document [] - Vysoké učení technické v Brně

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
DEFINICE ZÁKLADNÍCH POJMŮ
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
DEFINICE ZÁKLADNÍCH POJMŮ
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
DEFINICE ZÁKLADNÍCH POJMŮ
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
DEFINICE ZÁKLADNÍCH POJMŮ
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
DEFINICE ZÁKLADNÍCH POJMŮ
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
DEFINICE ZÁKLADNÍCH POJMŮ

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
PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU POZNÁNÍ
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
PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU POZNÁNÍ
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
PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU POZNÁNÍ
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
PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU POZNÁNÍ
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
PŘEHLED SOUČASNÉHO STAVU POZNÁNÍ
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
KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ
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
KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ
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:
<http://cs.wikipedia.org/wiki/Tribologie>.
[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:
<http://pij.sagepub.com/content/220/2/55.refs?patientinforminks=yes&legid=sppij;220/2/55>.
[7] VUT v Brně, Ústav Konstruování. přednáška 1, Prezentace předmětu
Tribologie, [online]
URL:<http://old.uk.fme.vutbr.cz/index5a8c.html?akce=3&sekce=vyuka&ln=cs
&zobraz_predmet=175>.
[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:<http://fagtest.ina.com/content.schaeffler.cz/cs/branches/automotive/engin
e_systems/product_range/mot3200/mot3210/mot3210.jsp>.
[11] Schaeffler CZ s.r.o., Komponenty s mechanickým nastavením vůle ventilu,
[online]
URL:<http://fagtest.ina.com/content.schaeffler.cz/cs/branches/automotive/engin
e_systems/product_range/mot3200/mot3220/mot3220.jsp>.
[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:<http://pavel.lasakovi.com/projekty/elektrotechnika/linearnipohony/>.
[28] Valvetronic [online], [cit. 24. 5. 2012], Jan Sajdl.
URL:<http://cs.autolexicon.net/articles/valvetronic/>.
[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