1942–1948. [Google ученый]
37. Р.Эберхарт, Дж. Кеннеди, Новый оптимизатор, использующий теорию роя частиц, в Шестом международном симпозиуме по микромашинам и наукам о человеке, Нагоя, 1995, 39–43. [Google ученый]
38. X.S. Ян, Введение в алгоритмы интеллектуального анализа данных и машинного обучения, Academic Press, 2019, стр.129–138 [Google ученый]

Цитируйте эту статью как : Дж. Канг, Ю. Лу, Х. Луо, Дж. Ли, Ю. Хоу, Ю. Чжан, Модель оценки износа гильзы цилиндра двигателя внутреннего сгорания в условиях нечеткой неопределенности, Механика и промышленность 22 , 29 (2021)

Все таблицы

Таблица 1

Значения MSE и R ² модели SVR на обучающем наборе.

Таблица 2

MSE и R ² на тренировочном наборе с разной скоростью.

Таблица 3

Значения MSE и R ² моделей SVR и BPNN на испытательном наборе.

Все фигуры

	Рис. 4 Полиномиальная аппроксимирующая кривая износа гильзы цилиндра. (а) Подгонка полиномами. (б) Остаточный анализ.
По тексту

	Инжир.5 Результаты тренировок СВР по износу гильз цилиндров. (а) Сравнение обучающих и измеренных данных на обучающей выборке. (б) Показатели SVR на обучающей выборке.
По тексту

	Рис. 6 Результаты испытаний СВР на износ гильз цилиндров. (а) Сравнение результатов испытаний и результатов измерений на испытательном наборе. (б) Характеристики SVR на тестовой выборке.
По тексту

	Инжир.7 Результаты испытаний БПНН на износ гильзы цилиндра. (а) Сравнение результатов испытаний и результатов измерений на испытательном наборе. (б) Производительность BPNN на тестовой выборке.
По тексту

Гильза цилиндра | Scientific.Net

Влияние параметров хонингования на качество создаваемой поверхности гильзы цилиндра при производстве автомобильных двигателей

Авторы: Марек Врабель, Ильдико Манькова, Нуман М.Дуракбаса

Аннотация: Одним из ключевых параметров при оценке качества цилиндрической поверхности гильз двигателя является шероховатость поверхности. Большое количество технологических факторов, влияющих на окончательную топографию поверхности, напрямую влияет на расход топлива и выбросы CO ₂ . Подходящий выбор условий хонингования может привести не только к лучшему качеству поверхности, но и может способствовать снижению воздействия на окружающую среду автомобильного транспорта.Двенадцать различных гильз цилиндров двигателя были обработаны с различными комбинациями параметров резания. Экспериментальные испытания проводились на реальном производственном станке, где факторами процесса были скорость резания, припуск на обработку и давление камня хонинговального инструмента. Все факторы имеют 4 уровня, а параметры шероховатости поверхности CR, CF, CL были выбраны в качестве переменных и подходящих индикаторов для оценки качества поверхности. Результаты показывают, что влияние давления инструментального камня на хонингованную поверхность более значимо, чем влияние скорости резания.Влияние припуска на обработку также незначительно.

189

Моделирование и анализ многопозиционной муфты для гильзы цилиндра тихоходного двухтактного морского дизельного двигателя

Авторы: Хуэй Син, Лэй Го, Джи Ву

Аннотация: Для точного прогнозирования напряжения и деформации компонентов камеры сгорания больших тихоходных двухтактных судовых дизельных двигателей на основе программного обеспечения AVL Fire и ANSYS Workbench была использована технология моделирования и анализа многополевой связи для проведения прочностного анализа сгорания. камерные элементы судового дизельного двигателя крейцкопфа.В первую очередь получаются граничные условия, т. Е. Распределение температурного поля, средняя температура и средний коэффициент теплоотдачи. Затем был проведен расчет прочности гильзы цилиндра судового дизеля крейцкопфа при тепловых, механических и термомеханических сопряженных нагрузках. Результаты показывают, что прочность соответствует проектным требованиям, а концентрация напряжений и деформация гильзы цилиндра в основном зависят от тепловой нагрузки.

1856 г.

Исследование температурного поля гильзы цилиндра двигателя на основе ANSYS

Авторы: Яо Е, Фэн Ван, Йонг Хай Ву

Аннотация: Температурное поле гильзы цилиндра напрямую влияет на рабочий процесс цилиндра двигателя.Его исследования являются важным направлением исследований двигателей. Мы анализируем расположение гильзы цилиндра и сотрудничаем с анализом компонентов в этой статье. Затем устанавливается конечно-элементная модель элемента гильзы цилиндра и анализируются граничные условия, такие как коэффициент конвективной теплопередачи газа, коэффициент теплопередачи верхней части поршня. Определенный тип гильзы цилиндра двигателя рассчитывается с помощью решателя уравнений температурного поля ANSYS.Модель и метод расчета, используемые в этой статье, имеют большое значение для исследования температурного поля других компонентов теплопередачи.

459

Испытание и анализ деформации сборки гильзы цилиндра дизельного двигателя

Авторы: Бо Ву, Цзэн Цюань Ван, Чанг Чжэнь Лю, Лян Юй Яо

Аннотация: Измерение деформации одной гильзы цилиндра водяного охлаждения дизельного двигателя в свободном состоянии и при сборочной нагрузке выполнено с помощью испытательной системы V-INCOMETER.Основные принципы радиальной деформации этой гильзы цилиндра получены с помощью преобразования Фурье данных испытаний. Осуществлены принципы влияния исходной деформации гильзы цилиндра, возникающей в результате механической обработки и процесса термообработки, на деформацию узла гильзы цилиндра.

900

ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ЛАЗЕРНОМУ ПЛАВЛЕНИЮ ПЛАЗМЕННО-НАПЫЛЕННЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ НАНОМЕТРОВ НАЛОЖЕНИЯ НА ВНУТРЕННЕЙ СТЕНКЕ ГИЛЬЗЫ ЦИЛИНДРОВ

Авторы: Цзюнь Юань Мао, Вэй Ган Чжэн

Реферат: Гильза цилиндра является одной из наиболее тяжелых частей двигателя внутреннего сгорания, она должна иметь хорошую износостойкость, коррозионную стойкость, устойчивость к высоким температурам и ударам высокого давления и т. Д.Как показали испытания, улучшенные комплексные механические свойства гильзы цилиндра были получены при использовании технологии нанесения композитного керамического нанометрового покрытия Plasma Spray и после обработки лазерным переплавом.

301

Трехмерный гидродинамический анализ смазки поршневого кольца цилиндра

Авторы: Ши Фэн Чжан, Шу Хуа Цао, Цзю Цзюнь Сюй

Аннотация: В данной статье строится трехмерная нестационарная гидродинамическая модель смазки гильзы цилиндра-поршневое кольцо на основе трехмерного нестационарного уравнения Рейнольдса и модели контакта с неровностями.С помощью FORTRAN была написана компьютерная программа для расчета гидродинамической смазки, в которой учитываются шероховатость поверхности, эффект переменной вязкости и деформация окружного направления гильзы цилиндра. Распределение давления пленки при разном угле поворота коленчатого вала во время хода, минимальная толщина пленки и трение вычисляются и анализируются с помощью этой программы. Эта трехмерная нестационарная гидродинамическая модель смазки обеспечивает основу для расчета трения гильзы цилиндра-поршневое кольцо.

27

Моделирование деформации сборки гильзы цилиндра двигателя внутреннего сгорания.

Авторы: Бо Ву, Дин Юн Ху, Сюй Лан Ван

Аннотация: Для часто используемых характеристик сборки мокрой гильзы цилиндра и конструкции двигателя внутреннего сгорания с водяным охлаждением рассчитаны и проанализированы факторы влияния деформации мокрой гильзы цилиндра в условиях сборки с использованием метода конечных элементов.В основном из согласованной жесткости блока цилиндров, гильзы, прокладки и головки блока цилиндров, местной жесткости головки цилиндра, предварительного натяга болта головки цилиндра и формы конструкции гильзы цилиндра, можно получить законы влияния различных факторов на радиальный радиус гильзы цилиндра. деформация и ее деформация ряда Фурье каждого порядка, которая обеспечивает направление направления для управления деформацией гильзы цилиндра при нагрузке на сборку.

422

Конечноэлементный анализ гильзы цилиндра дизельного двигателя 280

Авторы: Мин Хай Ли, Дин Дин Донг

Реферат: Гильза цилиндра является одним из ключевых компонентов дизельного двигателя.Комплект камеры сгорания состоит из поршня, головки цилиндра, гильзы цилиндра и других деталей. Его структура и рабочая среда сложны. Получив давление газа, силу трения от высокоскоростного возвратно-поступательного движения поршня и поперечную силу поршня, это приводит к механическому напряжению и механической деформации. Высокотемпературное сгорание и газ под высоким давлением делают распределение температуры поршня неравномерным, что приводит к термическому напряжению и термической деформации поршня. Следовательно, анализ элементов гильзы цилиндра в отношении тепловой нагрузки и механической нагрузки имеет большое значение, анализ методом конечных элементов показывает деформацию и распределение напряжений в гильзе цилиндра.Это важно для улучшения конструкции и надежности гильзы цилиндра.

1745

Анализ сопряженной теплопередачи днища поршня, поршневых колец и гильзы цилиндра

Авторы: Цзи Ву, Шу Линь Дуань, Чжан Хуа Ву, Ли Дуй Вэй, Хуэй Син

Аннотация: дизельный двигатель 6S50MC-C компании MAN Diesel представляет собой двухтактный судовой дизельный двигатель.В качестве граничных условий распределения температурного поля в первую очередь рассчитываются средняя температура и средний коэффициент теплоотдачи. Проанализирована совместная теплопередача днища поршня, поршневых колец и гильзы цилиндра. В ANSYS получены стабильное температурное поле и переходная теплопередача при пуске дизельного двигателя. Максимальная температура на верхней кромке днища поршня составляет 413,55 ° C. 59,5% от общего количества тепла высокотемпературного топливного газа поглощается охлаждающим маслом.Температура днища поршня эффективно снижается за счет встряхивающего охлаждения. Нагрузку дизельного двигателя следует увеличивать медленно, чтобы предотвратить концентрацию напряжений. Для уменьшения разрушающего воздействия требуется усиление охлаждения и прогрев главного двигателя.

204

Компьютерное моделирование технологии формовки тонких алюминиевых гильз цилиндров двигателя на основе LS-DYNA

Авторы: Хан Ву Лю, Хун Де Рен, Хан Сюнь Львов.

Аннотация: Алюминиевый сплав с высоким содержанием кремния, полученный методом напыления, хорошо подходит для гильзы цилиндра двигателя из-за необходимости высокой прочности и стойкости к истиранию, но процесс его формования является очень сложным, и в него вовлечены многие параметры процесса.Чтобы снизить затраты времени, рабочей силы и денег за счет традиционных методов обработки, которые требуют частой корректировки параметров ремесла, процессы термической экструзии и прядения являются наиболее важными процессами формования при формовании гильз цилиндров из алюминиевого сплава. моделируется с помощью технологии моделирования методом конечных элементов. Обнаружено, что во время процесса экструзии эквивалентные напряжения возле фильеры больше и неравномерны, градиент напряжений очень велик, но максимальное напряжение не превышает допустимое напряжение материала посредством численного моделирования; В процессе прядения напряжения и деформации больше в начале процесса, но они будут немного уменьшаться по мере продолжения процесса прядения.На протяжении всего процесса прядения распределение эквивалентных напряжений и деформаций прядильного компонента в основном поддерживалось относительно сбалансированным состоянием, что согласуется с более поздними экспериментальными результатами.

No related posts.