BIBLIOGRAFICKÁ CITACE

PODĚKOVÁNÍ

PODĚKOVÁNÍ Na tomto místě bych chtěl poděkovat za podporu ve studiu své rodině, svým přátelům za dobré nápady a spolubydlícímu na ubytování za rozptýlení a svému vedoucímu bakalářské práce Ing. Petru Šperkovi, Ph.D. za rady a věcné připomínky k problematice této práce.

strana

5

ABSTRAKT

ABSTRAKT Bakalářská práce se zaměřuje na problematiku týkající se přímého zkoumání kontaktu vačky a zdvihátka, jako typického představitele kontaktu s proměnnou geometrií a zatížením. Tyto změny mohou zapříčinit porušení mazacího filmu, což může mít za následek zvýšení tření a tím související větší opotřebení prvků. Po teoretickém úvodu do problematiky mazání tohoto spojení je nejprve obecně popsána základní teorie potřebná k dalšímu pokračování v rozvoji. Dále je shrnut současný stav poznání s uvedením stěžejních poznatků. Jednotlivé výzkumy ukazují, kam je třeba se dál ubírat, a případně co zlepšit na aparaturách pro přímé zkoumání kontaktu. Díky získaným hodnotám a poznatkům můžeme technologicky a konstrukčně zlepšit prvky, které se účastní společného kontaktu tj. vačka a zdvihátko pro jejich delší životnost.

KLÍČOVÁ SLOVA Kontakt, vačka, zdvihátko, mazací film, přímé pozorování

ABSTRACT This bachelor thesis focuses on the issue of direct examination of the contact camfollower, as the epitome of contact with a variable geometry and load. These changes can cause a breakdown of the lubricating film, which can result in increased friction and thus wear more related elements out. After the theoretical introduction to the issue of lubrication of the first connection, the basic theory needed for further development is generally described. Afterwards the current state of knowledge with the key findings is summarized. Individual studies show where it is necessary to proceed further, and what to possibly improve on apparatuses for direct examination of the contact. With the gained values and knowledge we can improve the technology and design of the elements that are participating in the joint contact camfollower in order to ensure their longer life.

KEYWORDS Contact, cam, follower, lubrication film, direct observation

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE ŠMOK, V. Kontakt vačky a zdvihátka. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2012. 35 s. Vedoucí bakalářské práce Ing. Petr Šperka, Ph.D..

strana

6

PROHLÁŠENÍ

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Kontakt vačky a zdvihátka vypracoval samostatně s použitím odborné literatury a pramenů, uvedených na seznamu, který tvoří přílohu této práce. V Brně dne: _____________________

__________________________ Vojtěch Šmok

strana

7

OBSAH

OBSAH ÚVOD ......................................................................................................................... 10 1 DEFINICE ZÁKLADNÍCH POJMŮ .............................................................. 11 1.1 Tribologie .................................................................................................... 11 1.2

Viskozita ..................................................................................................... 11

1.3

Stribeckova křivka ...................................................................................... 12

1.4

Výpočet unášivé rychlosti ........................................................................... 12

1.5

Elastohydrodynamické mazání ................................................................... 13

1.6

Rozdělení kontaktů podle geometrie ........................................................... 13

1.6.1

Nekonformní povrchy .......................................................................... 13

1.6.2

Konformní povrchy.............................................................................. 13

1.7

Výpočet kontaktního (Hertzova tlaku) ........................................................ 14

1.8

Vady na materiálu ....................................................................................... 14

1.9

Výpočet režimu mazání............................................................................... 14

1.10

Ventilové rozvody ....................................................................................... 15

1.10.1

Vačková hřídel a tvary vaček............................................................... 15

1.10.2

Zdvihátko ............................................................................................. 16

1.11 2

3 4

PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU POZNÁNÍ ........................................... 18 2.1 Shrnutí poznatků z uvedených pojmů z kapitoly 1 ..................................... 18 2.2

Studium mazání kontaktu ............................................................................ 18

2.3

Analýza poznatků ........................................................................................ 23

VYMEZENÍ CÍLŮ PRÁCE.............................................................................. 24 VARIANTY MECHANISMU .......................................................................... 25 4.1 Využití lineárních pohonů ........................................................................... 25 4.2

5

6 7

Mechanické uspořádání aparatury.............................................................. 26

NÁVRH VARIANT ŘEŠENÍ A VÝBĚR OPTIMÁLNÍ VARIANTY ......... 27 5.1 Varianta A ................................................................................................... 27 5.2

Varianta B ................................................................................................... 28

5.3

Varianta C ................................................................................................... 29

5.4

Závěr k variantám ....................................................................................... 29

KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ ............................................................................... 30 STRUČNÝ ROZBOR ŘEŠENÍ ........................................................................ 33 7.1 Konstrukční rozbor...................................................................................... 33 7.2

Technologický rozbor ................................................................................. 33

7.3

Ekonomický rozbor ..................................................................................... 33

strana

8

Optická interferometrie ............................................................................... 17

OBSAH

8 9

ZÁVĚR ............................................................................................................... 34 SOUHRNNÁ BIBLIOGRAFIE ....................................................................... 35

strana

9

ÚVOD

ÚVOD Automobilový průmysl je nejrychleji se rozvíjejícím odvětvím v dnešní době. S tím jsou spojené i vzestupné požadavky k životnímu prostředí (nižší emise, nižší spotřeba paliva, delší servisní intervaly a delší životní cykly). [1] Rozvoj je směřován k vývoji účinnějších a kompaktnějších spalovacích motorů. Z hlediska tribologie to znamená rostoucí charakteristické zatížení, rychlosti a teploty součástí motoru významných z hlediska tření; zejména pístní sestavy, ventilového rozvodu a oleje s nízkou viskozitou, kterým jsou jednotlivé komponenty mazány. To nevyhnutelně vede ke klesající tloušťce mazacího filmu mezi povrchy součástí ve vzájemném kontaktu. [2] Tato bakalářská práce se zabývá problematikou přímého pozorování kontaktu mezi vačkou a zdvihátkem, jako typických představitelů kontaktu s proměnnou geometrií a zatížením. Změny geometrie, zatížení a provozních podmínek mohou zapříčinit porušení mazacího filmu, kde mazací film se mění s časem a úhlem natočení vačky. Ztenčování či porušení filmu je nežádoucí, z čehož vyplívá, že tření markantně roste, a s tím souvisí rychlejší a větší opotřebení prvků účastnících se společného kontaktu, který je tak vystaven nejnáročnějším tribologickým podmínkám. Obsahem této práce je základní seznámení s důležitými pojmy z; tribologie, kontaktů, vaček a zdvihátek. Následně je proveden výčet současného stavu poznání celosvětově provedených experimentů k dané problematice, kde je obecně popsána změna tloušťky mazacího filmu v závislosti na geometrii vačky (úhel natočení, změna zakřivení vačky v místě styku a z toho vyplívající rychlost) a dále pak aparatury pro přímé pozorování kontaktu vačka-zdvihátko. Všechny informace jsou důkladně analyzovány, a to vede ke konstrukčnímu návrhu aparatury, za pomoci které se bude moci přímo pozorovat vzájemný kontakt vačky a zdvihátka, hlavně změna tloušťky a průběh mazacího filmu. Takto získané poznatky a data mohou dále vést k technologickým a konstrukčním změnám, na vačkách a zdvihátkách, vedoucích k snížení opotřebení a zvýšení životnosti.

strana

10

DEFINICE ZÁKLADNÍCH POJMŮ

1

1 DEFINICE ZÁKLADNÍCH POJMŮ

1.1

1.1 Tribologie Tribologie je vědecká disciplína zabývající se procesy mazání, které doprovází tření a opotřebení. Při vzájemném pohybu dvou nebo více materiálů po sobě, popřípadě při styku materiálu s prostředím, kde dochází ke ztrátě materiálu z povrchu, se tento proces nazývá jako opotřebení. Hlavní typy opotřebení jsou odírání, tření (přilnavost a soudržnost), eroze a koroze. Opotřebení lze minimalizovat povrchovou úpravou pevných látek nebo pomocí maziv. [3]

1.2

1.2 Viskozita Na obrázku je deska o ploše S, která se pohybuje rychlostí u. Od druhého povrchu je oddělena vrstvou mazacího filmu o tloušťce h. Karty v balíčku můžou jednoduše znázornit proudění mazacího filmu. Třecí síla způsobí posun vrstev filmu.

Obr. 1 Proudění maziva jako pohyb vrstev [4]

V závislosti na vzdálenosti vrstvy maziva y od desky se mění jejich velikost rychlosti. Proto platí:

Kde τ je tečného napětí, η je dynamická viskozita, smykový spád je gradient rychlosti v kolmém směru k pohybu tekutiny. Protože pro Newtonské tekutiny je konstantní, můžeme psát = . Při popisování tokových charakteristik tekutin se také používá kinematická viskozita

strana

11


1.3 Stribeckova křivka Stribeckova křivka je základní charakteristikou mazání. Graf zobrazuje závislost součinitele tření na unášecí rychlosti. V grafu jsou patrné jednotlivé úseky režimů mazání. [1,7]

Obr. 2 Stribeckova křivka [5]

Stribeckova křivka může také porovnávat součinitel tření s unášivou rychlostí krát dynamická viskozita . Toto je výhodné při srovnávání výsledků různých maziv v jediném grafu. [6]

1.4 Výpočet unášivé rychlosti Unášivá rychlost u se může během jednotlivých cyklů vačky při jejím otáčení enormně měnit až se pro část cyklu blíží nule, toto vede k velmi tenkým nebo nulovým tloušťkám mazacího filmu. [14] U zdvihátek s kladkou můžeme brát unášivou rychlost u jako obvodovou rychlost vačky. Požadavek pro výpočet elastohydrodynamického mazacího filmu se vztahuje jen na vrchol vačky a ne na základní kružnici. Zdvihátka s kladkou mají poměrně dobré mazací podmínky, ale na úkor vysokého kontaktního tlaku pro danou velikost vačky. [14] Pro plochá zdvihátka je unášivá rychlost u v každém okamžiku rovna průměrné rychlosti povrchu vačky a povrchu zdvihátka vztaženého ke kontaktnímu bodu. Na základní kružnici, kde je kontaktní bod pevný, je u rovno polovině rychlosti povrchu vačky. V ostatních částech cyklu se kontaktní bod posouvá. Unášivou rychlost pro ploché zdvihátko vypočítáme z následující rovnice. [13] [

]

Hodnoty u by měly být vypočteny pro všechny body cyklu, avšak nejméně pro základní kružnici a maximální zdvihovou polohu. [14]

strana

12


1.5 Elastohydrodynamické mazání

1.5

U elastohydrodynamického mazání je mazivo vtahováno mezi dva vzájemně se odvalující povrchy. Dochází zde k relativně vysokému zatížení, jehož následkem je změna viskozity maziva a elastická deformace povrchů, která je řádově stejně velká, jako tloušťka mazacího filmu. Tento režim je častý u zatížených nekonformně zakřivených povrchů, jako jsou spoluzabírající kola nebo valivá ložiska a též kontakt vačka-zdvihátko. [4,5]

Obr. 3 Elastohydrodynamické mazání [5]

1.6 Rozdělení kontaktů podle geometrie 1.6.1 -

1.6.2 -

Nekonformní povrchy blízká geometrie obou stykových ploch malá působící radiální síla díky malé zatěžující síle a velké kontaktní ploše nedochází k podstatnému zvětšování kontaktních ploch např. kluzná ložiska Konformní povrchy velmi malá styková plocha velké přenášené zatížení vlivem malých stykových ploch a vysokému zatížení dochází k rozpínání kontaktních ploch příklad: valivá ložiska, ozubené převody [5]

1.6

1.6.1

1.6.2

Styk vačky se zdvihátkem patří do skupiny nekonformních povrchů, kde se uplatňuje teorie elastohydrodynamického mazání. [16]

strana

13


Obr. 4 Konformní a nekonformní povrchy [7]

1.7 Výpočet kontaktního (Hertzova tlaku) Výpočet Hertzova tlaku v případě kontaktu vačky a zdvihátka je velmi důležitý z hlediska posouzení kvality vzájemného kontaktu. Níže je uvedena pouze rovnice pro výpočet Hertzova tlaku pro typ zdvihátka – ploché zdvihátko. [5] [

]

Osa zdvihátka bývá často mírně axiálně posunuta k ose vačky, z důvodu, že tento fakt přispívá k rotaci zdvihátka kolem vlastní odolnosti a to napomáhá k odolnosti proti scuffingu, ale také mírné redukci odolnosti proti pittingu. [14]

1.8 Vady na materiálu Pitting = bodové porušení zapasivovaného povrchu, při němž vznikají hluboké důlky s velmi úzkým hrdlem Scuffing = poškrábání vnější strany způsobené mechanicky a chemicky

1.9 Výpočet režimu mazání Jakmile byla hodnota tloušťky filmu spočítána, může být režim mazání určen jejím porovnáním s efektivní drsností povrchu součástí. Efektivní drsnost je všeobecně brána jako kombinovaná drsnost povrchů vačky a zdvihátka, kdy pokud je tloušťka filmu větší než kombinovaná drsnost, pak je mazání uspokojivé. Jestliže je tloušťka filmu menší než polovinu hodnoty kombinované drsnosti, pak nastane kontakt těles s mezným mazáním. Je-li nulová tloušťka filmu, pak nastává přímý kontakt součástí a dochází k opotřebování součástí. [14]

strana

14


1.10

1.10 Ventilové rozvody Ventilový rozvod je pro každý typ motoru nebo i stroje konstruován tak, aby se jak sací, tak i výfukové ventily otvíraly a zavíraly vždy ve správném okamžiku. Otvírání a zavírání ventilů obstarává vačková hřídel motoru přímo přes vahadla nebo nepřímo pomocí zdvihátek, přičemž její pohon je zajištěn převodem ozubenými koly, válečkovým řetězem nebo ozubeným řemenem od klikové hřídele. Vzhledem k charakteristice pracovního cyklu motoru je jasné, že vačka se otáčí polovičními otáčkami klikového hřídele. 1.10.1 Vačková hřídel a tvary vaček Vačková hřídel je, velice zjednodušeně řečeno, rotující páka. Vždy, když se potká s ventilem, stlačí jej. Hřídel je vyroben většinou jako ocelový odlitek, ale také může být vyroben z kované slitiny. Dráhy vaček a ložiskové čepy jsou zušlechťovány broušením a lapováním a nakonec ještě jednou kaleny. Uložení je realizováno jako kluzné. Zvláštní pozornost je při konstrukci vačkových hřídelí věnována tvarům vaček. Tvar vačky má zásadní vliv na rychlost otvírání ventilů a musí mít velkou odolnosti proti otěru. Některé testy ukazují, že jen za posledních deset let se průměrná velikost provozních tlaků v motoru více jak zdvojnásobila. Například vačka a zdvihátko jsou vystaveny tlakům až 10 000 kg na cm2. Jediným, co odděluje tyto součástky od sebe, je tenká vrstva oleje. Slabý olej proto může v odolávání těmto tlakům selhat a způsobit tak vzájemný kontakt kovových součástí, což zvýší tření a sníží účinnost.[8] U motorů pro osobní automobily, které mívají vysoké otáčky, nacházejí využití převážně harmonické vačky, které jsou tvořeny oblouky kružnic. Vačkové dráhy (boční obrysy) představují výseče kružnic (Obr. 5). Jsou-li ventily ovládány vačkou přímo, prostřednictvím vahadel (unášejících vahadel), je možné využít i tangenciálních vaček (Obr. 6), protože plocha na unášecím zdvihátku zprostředkovávající přenos je zakřivená. Na Obr. 7 je zobrazen zdvih vačky v závislosti na úhlu otočení klikové hřídele pro harmonickou vačku, působící na ploché zdvihátko. Lze vidět, že se ventil až do největšího zdvihu otvírá a zavírá velmi pozvolně. [9]

1.10.1

Obr. 5 Harmonická vačka - dráhy vaček (B) představují výseče kružnic (r= poloměr kružnice) [9]

strana

15


Obr. 6 Tangenciální vačka s unášecím vahadlem vačkové dráhy (F) jsou tečnami [9]

Obr. 7 Zdvih vačky v závislosti na úhlu otočení klikové hřídele. Znázorněn je zdvih harmonické vačky (vačka tvořená výsečemi kružnic se zakřivenou drahou vačky a plochým zdvihátkem) [9]

1.10.2 Zdvihátko Zdvihátko je ocelový váleček ze dvou dílů, který je umístěn mezi ventilem a vačkou nebo vačkou a vahadlem. Toto vše záleží na konstrukčním uspořádání čtyřdobého motoru. Uspořádání je z hlediska problematiky této práce nepodstatné, ale dělí se do dvou základních skupin, a sice na motory s vrchním a spodním rozvodem. Přitom se nebere ohled na umístění vačkové hřídele, ale bere se ohled na to, jak jsou uloženy ventily. Zdvihátko zároveň plní úlohu členu, který vymezuje vůli, mezi výše zmíněnými prvky, ať už mechanicky nebo hydraulicky. Níže jsou uvedeny druhy komponentů, které se běžně používají na nepřímé ovládání ventilů: Komponenty s hydraulickým vyrovnáním vůle ventilu [10] 

strana

16

Hrníčková zdvihátka hydraulická - Standartní (Obr. 8) - S nasáváním zdola - S pojistkou proti unikání - V provedení s labyrintem - Design 3CF




Vlečné páky s hydraulickým vyrovnáním vůle ventilu



Kladičková vahadla s hydraulickým vyrovnáním vůle ventilu - Kladičková vahadla - Hydraulický zásuvný prvek  Zdvihátko s kladkou hydraulické pro řízení OHV - Hydraulické zdvihátko s kladkou - Kyvná páka stojan ložiska vahadla Komponenty s mechanickým nastavením vůle ventilu [11]  Hrníčková zdvihátka mechanická - S kotoučem nahoře - S kotoučem dole - S odstupňovanou tloušťkou dna  Kladičková vahadla mechanická

Obr. 8 Standardní hrníčkové zdvihátko [10]

1.11 Optická interferometrie

1.11

Optická interferometrie je bezkontaktní diagnostická metoda vhodná pro elektronové koncentrace 1020 ÷ 1025m−3 a iontové hustoty 1022 ÷ 1027m−3 . Disperzní rovnice je odvozena z modelu interakce rovinné elektromagnetické diagnostické vlny s plazmatem za předpokladu kvazistacionárního magnetického pole B, dominantního vlivu srážek elektronů s atomy a ionty, aditivní interakce elektromagnetické vlny s elektrony, velkých rozměrů plazmatu vzhledem k délce vlny a zanedbaného tepelného pohybu elektronů a iontů. [17]

strana

17

PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU POZNÁNÍ

2 PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU POZNÁNÍ 2.1 Shrnutí poznatků z uvedených pojmů z kapitoly 1 V kapitole 1 byly uvedeny pouze základní pojmy související s danou problematikou. Bylo zde uvedeno, že se jedná o styk nekonformních ploch a že mazání dané situace je komplexní příklad elastohydrodynamického mazání, díky již zmíněným provozním parametrům jako je rychlost, zatížení a poloměr křivosti stýkajících se ploch.

2.2 Studium mazání kontaktu Výzkum v této oblasti, mazání kontaktu vačka-zdvihátko, je snahou o snížení výkonových ztrát tření a zároveň, aby docházelo k nižšímu opotřebení obou součástí při vzájemném styku. První experimenty zabývající se mazáním kontaktu popisují pouze vývoj tloušťky mazacího filmu v závislosti na tlaku v průběhu jednoho pracovního cyklu. Hamilton [18] publikoval svou práci se zaměřením na experimentální výzkum tloušťky mazacího filmu za využití kapacitní metody při použití experimentální aparatury zobrazené na Obr. 9. Aparatura je tvořena harmonickou vačkou a zdvihátkem, kterému bylo z hlediska jednoduchosti zamezena rotace. Na Obr. 10 je patrna závislost tloušťky mazacího filmu na úhlu natočení vačkové hřídele, kde nulový úhel označuje styk vrcholu vačky se zdvihátkem. Z obrázku je patrno, že při natočení vačky vrcholem ke zdvihátku je tloušťka mazacího filmu minimální, ale naopak maximální tloušťka mazacího filmu je dosahována v okamžiku styku boku vačky se zdvihátkem, kdy střední rychlost povrchů dosahuje svého maxima. Dále byla zkoumána závislost tloušťky mazacího filmu v závislosti na rychlosti otáčení vačkové hřídele pro dvě odlišné míry zatížení. Výsledky jsou shrnuty na Obr. 11, kde ve většině případů je pozorována větší tloušťka mazacího filmu na boku vačky, který zajišťuje otevření ventilu.

Obr. 9 Schéma experimentální aparatury [18]

strana

18


Obr. 10 Závislost tl. filmu na úhlu natočení vačky [18]

Obr. 11 Závislost tl. filmu na rychlosti a zatížení [18]

Na tuto problematiku dále navázal Dowson a kol. [19,20], kteří se zabývali studiem výkonových ztrát na rozhraní kontaktu. Svoji práci rozdělili na dvě části a to na numerické a experimentální řešení. Numerické řešení ukazuje velikou míru shodnosti s měřením publikovaným Hamiltonem [18], kde za kritickou fázi styku kontaktů je brán vrchol vačky s plochou zdvihátka. Tento úsek provozního cyklu je se zápornou hodnotou střední rychlosti, pro kterou byla zjištěna nejmenší tloušťka mazacího filmu. Experimentální část této práce vyhodnocuje výkonové ztráty v závislosti na otáčkách vačkové hřídele za použití experimentálního zařízení zobrazeného na Obr. 12. Výsledkem obou částí práce je zjištěno, že lze pozorovat shodu s naměřenou hodnotou výkonové ztráty a také, že s rostoucími otáčkami vačkové hřídele narůstá i ztrátový výkon.

Obr. 12 Konstrukce experimentální aparatury [19]

V dalším experimentálním výzkumu navázali van Leeuwen a kolektiv [21] svoji prací, která zkoumá průběh změny tloušťky mazacího filmu a změnu teploty kontaktních ploch v průběhu celého cyklu vačky. Experimentální zařízení, které použily je zobrazeno na Obr. 13. Plocha zdvihátka byla opatřena napařenými strana

19


snímači, které sledovaly změnu pozorovaných veličin. Toto měření bylo pro zpřesnění zdvojeno, tj. byla zvlášť snímána pravá a levá část kontaktu. Z vyhodnocených výsledků změny tloušťky mazacího filmu je vidět, kde je patrná nerovnoměrnost v rozložení mazacího filmu v obou snímaných částech kontaktu. Tento jev byl autory vysvětlen jako důsledek slícování vačky a zdvihátka, který zapříčinil změnu tvaru kontaktu a též změnu rozložení zatížení. Opět zde byl pozorován největší pokles tloušťky mazacího filmu pří přechodu boku vačky na její vrchol a také, že s narůstajícím zatížením dochází už pouze ke snížení minimální tloušťky mazacího filmu.

Obr. 13 Experimentální aparatura, 1) vačkový hřídel, 2) zdvihátko, 3) hydrostatické ložisko, 4) snímač zatížení [21]

Další práce navazující na danou problematiku kontaktu vačky a zdvihátka jsou spíše zaměřeny na numerické řešení daného problému, než na úpravy experimentálních zařízení pro měření tloušťky mazacího filmu. Také byly publikovány práce, které sledovaly chování mazacího filmu pro různé tvary a drsnosti povrchu těles účastnících se daného kontaktu. [22,23,24] Všechny uvedené práce jsou zaměřeny přímo na výzkum chování maziva, ale byly publikovány i práce zabývající se návrhem vhodné experimentální aparatury, která by umožnila přímé pozorování kontaktu vačky a zdvihátka. [25] Současná měřítka ukazují, že nejvhodnější a zároveň nejrozšířenější metoda pro přímé pozorování a popis chování mazacího filmu kontaktu vačka a zdvihátko je optická interferometrie. S využitím této metody jsou kladeny na zařízení omezující podmínky. Je zde nutné nepřetržité snímání kontaktní oblasti, jejíž poloha se mění ve dvou osách, spolu s požadavkem na redukci vlivu setrvačných sil, které jsou vyvozeny např. pohybujícím se mikroskopem a vysokorychlostní kamerou. Toto vše velmi ovlivňuje samotný experiment.

strana

20


Obr. 14 Změna polohy kontaktního bodu [25]

Další práce popisuje dva konstrukční návrhy experimentální aparatury, kde se uvažují rozdíly v uložení kontaktních těles. První varianta předpokládá pouze otočné uložení vačkové hřídele. Je zde použito dvou vaček shodného tvaru, kde jedna vačka je použita jako kontaktní těleso, a druhá vačka řídí vertikální polohu vačkové hřídele viz Obr. 13. Varianta zobrazená na Obr. 15 uvažuje dvě varianty kontaktních těles. Ocelová vačka a skleněný disk, nahrazující zdvihátko, budou sloužit k pozorování změn tloušťky mazacího filmu, zatímco ocelová vačka spolu s ocelovým diskem bude sloužit k výzkumu tření a opotřebení. Nevýhoda této varianty spočívá ve velkých setrvačných silách vyvolaných vertikálním pohybem snímacího zařízení, což může zapříčinit vznik vibrací, které mohou ovlivnit průběh měření, což je nežádoucí. Další z navrhovaných variant uvažuje otočné a zároveň posuvné uložení vačkové hřídele. Snahou tohoto konceptu je zamezení pohybu kontaktní plochy ve vertikální rovině, a tím zachovat pevné uložení mikroskopu a snímací techniky. U navrženého zařízení je možné měnit materiál kontaktní plochy, to umožní studium změny mazacího filmu popř. míry opotřebení a energetických ztrát. Nevýhodou navrhovaného řešení (Obr. 16) je jiné chování mechanismu zapříčiněné změnou místa kontaktní plochy (zdvihátka), které v porovnání se spalovacím motorem je umístěna pod vačkovým hřídelem, a zároveň setrvačný pohyb ramene se závažím, které při vyšších otáčkách vačkové hřídele může měnit zatížení kontaktu.

Obr. 15 Varianta A [25]

Na výše zmíněnou experimentální aparaturu navázali Vela a kolektiv [26], kteří ji modifikovali do zařízení na Obr. 17. Práce ověřuje funkčnost navrženého konceptu experimentální aparatury spolu s měřením třecí síly. Bylo zde použito, pro měření, jako kontaktních těles excentricky uložená ocelová vačka kruhového tvaru spolu se skleněným diskem, přes který probíhalo pozorování. Pro měření třecí síly byl strana

21


skleněný disk nahrazen ocelovým, aby podmínky měření simulovaly reálný styk kontaktu vačkového mechanismu.

Obr. 16 Varianta B [25]

Z dat získaných tímto experimentálním zařízení byly stanoveny další požadavky pro úpravu stávající aparatury, jejíž hlavní předností by měla být redukce setrvačných hmot, které při vysokých otáčkách generují vibrace, jež narušují zatížení, a tím ovlivňují měření. Nová experimentální aparatura je zobrazena na Obr. 18. Omezení setrvačných hmot bylo realizováno umístěním vačkové hřídele na pákový mechanismus spolu s převodovým ústrojím. Zátěžná pružina upravuje a zároveň nahrazuje pákový mechanismus, který vyvolával nominální zatížení kontaktu. Tento nový koncept dále umožňuje měření tloušťky mazacího filmu, ale také i měření velikosti třecí síly, jak pro případ pohyblivě uloženého vačkového hřídele, tak i pro vertikální pohyb plochy simulující zdvihátko.

Obr. 17 Experimentální aparatura pro simulaci kontaktu vačky a zdvihátka [26]

strana

22


Obr. 18 Koncept nové varianty experiment. aparatury, a) celkový pohled, b) měřicí jednotka [26]

2.3 Analýza poznatků

2.3

Z výše popsaných poznatků plyne, že z důvodů zjednodušování experimentů dochází k odděleným studiím, které zkoumají chování mazacího filmu buď v závislosti na změně rychlosti, nebo na změně stykové síly a geometrie prvků účastnících se kontaktu, takže doposud snad nebyly publikovány žádné práce, které se zabývají komplexní studií kontaktu vačka-zdvihátko. Není snadné studovat tuto problematiku do hloubky, takže experimentální studie jsou nezbytné, ale velmi obtížné. Pro téma této práce je třeba neoddělovat studii a snažit se navrhnout experimentální zařízení, které bude schopné sloučit všechny jevy, které se na daném kontaktu mohou pozorovat tj. změna rychlosti, geometrie a stykové síly. V posledních letech dochází k nárůstu řešení této problematiky pouze na numerické úrovni a reálných experimentů bohužel ubývá. Studie, které popisují kontakt vačky a zdvihátka, pouze hodnotí kvalitu mazání stykových ploch a z toho vyplívající možné poškození stykových ploch z hlediska nedostatečného mazání.

strana

23

VYMEZENÍ CÍLŮ PRÁCE

3 VYMEZENÍ CÍLŮ PRÁCE Cílem bakalářské práce je návrh nové experimentální aparatury pro přímé a komplexní pozorování kontaktu vačka-zdvihátko, kde při vzájemném styku dochází ke třem jevům; změna geometrie vačky, tomu odpovídající změna obvodové rychlosti a styková síla. Z problematiky experimentálních aparatur, které jsou určeny pro přímé pozorování kontaktu, vyplívá, že největší problém je v zabezpečení nepřetržitého pozorování kontaktní plochy, která je možná optickým systémem pozorovat. Dále je třeba redukce setrvačných hmot, které ovlivňují měření a také upravují hodnotu stykové síly při vyšších otáčkách vačkové hřídele, kde by tato síla měla být v určitém rozmezí její velikosti, a také snadno regulovatelná. Je třeba provádět experimentální pokusy, za pomoci kterých bude získáno důležitých aspektů, které povedou k rozvoji konstrukčních řešení, a k možné výrobě finálních verzí experimentálních aparatur. Od těchto aparatur bude požadováno, aby byly schopné analyzovat chování styku nekonformních ploch podle přechodných podmínek. Takto získané experimentální výsledky mohou sloužit k úpravám a rozvoji teoretických a numerických modelů k vyhodnocování kontaktu mezi vačkouzdvihátkem a vyloučení možnosti vzniku pittingu a scuffingu na kontaktu.

strana

24

VARIANTY MECHANISMU

4

4 VARIANTY MECHANISMU Nejprve v této kapitole bude představena varianta, kterou v současné době není možno z konstrukčního a technologického hlediska sestavit a provozovat. Dále bude rozvedena pouze teorie u mechanické varianty, která připadá v úvahu na řešení daného problému za současných znalostí a možností pro vývoj aparatury.

4.1

4.1Využití lineárních pohonů Autor této práce zkoumal využití lineárních pohonů, které se snažil implementovat do dané problematiky. Buď šlo o umístění optické sestavy na jednoosý lineární motor Obr. 19, kdy by zdvihátko bylo pevné a vačková hřídel by se mohla pohybovat pouze ve vertikálním směru a na změnu kontaktního bodu by reagoval pohon změnou horizontální polohy optické sestavy a nebo druhá varianta, která by spočívala v umístění dvojosého lineárního motoru na pohon vačkové hřídele spolu s ní, kdy lineární motor by reagoval na změnu styčného bodu vačky se zdvihátkem v horizontálním a vertikálním směru, tj. optická sestava by byla pevná spolu se zdvihátkem a pohybovala by se pouze vačková hřídel, které by se otáčela a zároveň měnila svoji polohu ve dvou osách, aby byl zajištěn kontaktní bod stále v oblasti, kterou je schopna optická sestava obsáhnout. V současné době ještě není možné lineární pohony na tuto problematiku implementovat z důvodů nedostačujících rychlostí pohonů a jejich možných přetíženích v závislosti na změně zrychlení na vačkové hřídeli. Mezi nadějné motory pro budoucí zkoumání patří z hlediska současných parametrů lineární elektropohony, které dosahují rychlosti klidně až 20m/s a dovolují přetížení až 10G, ale jejich nevýhoda i pro budoucí zkoumání tkví ve vysoké pořizovací ceně.

Obr. 19 Lineární el. pohon – jednoosý [27]

strana

25

VARIANTY MECHANISMU

4.2 Mechanické uspořádání aparatury Pro současné řešení problému autorem je brána v úvahu pouze mechanická aparatura bez využití řízení numerickým počítačovým systémem, tj. že veškeré pohyby budou vykonávány za pomoci mechanického řešení kinematických uzlů soustavy, jelikož snad žádný jiný systém než mechanický není schopný tyto uzly včasně reakčně řešit a tak simulovat dle reálné funkčnosti. Nevýhoda mechanického uspořádání spočívá ve velkých hmotnostech a převážně složité konstrukci a z toho vyplývající omezení maximálních otáček vačkové hřídele, takže mechanická aparatura je použitelná dle konstrukce a hmotnosti prvků pouze v omezeném rozsahu zkoumaných otáček vačkové hřídele. Z toho problému je patrné, že navrhovaná soustava musí mít co nejnižší hmotnost při zachování tuhosti.

Obr. 20 Ilustrační obrázek znázorňující mechanické řešení [28]

strana

26

NÁVRH VARIANT ŘEŠENÍ A VÝBĚR OPTIMÁLNÍ VARIANTY

5

5 NÁVRH VARIANT ŘEŠENÍ A VÝBĚR OPTIMÁLNÍ VARIANTY V této kapitole bude rozvedeno možné systematické uspořádání experimentální aparatury v několika konstrukčních variantách s bližším popisem. Varianta, která přišla autorovi této práce jako nejvhodnější pro další rozvoj, bude více popsána v další kapitole.

5.1

5.1 Varianta A Při návrhu této aparatury se autor nechal inspirovat střižnými nástroji, u kterých jsou ze základní desky vertikálně umístěny vodící čepy, po kterých se pohybuje deska, ve které jsou upevněny střižné nástroje. Pro bližší představu je autorův záměr patrn na Obr. 21 a Obr. 22. Jedná se ilustrační uspořádání. U této varianty je pohyb vačky pouze omezen ve vertikální rovině a optická sestava pro pozorování by měla být umístěna pod základní deskou. Autor však tuto variantu zavrhl z důvodu, že setrvačné hmoty při vertikálním pohybu upínací desky s vačkou by byly vysoké a mohlo by zde dojít k velkým vibracím a také za vyšších otáček je předpokládán odskok vačky od zdvihátka, tj. vůbec by nedošlo k vzájemnému kontaktu. Odskok zdvihátka od vačky je problém i v reálných aplikacích ve spalovacích motorech, kdy při vysokých otáčkách už nestíhají pružiny zajistit stálý kontakt, takže u těchto vysokootáčkových motoru je využit systém desmodromického rozvodu. Na vrch posuvné desky by byla umístěna pružina, která by měla lineárním průběhem síly s možností nastavení předpětí a zároveň by byla připevněna přes rameno k upínací desce. U pozorování této varianty by byla podmínka měření na více místech a takto získaná data by sloužila ke komplexnímu vyhodnocení celé stykové plochy vačky a zdvihátka.

Obr. 21 Varianta A - 3D pohled

strana

27

NÁVRH VARIANT ŘEŠENÍ A VÝBĚR OPTIMÁLNÍ VARIANT

Obr. 22 Varianta A – řez

5.2 Varianta B U varianty B se snažil autor zamyslet nad možností, že by bylo dovoleno vačkové hřídeli při rotačním pohybu ještě možnost pohybu v horizontální a vertikální poloze, takže snaha o přesun kontaktního bodu do jedné oblasti, kterou je optický systém schopný pozorovat. Jedná se pouze o myšlenku, která je ztvárněna na schématu Obr. 23 a není zaručené, že by se jednalo vůbec o funkční sestavení.

Obr. 23 Ilustrační schéma aparatury

Na vačkové hřídeli jsou umístěny tři vačky s totožným profilem a jsou vůči sobě pokaždé pootočeny o 180°. První vačka je pouze pro zkoumání kontaktu se skleněným diskem a další dvě vačky by měly zajišťovat v horizontální ose posuv stykové oblasti do oblasti, kterou je schopen mikroskop pozorovat. Vačky jsou ve strana

28

NÁVRH VARIANT ŘEŠENÍ A VÝBĚR OPTIMÁLNÍ VARIANTY

styku s tvarovou plochou, která by přesně kopírovala křivku, kterou vytváří vačka při otáčení a posuvu v obou osách při zachování styčného bodu v pevném místě. Autor dále nerozvíjel myšlenky nad touto aparaturou, protože spatřoval velmi složité sestavení tohoto kinematického uspořádání. 5.3

5.3 Varianta C Varianta C vychází z již z realizované aparatury Obr. 18, která je modifikovaná o autorovi myšlenky, které byli získány studií problému. Modifikace stávající aparatury je ovlivněna ostatními variantami, které již byly sestrojeny. Např. z varianty na Obr. 17 byl do varianty C implementován otočný disk namísto pevného (viz Obr. 23), atd. Více v další kapitole 6, která se zaobírá konstrukcí varianty C.

Obr. 24 Znázornění pevného disku v aparatuře [26]

5.4

5.4 Závěr k variantám Pro zmírnění účinku vlivu setrvačných sil je třeba využití pákového mechanizmu, který bude zajišťovat vertikální posun vačky, protože není možné vačku zafixovat a umožnit zdvihátku a optické soustavě pohyb, protože by mohlo dojít k jejímu poškození, což je nejvýše nepřípustné. Z reálné aplikace ve spalovacím motoru má vačka i zdvihátko svoji pevnou pozici – vačka pouze rotace a zdvihátko vertikální pohyb a rotace, tj. pro pozorování je nutné, aby vačka měla umožněn pouze již zmíněný vertikální pohyb, jelikož při zavedení horizontálního pohybu vačky by docházelo k ovlivnění rychlostního profilu vačky z důvodu vzniku bočních rychlostí a také vzniku tření ve směru horizontálního pohybu, a tím ovlivnění pozorováni – získávané hodnoty. Je požadováno nasimulování reálných podmínek. Dále je nutné zajištění otáčení skleněného disku, který nahrazuje v aparatuře zdvihátko, jelikož zdvihátko se v reálném prostředí při vzájemném kontaktu vačky a zdvihátka též otáčí.

strana

29

KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ

6 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ Zvolená varianta vychází konstrukčně z již ze zmíněné experimentální aparatury [26] Obr. 25, ale autor do této varianty implementoval své představy a uplatnil získané poznatky, které modifikují tuto variantu následovně.

Obr. 25 Schéma stávající aparatury [26]

U autorem navrhnuté změny na stávající aparatuře dochází k rotaci skleněného disku nahrazující zdvihátko jako u aparatury Obr. 17. Takže na měřící jednotku na Obr. 18 byl navíc připevněn servomotor, který otáčí skleněným diskem Obr. 26. Měřící čidla, pro zjištění namáhání skleněného disku, byla zachována.

Obr. 26 Měřící jednotka se servomotorem

strana

30


Ke stavitelné pružině vyvíjející přítlačnou sílu je paralelně připojen vzduchový tlumič, který by měl omezit odskakování vačky a kompenzaci případných vibrací, které budou vznikat při vyšších otáčkách vačkové hřídele. Píst bude „natlakován“ dle provozních podmínek, za kterých bude prováděno pozorování.

Obr. 27 Dvojčinný pneumatický píst [29]

Zjednodušení pákového mechanismu a převodovky by spočívalo v umístění převodovky přímo na pákový mechanismus, kde na druhé straně umístěné závaží, které by pákový mechanismus dávalo do statické rovnováhy. Autor doufá, že tímto krokem by došlo ke snížení setrvačných sil. Obr. 28 schematicky značí požadované řešení.

=kroutící moment

Obr. 28 Schematické řešení pákového mechanismu strana

31


Aparatura, která byla předlohou pro následnou úpravu, umožňuje pozorování mazacího filmu kontaktu vačky a zdvihátka v závislosti na zatížení a tvaru vačky. Třecí sílu je možno měřit za pomoci vloženého členu mezi převodovkou a hřídelovou spojkou na motoru, která zaznamenává odpor točících se částí soustavy. Vliv geometrie a rychlosti se projeví na měřícím členu, který je vespod osazen měřícími čidly, a kde probíhá reálný kontakt vačky a otáčejícího se disku nahrazujícího zdvihátko viz Obr. 26.

strana

32

STRUČNÝ ROZBOR ŘEŠENÍ

7

7 STRUČNÝ ROZBOR ŘEŠENÍ 7.1 Konstrukční rozbor U zvolené konstrukční varianty bylo vycházeno ze stávající experimentální aparatury [26], takže došlo pouze k úpravám, které byly podloženy dle zjištěných poznatků obsažených v této práci a autorových myšlenek. Důraz byl kladen na jednoduchost návrhu, který bude podkladem pro výrobu a sestrojení aparatury. Byla snaha o využívání co nejvíce normalizovaných součástí, které jsou dostupné na trhu. Na aparatuře je využito jak ocelí, hliníkových slitin tak i plastů a dalších materiálů, které redukují hmotnost celé soustavy a zároveň u pohyblivých dílců snižují setrvačné hmoty v rámci zachování tuhosti celé soustavy.

7.2 Technologický rozbor Díky důrazu, který byl kladen na jednoduchost návrhu, vede technologický postup výroby k obrábění na numericky řízených strojích, konvenčních strojích a ručních nástrojích. Toto vede k jednoduchým technologickým krokům ve výrobě a s tím i spojené snížení výrobní ceny aparatury.

7.3 Ekonomický rozbor Jelikož všechny dílce jsou navrhovány jednoduše, tak i jejich výroba vede k časově méně náročným technologickým krokům pro získání požadovaných tvarů atd. Normalizované součásti, kterých bylo použito při konstrukci, jsou vyráběny ve velkých sériích, takže je zbytečné zabývat se i jejich vývojem a konstrukcí, což by vedlo k navýšení nákladů spojených se sestrojením experimentální aparatury. Mezi tyto dílce patří; motor, hřídelová spojka, spojovací materiál, optická soustava a další.

strana

33

ZÁVĚR

8 ZÁVĚR Tato bakalářská práce se zabývá návrhem experimentální aparatury pro přímé pozorování kontaktu vačky a zdvihátka. Práce shrnuje stěžejní experimenty celosvětově provedené a z nich jsou vyvozeny závěry, kde se nechal autor inspirovat pro modifikaci jednoho stávajícího zařízení. Autorem byly navrhnuty i jiné varianty řešení, ale byly zavrhnuty díky získaným poznatkům ze studia dané problematiky. U navrhnuté aparatury se předpokládá, že z hlediska modifikací, které na ni byly aplikovány, že dojde k zpřesnění získávaných hodnot, tj. reálnější podmínky simulace a tím lepší vyhodnocování pozorování. Autorem bylo vysloveno přání, že by byl rád, kdyby někdo navázal na jeho konstrukční návrh s cílem experimentální aparaturu vyrobit, sestavit a reálně ji aplikovat v praxi. Cílem bakalářské práce bylo navrhnout konstrukční řešení simulátoru kontaktu vačky a zdvihátka, jako typického představitele kontaktu s proměnnou geometrií a zatížením. Pro podrobný vývoj a detailní propracování konstrukce aparatury by bylo potřeba delší časový úsek, kdy by došlo i k reálné výrobě aparatury a jejímu následnému odzkoušení a vyhodnocení, zdali je toto uspořádání funkční a případně vyvodit další závěry v zkoumání problematiky mazání kontaktu vačky a zdvihátka.

strana

34

SOUHRNNÁ BIBLIOGRAFIE

9 SOUHRNNÁ BIBLIOGRAFIE

9

[1] Per Lindholm, Stefan Björklund, Miguel Calvo Cortes, Characterisation of wear on a cam follower system in a diesel engine, Machine Elements, Department of Machine Design, Royal Institute of Technology, KTH, S-100 44 Stockholm, Sweden, 2003. [2] VUT v Brně, Ústav Konstruování., Kristýna Greplová, Semestrální práce – Tribologie, akademický rok 2007/2008, 2008. [3] Tribologie [online], poslední aktualizace 18. července 2007 20:50 [cit. 24. 5. 2012], Wikipedie. Dostupné z WWW: . [4] SHIGLEY, J. E. - MISCHKE, C. R. - BUDYNAS, R. G. Mechanical Engineering Design, 7th edition 2004, z angl. originálu přel. HARTL, M. Horníková, J. - CHLUP, Z. první vydání, 2010 1160 s. ISBN 978-80-214-2629-0. [5] VUT v Brně, Ústav Konstruování. přednáška 4, Tření, mazání, opotřebení, [online] URL:< http://old.uk.fme.vutbr.cz/kestazeni/5CK/prednasky/prednaska4.pdf>. [6] DE VICENTE, J. – STOKES, J. R. - SPIKES, H. A. Rolling and Sliding friction in compliant, lubricated contact [online] 2006, URL: . [7] VUT v Brně, Ústav Konstruování. přednáška 1, Prezentace předmětu Tribologie, [online] URL:. [8] Castrol Česká republika, Proč olej potřebuje být silný, [online] URL:< http://www.castrol.com/castrol/bodycopyarticle.do?categoryId=9038396&conte ntId=7071197>. [9] Ing. Jiří Čumpelík, Praktická dílna – Spalovací motory III., září 2005, AutoEXPERT. [10] Schaeffler CZ s.r.o., Komponenty s hydraulickým vyrovnáním vůle ventilu, [online] URL:. [11] Schaeffler CZ s.r.o., Komponenty s mechanickým nastavením vůle ventilu, [online] URL:. [12] R. C. Coy, Practical applications of lubrication models in engines, Shell Research Ltd., Thornton Research Centre, P.O. Box 1, Chester CH1 3SH, UK, 1999. [13] Y. P. Chiu, Lubrication and Slippage in Roller Finger Follower Systems in Engine Valve Trains, The Torrington Company, Torrington, CT 06790, 1992. [14] M. J. Neale, Tribology handbook (second edition), Butterworth-Heinemann, Linacre House, Jordan Hill, Osford OX2 8DP, 2001. [15] Nagaraj Nayaka, P.A. Lakshminarayanan, M. K.Gajendra Babu , A. D. Dani, Predictions of cam follower wear in diesel engines, Wear 260 (2006).

strana

35

SOUHRNNÁ BIBLIOGRAFIE

[16] VUT v Brně, Ústav Konstruování. přednáška 6, Prezentace mechaniky, [online] URL:< http://old.uk.fme.vutbr.cz/kestazeni/6C3/prednasky/prednaska6_6km.pdf>. [17] FEL ČVUT Praha, Pavel Kubeš, Impulsní silnoproudé výboje a jejich diagnostika, 2004. [18] HAMILTON, G.M. The hydrodynamics of a cam follower. Tribology International. 1980, vol. 13, no. 3, s. 113-119. ISSN 0301-679X. [19] DOWSON, D.; HARRISON, P.; TAYLOR, C.M. The lubrication of automotive cams and followers. In Proc. 12th Leeds-Lyon Symposium on Tribology. Oxford: Butterworths, 1986. s. 305-322. [20] DOWSON, D., et al. Experimental observation of lubricant film state between a cam and bucket follower using the electrical resistivity technique. In Proceedings of the Japan international tribology conference. [s.l.] : [s.n.], 1990. s. 119-124. [21] VAN LEEUWEN, H.; MEIJER, H.; SCHOUTEN, M. Elastohydrodynamic film thickness and temperature measurements in dynamically loaded concentrated contacts: eccentric cam-flat follower. In Proc. 13th Leeds-Lyon Symposium on Tribology. Amsterdam: Elsevier, 1987. s. 611-628. [22] JANG, S.; PARK, K. Dynamic EHL film thickness in cam and follower contacts of various valve lifts. Society of Automotive Engineers. 2000, no. 109, s. 914-921. [23] PRIEST, M.; TAYLOR, C.M. Automobile engine tribology – approaching the surface. Wear. 2000, vol. 241, no. 2, s. 193-203. ISSN 0043-1648. [24] ONESCU, C.; GRIGORE, J.C.; STANESCU, N.D. The influence of cam profile deviations on tribologic parameters for the cam-follower coupler with flat disc from thermal engine. In The 12th IFToMM World Congress. Besancon : [s.n.], 2007. s. 101-104. [25] CIULLI, E.; PICCIGALLO, B.; VELA, D. Experimental study of engine camfollowers. In Proceedings of the XIX Congresso AIMETA. Ancona : [s.n.], 2009. s. 14-17. [26] VELA, D., et al. Investigation on cam-follower lubricated contacts. In Proceedings of the Institution fo Mechanical Engineers Part J: Journal of Engineering Tribology. Suffolk, England: Professional Engineering Publishing LTD, 2011. s.379-392. ISSN 1350-6501. [27] Lineární pohony [online], poslední aktualizace 19. srpna 2008 [cit. 24. 5. 2012], Pavel Lasák. URL:. [28] Valvetronic [online], [cit. 24. 5. 2012], Jan Sajdl. URL:. [29] Dvojčinný píst [online], [cit. 24. 5. 2012], FLUID Technik bohemia. URL:< http://www.fluidbohemia.cz/index.php?&desktop_back=clanky&action_back=v iew&id_back=159&desktop=foto&action=img_detail&id=418&db=clanky>.

strana

36

SEZNAM OBRÁZKŮ

SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Proudění maziva jako pohyb vrstev [4] ........................................................... 11 Obr. 2 Stribeckova křivka [5] ..................................................................................... 12 Obr. 3 Elastohydrodynamické mazání [5] .................................................................. 13 Obr. 4 Konformní a nekonformní povrchy [7] ........................................................... 14 Obr. 5 Harmonická vačka - dráhy vaček (B) představují ..výseče kružnic (r= poloměr kružnice) [9]…………………………………................................................ 15 Obr. 6 Tangenciální vačka s unášecím vahadlem vačkové dráhy (F) jsou tečnami [9] . ........................................................................................................................ 16 Obr. 7 Zdvih vačky v závislosti na úhlu otočení klikové hřídele. Znázorněn je zdvih harmonické vačky (vačka tvořená výsečemi kružnic se zakřivenou drahou vačky a plochým zdvihátkem) [9] .................................................................. 16 Obr. 8 Standardní hrníčkové zdvihátko [10] .............................................................. 17 Obr. 9 Schéma experimentální aparatury [18]............................................................ 18 Obr. 10 Závislost tl. filmu na úhlu natočení vačky [18] ............................................. 19 Obr. 11 Závislost tl. filmu na rychlosti a zatížení [18] ............................................... 19 Obr. 12 Konstrukce experimentální aparatury [19] .................................................... 19 Obr. 13 Experimentální aparatura, 1) vačkový hřídel, 2) zdvihátko, 3) hydrostatické ložisko, 4) snímač zatížení [21] .................................................................... 20 Obr. 14 Změna polohy kontaktního bodu [25] ........................................................... 21 Obr. 15 Varianta A [25].............................................................................................. 21 Obr. 16 Varianta B [25] .............................................................................................. 22 Obr. 17 Experimentální aparatura pro simulaci kontaktu vačky a zdvihátka [26] ..... 22 Obr. 18 Koncept nové varianty experiment. aparatury, a) celkový pohled, b) měřicí jednotka [26]................................................................................................. 23 Obr. 19 Lineární el. pohon – jednoosý [27] ............................................................... 25 Obr. 20 Ilustrační obrázek znázorňující mechanické řešení [28] ............................... 26 Obr. 21 Varianta A - 3D pohled ................................................................................. 27 Obr. 22 Varianta A – řez ............................................................................................ 28 Obr. 23 Ilustrační schéma aparatury ........................................................................... 28 Obr. 24 Znázornění pevného disku v aparatuře [26] .................................................. 29 Obr. 25 Schéma stávající aparatury [26] .................................................................... 30 Obr. 26 Měřící jednotka se servomotorem ................................................................. 30 Obr. 27 Dvojčinný pneumatický píst [29] .................................................................. 31 Obr. 28 Schematické řešení pákového mechanismu .................................................. 31

strana

37

SEZNAM ZKRATEK

SEZNAM ZKRATEK τ [MPa] Ft [N] S [m2] η [Pa · s] v [m2 · s_1] p [kg · m-3] u [mm · s-1] h [mm] Rb [mm] y [mm] Rc [mm] ω [rad · s-1] W [N] b [mm] K [-] fmax [N · mm2]

strana

38

- tečné napětí - tečná síla - plocha - dynamická viskozita - kinematická viskozita - hustota - unášivá rychlost - tloušťka mazacího filmu - poloměr základní kružnice - poloměr vačky - rádius vačky v místě kontaktu - úhlová rychlost vačky - zatížení mezi vačkou a zdvihátkem - šířka vačky - koeficient tření - vrchol Hertzova tlaku v posuzovaném bodě

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE

Recommend Documents