Variklyje naudojamos medziagos
Tūrinys
1. Pratarmė
2. Variklio blokas
3. Cilindrų galvutės
4. Alkūninis velenas
5. Smagratis, Sukamūjų švytavimų slopintuvai
6. Slydimo guoliai
7. Ivorės (cilindrai)
8. Stūmokliai
9. Žiedai
10. Naudota literatūra
Pratarmė
Automobilyje naudojamos žaliavos yra labai įvairios su jomis mes
susitinkame kas diena savo namų buityje. Čia yra naudojamos medžiagos nuo
elementariausio ketaus iki tauriojo aukso. Taip pat automobilyje yra
plasmasės gaminių, jų galime pamatyti salone, jeigu automobilis yra aukštos
klasės naudojama geresnės kokybės plasmasė arba netgi natūrali oda, salone
galime pamatyti medžio gaminiu bei kkaikuriose automobiliuose būna deimantų
ir kitokių brangių akmenų tiesiog dėl grožio. Važiuoklėje naudojama guma –
kad sumažintų vibracijos dažnį į automobilio kėbula ir dėl to, kad mažiau
būtų mažesnis triukšmas automobilio salone. Kaikuriuose automobiliuose
kėbulas gaminamas iš aliuminio lydinių kad būtų lengvesnis (padidėtų
variklio galingumas ir ekonomiškumas) ir standesnis. Automobilyje
nuadojamas stiklas yra grūdintas, o priekinis yra trijų sluoksnių – (
stiklas, plėvelė, stiklas ) tokia jo sandara yra dėl keleivio saugumo
avarijos metu. Automobilis yra gaminamas žvelgiant į kelis aspektus: kuro
sanaudos, užterštumo laipsnis ir svarbiausias aspektas jo ssaugumas (kad ir
koks auto įvikis nutiktų).
Variklio blokas
Variklių blokai būna pagaminti iš pilkojo ketaus, legiruoto chromu,
nikeliu, molibdenu arba iš aliuminio lydinių. Variklio blokų iš ketaus
išorinių sienelių storis, priklauso nuo cilindro skersmens, esti nuo 4 iki
7mm, o guolių atraminių sienelių storis – nuo 5 iki 10mm. viršutinės
sienelės storis lygus ~ 0,1 d (čia d cilindro skersmuo). Gaminant variklio
blokus iš aliuminio lydinių, się matmenys padidinami proporcingai
elastingumo modulių santykiui: Eketaus / Ealium*. Ketaus variklių blokai
yra žymiai sunkesni už aliuminio,bet jų eksplotacija yra žymiai pigesnė
negu aliuminio variklio blokų.
Alkūniniai velenai yra štampuojami iš legiruoto plieno arba liejami iš
ketaus. Lieti ketiniai velenai yra pigesni, lengvesni, geriau slopina
sukamuosius švytavimus, jų geresnės antifrikcinės savybės, tačiau štampuoti
plieniniai velenai yra standesni. Oto varikliams dažniausiai naudojami
ketiniai alkūniniai velenai, o Dyzelio – plieniniai.
B
B-B
Stūmokliai
Stūmoklis per pirštą ir švaistiklį perduoda dujų slėgio jėgą
alkūniniam velenui, paversdamas slėgio energiją mechaniniu darbu. Tai
labiausiai mechaniškai ir termiškai apkrauta variklio detalė.
Pripučiamuosiuose sunkvežimių varikliuose dujų slėgio jėgos siekia 170kN, o
temperatūra atskiruose stūmoklio taškuose – 400°C. Normalinė jėga,
spaudžianti stūmoklį prie cilindro, gali siekti 15kN.
Stūmoklis turi išlikti standus, kai temperatūros aukštos, turi
būti atsparusdilimui ir kuo mažesnio svorio, kad susidarytų mažesnės
inercijos jėgos. Todėl stūmokliai liejami slegiant iš aliuminio lydinių su
11 -25 % Si. Kartais stūmokliai štampuojami; tada jie esti standesni.
Aliuminio lydiniai gerai perduoda šilumą, todėl sumažėja stūmoklio
dugno temperatūra, tačiau jų šiluminio plėtimosi koeficientas maždaug 2
kartus didesnis už ketaus. Todėl montuojant, tarp cilindro ir stūmoklio
kreipiamosios dalies būtina palikti reikiamą tarpelį, kad įkaitęs stūmoklis
neužstrigtų.
5. pav Stūmoklio ssandara: A – dugnas; B – sandarinimo dalis (galvutė); C
– kreipiamoji dalis; 1 -grioveliai kompresiniams žiedams; 2 – griovelis
tepaliniam žiedui; L – stūmoklio aukštis; D – stūmoklio skersmuo; LK-
kreipiamosios dalies ilgis; HK – kaitrumo juostos aukštis; Hs –
tarpžiedinės sienelės aukštis; SD – dugno storis; Ss – kreipiamosios dalies
sienelės storis; Dst – stebulės angos skersmuo
Stūmoklio piršto prielajų srityje įliejami žiedo ar juostos formos
plieniniai įdėklai, turintys mažesnį linijinio plėtimosi koeficientą. Šie
įdėklai leidžia stūmokliui plėstis tik piršto ašies kryptimi. Tokie
stūmokliai esti pakankamai standūs, todėl tinka ir dyzeliniams varikliams.
Įdėklų veiksmingumą padidina horizontalios išpjovos.
Naudojant stūmoklius su šiluminio plėtimosi reguliavimo priemonėmis, jų
montavimo tarpelis sumažinamas iki 0,0003 – 0,0006 D (D – stūmoklio
skersmuo). Didelės galios sunkvežimių varikliams su stūmokliais be šių
reguliavimo priemonių montavimo tarpelis esti 0,0008 – 0,00150 D.Kad
stūmokliai geriau įsidirbtų ir mažiau diltų, jie padengiami keleto mm ^
storio švino, alavo arba fosfato sluoksniu, arba šiek tiek storesniu (10-20
|am) C grafito sluoksniu.
Stūmoklio paviršiaus dalis nuo dugno krašto iki pirmojo žiedo griovelio
vadinama kaitrumo juosta (HkJ. Nuo jos aukščio priklauso žiedų temperatūra.
Kaitrumo juostos aukštį riboja maksimalus stūmoklio aukštis, nuo kurio
priklauso viso variklio aukštis. Be to, dėl Oto varikliuose į plyšį tarp
stūmoklio ir cilindro patenkančio ir nesudegančio degiojo mišinio pablogėja
variklio ekonomiškumo ir ekologiniai rodikliai. Žiedų temperatūra taip pat
mažinama, mažinant tarpelį tarp kaitrumo juostos ir cilindro. Šiuo atveju,
kad pagerėtų stūmoklio įsidirbimas, kaitrumo juostoje padaromi keli smulkūs
0,2 – 0,3 mm gylio žiediniai grioveliai.
Žiedai
Kompresiniai žiedai gaminami iš perlitinio ketaus arba legiruoto
plieno. Kad mažiau diltų, jie padengiami iki 0,29 mm chromo sluoksniu. Virš
chromo žiedai kartais dengiami molibdeno sluoksniu. Taip pat dyzelinių
variklių žiedai dengiami chromo-keramikos sluoksniu. Plieninių žiedų
paviršius azotinamas.
Laisvojoje būklėje žiedų kreivumo spindulys yra kintamas. Cilindre
suspaustas žiedas turi tampriai prisispausti prie cilindro paviršiaus ir jį
gerai užsandarinti.Tarp jo galų lieka nedidelis šiluminis tarpelis,
vadinamas užraktu. Įstatyti į stūmoklio griovelius žiedai juose turi
laisvai judėti. Kad mažiau dujų prasiveržtųpro žiedų užraktus, jie turi
būti pasukti vienas kito atžvilgiu
6. pav. Žiedų radialinio slėgio epiuros:
a – keturtakčio variklio; b – dvitakčio variklio
ir tolygiai išsidėstyti pagal cilindro perimetrą. Darbo metu žiedai sukasi
grioveliuose, dėl to sumažėja jų užstrigimo galimybė. (6 pav.) paveiksle
pavaizduotos žiedų radialinio slėgio epiuros. Didesnis slėgis užrakte
sumažina žiedo vibracijas. Dvitakčiuose varikliuose slėgis užrakte turi
būti mažesnis, kad žiedo galai neužkliūtų už prapūtimo angų.
Stačiakampiai žiedai liečiasi su cilindro paviršiumi dideliu plotu,
todėl gerai nuveda šilumą, bet blogiau prisiderina prie cilindro
paviršiaus. Kad lietimosi plotas sumažėtų, stačiakampių žiedų paviršius
suapvalinamas. Minutiniai žiedai iš pradžių su cilindru liečiasi tik siaura
juostele, todėl kontakto vietoje gaunamas didesnis slėgis. Tokie žiedai
greičiau įsidirba ir geriau nnubraukia alyvos perteklių. Panašiai veikia ir
žiedai su vidinėmis išpjovomis, kurie įstatyti į cilindrą susisuka ir j
sienele remiasi tik apatine briaunele. Trapeciniai žiedai, nusklembti iki
15° vidine kryptimi, judėdami griovelyje jį išvalo, todėl sumažėja žiedų
užsiblokavimo ir užstrigimo pavojus. Dažniausiai jie naudojami dyzeliniams
varikliams. Grandikliniai žiedai atlieka kompresinio ir iš dalies tepalinio
žiedo funkcijas. Tepaliniai žiedai riboja alyvos patekimą į degimo kameras
ir kartu reguliuoja viršutinės cilindro dalies tepimą. Jie esti ketiniai
plyšeliniai arba plieniniai surenkamieji. Kad žiedai mažiau diltų, jų
paviršiai chromuojami.
Slydimo guoliai
Pagrindinių ir švaistiklinių guolių įdėklai yra
3.pav. Alkūninio veleno slydimo guolio sandara:
1 – plieninė juosta; 2 – 0,3-0,5 mm švino bronzos ar aliuminio lydinio
sluoksnis;
3. – l,2/um storio nikelio sluoksnis;
4. – 10-30/.um storio švino – alavo – vario
lydinio sluoksnis; 5 -fiksavimo
užkarpėlė
panašūs. Dažniausiai naudojami plonasieniai trijų sluoksnių guolių įdėklai
(3.pav.). Puslankiu išlenkta plieninė juosta 1 dengiama 0,3 – 0,5 mm storio
antifrikciniu sluoksniu 2 (švino bronzos ar aliuminio lydiniu). Ant šio
sluoksnio užpurškiamas arba galvaniniu būdu uždedamas 10-30 um storio švino-
alavo-vario lydinio sluoksnis 4, mažinantis guolio dilimą. Tarp antrojo ir
trečiojo sluoksnių dedamas 1-2 um storio nikelio sluoksnis 3. Jis stabdo
alavo difuziją į švino bronzą, kai temperatūra aukšta, o naudojant
aliuminio lydinius, pagerina viršutinio sluoksnio sukibimą. Kartais
naudojami ir keturių sluoksnių įdėklai. Jų sandara tokia pat, kaip ir trijų
sluoksnių, tik papildomai įdėklas
iš visų pusių padengiamas dar vienu
minkštesniu 2um sluoksniu, kad įdėklas visu paviršiumi liestųsi su
guoliaviete ir gerai perduotų šilumą. Be to, šis sluoksnis apsaugo guolį
nuo korozijos.
Cilndrų galvutės
Cilindrų galvutė (1. pav.) uždengia iš viršaus vieną arba keletą
cilindrų. Ji yra sudėtingos formos liejinys, nes joje įtaisyti įsiurbimo ir
išmetimo kanalai, aušinimo ertmės, purkštuvai arba žvakės, vožtuvai, o
dažnai ir dauguma dujų skirstymo mechanizmo detalių bei degimo kameros.
(1. pav.)
Cilindrų galvutes veikia ne tik cilindrų galvutės tvirtinimo smeigių
užveržimo jėgų bei pulsuojančios dujų sslėgio mechaninės apkrovos, bet ir
didelės šiluminės apkrovos. Vertinant šilumines apkrovas, svarbu ne
absoliuti detalių temperatūra, bet ir temperatūros gradientų dydžiai, nes
nuo jų priklauso šiluminiai detalių įtempimai.
Galvutės, kaip ir blokai, liejamos iš legiruoto ketaus arba aliuminio
lydinių. Lengvųjų automobilių varikliams dažniausiai naudojamos bendros
visiems cilindrams galvutės iš aliuminio lydinių. Kai konstrukcija tokia,
padidėja variklio standumas; turima daugiau vietos įsiurbimo ir išmetimo
kanalų įrengimui. O svarbiausia, joje galima patalpinti dujų skirstymo
veleną, kas labai svarbu greitasūkiuose varikliuose.
Sunkvežimių pripučiamiesiems tiesioginio įpurškimo dyzeliniams
varikliams dažniau naudojamos atskiros cilindrų galvutės. Jos patikimiau
sandarina cilindrą, kai slėgiai dideli, be to, remontas pigesnis. Kai
cilindrų skersmuo mažesnis, naudojamos galvutės, uždengiančios du ar tris
cilindrus.
Smagratis
Automobilių varikliams S = 0,005. Kad butų gautas pasirinktas S,
smagratis turi akumuliuoti kinetinės energijos kiekį:
E=IES2m-5; čia I – smagračio iinercijos momentas.
Iš lygties matyti, kad smagračio akumuliuojama energija priklauso nuo
smagračio inercijos momento (dydžio ir masės) ir variklio sukimosi dažnio.
Kai variklio sukimosi dažnis didesnis, smagračio masė gali būti mažesnė.
Kuo daugiau cilindrų, tuo tolygiau sukasi alkūninis velenas, tuo mažesnis
reikalingas smagratis.
Smagratį sudaro masyvus ketinis diskas, ant kurio užpresuotas
krumpliaračio žiedas , skirtas varikliui sukti paleidimo metu. Smagratis
tvirtinamas prie alkūninio veleno galo ir kartu su juo dinamiškai
balansuojamas.
Smagratis taip pat perduoda sukimo momentą transmisijai. Prie jo
tvirtinamas sankabos gaubtas, o į jo šlifuotą galinį paviršių remiasi
varomasis sankabos diskas.
Alkūninio veleno ir smagračio sūkių dažnio svyravimai per sankabą
perduodami pavarų dėžei ir visai transmisijai. Dėl to atsiranda pavarų
dėžės ir kėbulo vibracijos. Naudojant dviejų masių smagratį, sūkių dažnio
svyravimai pavarų dėžei ir transmisijai beveik neperduodami.
Dviejų masių smagratį sudaro pirminė smagračio masė, sujungta su
alkūniniu velenu, ir antrinė masė, prie kurios tvirtinama sankaba. Abi šias
mases elastingai jungia išorinės 3 ir vidinės 4 spyruoklės.
Dideli sukimo momento svyravimai kyla, kai esant mažam variklio sūkių
dažniui kinta apkrova, bei paleidžiant ir išjungiant variklį. Šiuos
svyravimus slopina išorinės 3 slopinimo spyruoklės. Didėjant sūkių dažniui,
išcentrinės jėgos prispaudžia šias spyruokles prie kreipiančiųjų įdėklų
sienelių ir blokuoja jų veikimą. Dabar svyravimus slopina tik vidinės 4
spyruoklės. Jų trintis į sieneles nepriklauso nuo sūkių dažnio.
Automobiliuose su automatinėmis pavarų dėžėmis ssmagračio nėra. Ten jo
funkcijas atlieka hidrotransformatoriaus rato masė.
Sukamųjų švytavimų slopintuvai
Periodiškai kintantis sukimo momentas sužadina alkūninio veleno
švytavimus apie savo ašį. Kai jų kitimo periodas sutampa su veleno savųjų
švytavimų periodu arba yra jo kartotinis, susidaro rezonansas, ir velenas
dėl didelių kakliukų ir petelių įtempimų gali lūžti. Sukamieji švytavimai
ypač pavojingi ilgiems daugiacilindrių variklių velenams. Kad švytavimai
būtų sumažinti, tokių variklių alkūninio veleno priekiniame gale (kuris
labiausiai švytuoja), tvirtinamas sukamųjų švytavimų slopintuvas. Naudojami
vidinės (guminiai) ir skysčio trinties švytavimų slopintuvai.
Alkūninis velenas
Alkūninis velenas slenkamąjį stūmoklio ir švaistiklio judesį paverčia
sukamuoju. Jį veikia dujų slėgio, inercijos ir išcentrinės jėgos. Be to,
alkūninis velenas perduoda dujų slėgio sukimo momentą jėgos pavarai.
Velenas turi būti standus, tvirtas, atsparus dilimui bei dinamiškai
subalansuotas.
Alkūniniai velenai štampuojami iš legiruoto plieno arba liejami iš
ketaus. Lieti ketiniai velenai yra pigesni, lengvesni, geriau slopina
sukamuosius švytavimus, jų geresnės antifrikcinės savybės, tačiau štampuoti
plieniniai velenai yra standesni. Oto varikliams dažniausiai naudojami
ketiniai alkūniniai velenai,.o Dyzelio – plieniniai.
Alkūninį veleną (2 pav.) sudaro pagrindiniai 1 ir švaistikliniai 3
kakliukai, sujungti peteliais 2. Alkūniniai velenai turi atsvarus 4, kurie
atsveria pagrindinius guolius veikiančias jėgas bei subalansuoja alkūninį
mechanizmą veikiančias inercijos jėgas ir momentus. Jie liejami arba
štampuojami išvien.
1 2 3 2 1
A-A
2 pav. Keturių cilindrų variklio alkūninis velenas („ VW „I„Audi“): 1 –
pagrindiniai kakliukai; 2 – peteliai; 33 – švaistikliniai kakliukai; 4 –
atsvarai; a – kakliukų persidengimas.
Ant priekinio veleno galo tvirtinami dujų skirstymo mechanizmo pavaros
krumpliaratis, žvaigždutė ar skriemulys bei pagalbinių mechanizmų pavarų
skriemuliai. Prie veleno galo tvirtinamas smagratis. Pagrindiniais
kakliukais velenas slydimo guoliuose tvirtinamas variklio karteryje. Prie
švaistiklinių kakliukų jungiamos apatinės švaistiklių galvutės. Dilimo
sumažinimui veleno kakliukų paviršiai grūdinami ir kruopščiai apdirbami
(šlifuojami, poliruojami). Taip pat jie gali būti azotinami.
Kakliukus stengiamasi daryti kuo didesnio skersmens, kad daugiau vienas
kitą perdengtų (2 pav., dydis a). Tada velenas esti standesnis. Pagrindinis
kaliukas ties smagračiu kartais daromas ilgesnis.
Veleno gale ištekinamas pavarų dėžės pirminio veleno arba sankabos
velenėlio atraminio guolio lizdas.
Įvorės (cilindrai)
Sausosios įvorės įpresuojamos į bloke ištekintus lizdus. Jos liejamos
išcentriniu būdu iš legiruoto ketaus, o sienelių storis lygus 2-3 mm. Kai
yra tokia konstrukcija, gaunamas beveik toks pat bloko standumas ir
atstumas tarp cilindrų, kaip ir naudojant integruotąsias įvores. Be to,
variklio bloką galima gaminti iš kitos medžiagos, o atsiradus įvorės
pažeidimams, ją galima pakeisti. Sausųjų įvorių trūkumas yra tas, kad dėl
deformacijų arba dėl korozijos atskiruose taškuose prarandamas kontaktas su
cilindro sienelėmis, ir dėl to pablogėja šilumos nuvedimas.
Didesnės galios varikliams naudojamos tik slapiosios įvorės. Jas
naudojant supaprastėja variklio bloko gamyba, remontas, jų gamybai galima
pasirinkti geresnes medžiagas. Slapiosios įvorės mažiau jautrios korpuso
deformacijoms, negu integruotosios ar sausosios įvorės. Naudojant šlapias
įvores, padidėja aatstumas tarp cilindrų, bet sunkvežimiuose tai nėra taip
svarbu.
Variklio blokai iš aliuminio lydinių taip pat gali būti su sausosiomis,
slapiosiomis ar integruotomis cilindrų įvorėmis. Pastaruoju atveju jų
vidinis paviršius galvaniniu būdu padengiamas dilimui atspariu sluoksniu
(nikelio, chromo). Tačiau šiuolaikiniams varikliams dažniau naudojama
vadinamoji atvirkščia schema, kai plonu maždaug 20 ^m storio, chromo
sluoksniu padengti stūmokliai juda cilindruose, išlietuose iš dilimui
atsparaus poeutektoidinio aliuminio – silicio lydinio (>12 % Si).
Elektrolitiniu ėsdinimu pasiekiama, kad lydinyje esantys silicio kristalai
išsikištų virš paviršiaus apie 0,1 um.
Oru aušinamų variklių cilindrų įvorės gaminamos su aušinimo briaunomis,
kurios padidina šilumos atidavimą aplinkai (4 pav.). Šios įvorės įveržiamos
tarp karterio ir cilindrų galvutės smeigėmis. Kad įvorės būtų pakankamai
standžios, jų sienelių storis turi būti lygus maždaug 0,08 d (d – cilindro
skersmuo).
4 pav. Oru aušinamo variklio cilindro įvorė
Visų cilindrų įvorių vidinis
paviršius kruopščiai apdirbamas, kad darbo metu ant cilindro įvorės
paviršiaus geriau laikytųsi alyvos plėvelė, jis honinguojamas ir
pasiekiamas paviršiaus vidutinis šiurkštumas Ra» 0,8 um.
Naudota literatūra
1. Automobiliai. Kazimieras Giedra, Aleksandras Kirka, Stasys
Slavinskas. – Kaunas
