Korbowód: Jaka jest jego funkcja?
Korbowód jest częścią mechaniczną, która łączy tłok z wałem korbowym i zapewnia przenoszenie sił między tłokami a wałem korbowym. Jedna część korbowodu jest przymocowana do tłoka, a druga do wału korbowego.
Ten artykuł rzuci światło na działanie korbowodu i możliwe usterki. Dodatkowo pokrótce omówimy jego budowę oraz wymienimy najczęstsze problemy z korbowodami i ich rozwiązania.
Inhaltsverzeichnis
Funkcje korbowodu
Korbowód jest niezbędnym elementem każdego silnika. Jego podstawową funkcją jest połączenie tłoka z wałem korbowym i przeniesienie ruchu tłoka na wał korbowy, który ostatecznie napędza silnik i generuje moc.
Wał korbowy: Do czego służy i jakie siły musi wytrzymać?
Oprócz przenoszenia ruchu korbowód podtrzymuje ciężar tłoka i inne obciążenia. Jest to funkcja krytyczna, ponieważ korbowód musi być wystarczająco wytrzymały, aby wytrzymać ciśnienie gazów spalinowych w cylindrze, które może być znaczne.
Tłoki silnika: Jak działają?
Inną krytyczną funkcją korbowodu jest umożliwienie swobodnego ruchu tłoka w cylindrze. Korbowód musi poruszać się płynnie i bez przeszkód, ponieważ jakikolwiek opór lub zakłócenie może spowodować nieprawidłowe działanie lub nawet awarię silnika.
Korbowody są jedną z najbardziej obciążonych części silnika i muszą pochłaniać siły generowane przez tłoki, gdy poruszają się one w górę iw dół. Siły te obejmują ciśnienie gazów spalinowych i uderzenie tłoka w głowicę cylindrów.
Korbowód musi wytrzymać następujące warunki:
Wysokie temperatury
Wysokie ciśnienie
Siły bezwładności własnego ciężaru
Siły bezwładności tłoków
Korbowód musi wytrzymać te siły bez pękania lub deformacji. Z tego powodu najczęściej wykonuje się je ze stali kutej lub bardzo wytrzymałych, a jednocześnie lekkich stopów. Jednak materiały, z których wykonane są korbowody, różnią się w zależności od typu silnika.
Materiał korbowodu
Korbowody muszą wykazywać duże opory pracy, ponieważ w czasie eksploatacji silnika spalinowego wykonują od kilkudziesięciu do kilkuset milionów skoków. Jednak żywotność korbowodów stosowanych w sportach motorowych nie jest priorytetem.
Różne materiały oferują unikalne właściwości, dzięki którym nadają się do różnych zastosowań. Trzy popularne materiały na korbowody to stal, aluminium i tytan.
Stal jest popularnym materiałem na korbowody ze względu na swoją wytrzymałość i trwałość. Może wytrzymać duże naprężenia i siły podczas pracy silnika i jest powszechnie stosowany w silnikach o wysokich osiągach i ciężkich obciążeniach.
Aluminium to lekki materiał o dobrej przewodności cieplnej. Może szybko rozpraszać ciepło i zmniejszać ryzyko uszkodzenia silnika w wyniku przegrzania. Aluminiowe korbowody są często stosowane w silnikach wysokoobrotowych, w których priorytetem jest redukcja masy.
Tytan to solidny i lekki materiał, co czyni go idealnym wyborem do zastosowań wymagających wysokiej wydajności i wyścigów. Jednak tytan jest również drogi, co czyni go mniej powszechnym w silnikach produkowanych masowo.
Korbowody używane w sportach motorowych są wykonane ze stopu aluminium lub tytanu. Zaletą korbowodów wykonanych ze stopu aluminium jest ich mniejsza masa, dzięki czemu zmniejszają się siły bezwładności, a co za tym idzie możliwe jest osiąganie wyższych prędkości obrotowych silnika.
Wadą jest krótka żywotność takich korbowodów. Stopy tytanu są solidne i lekkie, ale materiał ten jest kosztowny i wrażliwy na uszkodzenia powierzchni.
Części korbowodu
Poniższy rysunek przedstawia budowę korbowodu, ale zawiera również tłok. Jednak tłok nie jest częścią korbowodu, więc pomyśl o konstrukcji korbowodu bez tłoka.
1. Korpus korbowodu
Główną częścią korbowodu jest korpus korbowodu, zwykle wykonany z solidnej i trwałej stali. Ma cylindryczny kształt z zaokrąglonymi końcami i jest specjalnie zaprojektowany, aby wytrzymać naprężenia i siły występujące podczas pracy silnika.
2. Dwa końce - duży i mały koniec
Korbowód ma dwa końce: duży i mały. Duży koniec to większy i zaokrąglony koniec, który mocuje się do wału korbowego, podczas gdy mały koniec to mniejszy i zaokrąglony koniec, który mocuje się do tłoka. Korpus pręta łączy duży i mały koniec i jest zaprojektowany do obracania się i obracania względem siebie.
3. Nadgarstek/sworzeń tłoka
Sworzeń nadgarstka to mały cylindryczny element, który jest mocowany do tłoka i rozciąga się do małego końca korbowodu. Sworzeń nadgarstka pozwala korbowodowi obracać się i obracać względem tłoka podczas obracania się wału korbowego.
4. Sworzeń korby
Sworzeń korbowy to cylindryczny element, który jest mocowany do wału korbowego i wystaje do dużego końca korbowodu. Sworzeń korbowy pozwala korbowodowi obracać się i obracać względem wału korbowego, gdy tłok porusza się w górę iw dół w cylindrze.
5. Wkładki łożyskowe
Korbowody mają zwykle łożyska zarówno na dużym, jak i na małym końcu, aby umożliwić płynne obracanie i obracanie. Łożyska te mogą być wykonane z brązu lub polimerów syntetycznych o niskim współczynniku tarcia.
6. Śruby i nakrętki
Korbowody są często trzymane razem za pomocą śrub i nakrętek, co ułatwia ich demontaż i ponowny montaż w celu konserwacji lub naprawy. Te śruby i nakrętki mogą być wykonane z różnych materiałów, takich jak stal lub stop.
Rodzaje korbowodu
Zwykłe korbowody
Korbowody wideł i ostrzy
Kute korbowody
Korbowód główny i podrzędny
Odlewane korbowody
Korbowód kęsów
Zasilane metalowe korbowody
1. Korbowody typu zwykłego
Zwykłe korbowody są powszechnie stosowane w silnikach rzędowych i przeciwstawnych. Mają prostą konstrukcję z dużym końcem przymocowanym do czopa korbowego i wyposażonym w pokrywę łożyska.
Pokrywa łożyska jest montowana za pomocą śruby lub kołka na końcu korbowodu. Wymiana korbowodu w tym samym cylindrze i we względnym położeniu jest niezbędna do zachowania odpowiedniego dopasowania i wyważenia.
2. Korbowód widelca i ostrza
Silniki motocyklowe V-twin i silniki lotnicze V12 powszechnie wykorzystują korbowody wideł i łopatek. Każda para cylindrów silnika ma rozwidlony pręt podzielony na dwie części na dużym końcu, a pręt ostrza jest zwężony, aby pasował do tej szczeliny w widelcu.
Ta konstrukcja eliminuje kołyszącą się parę, która występuje, gdy pary cylindrów są wyważone wraz z wałem korbowym. W układzie łożysk typu big-end drążek widelca ma pojedynczą szeroką tuleję łożyskową, która rozciąga się na całej szerokości drążka, łącznie ze środkową szczeliną.
Pręt ostrza biegnie na zewnątrz tej tulei, a nie na czop korbowy. Powoduje to, że dwa pręty poruszają się tam iz powrotem, zmniejszając siłę działającą na łożysko i prędkość powierzchniową. Mimo to prędkość łożyska porusza się ruchem posuwisto-zwrotnym zamiast ciągłego obracania się, co może stanowić poważny problem dla smarowania.
3. Kute korbowody
Niektóre korbowody są wytwarzane przez kucie, w którym ziarno materiału jest wtłaczane w pożądany kształt. Materiałem może być stop stali lub aluminium, w zależności od wymaganych właściwości.
Powszechnie stosuje się stal stopową chromowaną i niklową, zwiększającą wytrzymałość korbowodu. Produkt końcowy nie jest kruchy, co czyni go trwałą opcją silnika.
4. Korbowody nadrzędne i podrzędne
Silniki promieniowe zwykle wykorzystują korbowody typu master-and-slave. W tym układzie jeden tłok składa się z korbowodu bezpośrednio połączonego z wałem korbowym, podczas gdy inne tłoki łączą swoje korbowody z pierścieniami otaczającymi krawędź korbowodu.
Jednak wadą korbowodów głównych i podrzędnych jest to, że skok tłoka podrzędnego jest nieco większy niż skok tłoka głównego, co zwiększa wibracje w silniku typu V.
5. Odlewane korbowody
Producenci preferują odlewane pręty, ponieważ mogą wytrzymać obciążenie podstawowego silnika. Wymagają niskich kosztów produkcji i nie mogą być stosowane w zastosowaniach o dużej mocy. Wędki odlewane mają zauważalny szew na środku, który odróżnia je od kutego.
6. Korbowód kęsów
Korbowody kęsów są projektowane ze stali lub aluminium. W porównaniu z innymi korbowodami są lżejsze, mocniejsze i mają dłuższą żywotność. Są powszechnie stosowane w pojazdach szybkobieżnych i czasami są projektowane w celu zmniejszenia naprężeń pionowych i łatwego wnikania w naturalne ziarno materiału kęsów.
7. Zasilane metalowe korbowody
Korbowody wykonane z metalu energetycznego to odpowiedni wybór dla producentów. Mieszanka proszku metalu jest wciskana do formy i podgrzewana do wysokiej temperatury, aby uzyskać stałą formę.
Produkt może wymagać lekkiej obróbki, ale wychodzi z formy gotowego produktu. Korbowody ze sproszkowanego metalu są tańsze niż stalowe i mocniejsze niż korbowody odlewane.
Wady korbowodów
Jedną z najczęstszych wad korbowodu jest zmęczenie. Dzieje się tak z powodu ciągłego ściskania i rozciągania pręta podczas pracy silnika, co ostatecznie powoduje zużycie, aż do pęknięcia pręta. Brak oleju silnikowego i brud w silniku również mogą pogorszyć ten problem.
Klasyfikacja olejów silnikowych — Co warto o nich wiedzieć?
Hydrolock jest drugą możliwą usterką i pojawia się, gdy woda dostaje się do komory tłoka i powoduje odkształcenie korbowodu. Może się to zdarzyć, gdy pojazdy przejeżdżają przez zalane drogi. Jeśli do cylindra dostanie się zbyt dużo wody, iskra może spowodować przechylenie lub pęknięcie tłoczyska, powodując znaczne uszkodzenia.
Nadmierne obroty to inny rodzaj usterki, który pojawia się, gdy obrotomierz wyświetla czerwony kolor, wskazując, że pozycja korbowodu jest zagrożona — siły, które musi wytrzymać korbowód, dramatycznie rosną przy wyższych obrotach, co może prowadzić do awarii.
Wreszcie awaria sworznia może również spowodować katastrofalną awarię silnika. Kiedy sworzeń tłokowy jest uszkodzony, korbowód wsuwa się do bloku silnika. Może to spowodować znaczną utratę mocy i natychmiastowe zatrzymanie silnika. Silnik może czasem przetrwać, ale możliwa jest też całkowita awaria.