Dlaczego wybór napędu układu rozrządu jest kluczowy dla trwałości silnika?
Aktualnie toczy się szeroka dyskusja, wykorzystująca badania naukowe, na temat stosowania pasów zębatych i łańcuchów w silnikach spalinowych. Głównym parametrem decydującym o wyborze rodzaju przeniesienia napędu układu rozrządu jest jego trwałość i niezawodność. Na podstawie badań wstępnych w niniejszym opracowaniu przedstawiono wpływ wybranych czynników na trwałość pasów zębatych stosowanych w układach rozrządu silników spalinowych.
Dlaczego okresowa wymiana pasa zębatego ma znaczenie?
Okresową wymianę pasa zębatego napędu rozrządu przeprowadza się, wykorzystując kryterium nie przekroczenia dopuszczalnej, granicznej wartości błędu podziałki zębów pasa, co związane jest z wydłużeniem pasa na skutek przebiegających w jego materiale procesów reologicznych.
Oprócz przekroczenia dopuszczalnej wartości błędu podziałki zębów pasa związanego z jego wydłużeniem może dojść do naruszenia sprzężenia kształtowego przekładni na skutek zniszczenia elementów pasa zębatego.
Najczęstsze przyczyny awarii pasów zębatych:
– cierne zużycie boków zębów – powstaje przez tarcie podczas pracy,
– zmęczeniowe pękanie zębów pasa u podstawy – cykliczne obciążenia stale oddziałujące na te same elementy,
Oba te mechanizmy prowadzą do naruszenia sprzężenia kształtowego przekładni cięgnowej, co w konsekwencji może spowodować uszkodzenia elementów silnika: zaworów, dźwigni zaworowych, a nawet układu korbowo-tłokowego.
Inne mechanizmy zniszczenia pasa napędu rozrządu to:
– zerwanie – wynikają z błędów montażowych lub eksploatacyjnych
– rozwarstwienie pasa – błędami wykonawczymi lub pracą przekładni zanieczyszczonej olejem silnikowym lub płynem chłodzącym.
Jak uniknąć kosztownych napraw i zapewnić bezpieczeństwo?
Ignorowanie tych procesów może skutkować poważnymi uszkodzeniami silnika, takimi jak awarie zaworów czy układu korbowo-tłokowego. Analiza zjawisk trybologicznych w przekładni napędu rozrządu pozwala na określenie granicznych wartości zużycia pasów, jest to ważne ze względu na duże koszty ewentualnej naprawy silnika.
Dbanie o prawidłowe sprzężenie przekładni nie tylko minimalizuje ryzyko awarii, ale również zwiększa bezpieczeństwo podczas jazdy. Przeskok osłabionych zębów pasa zębatego może spowodować gwałtowne zablokowanie silnika skutkujące w skrajnych przypadkach zablokowaniem kół samochodu i wpadnięciem pojazdu w poślizg.
Czy wiesz, że…?
Zmęczenie materiału występuje na skutek oddziaływania powtarzających się cyklicznie obciążeń. W przypadku napędu rozrządu silnika spalinowego mamy do czynienia z takimi cyklicznymi obciążeniami. Najbardziej niekorzystny przypadek wystąpi wtedy, gdy powtarzające się cyklicznie maksima obciążeń będą trafiały stale na te same zęby pasa.
Analizie poddany został szeroki zakres najczęściej stosowanych do napędu układu rozrządu pasów zębatych o liczbie zębów od 57 do 269 i małych kół rozrządu o liczbie zębów od 19 do 26, gdyż mniejszych się nie stosuje ze względu na zbyt małą średnicę (w porównaniu ze średnicą wału korbowego), a górne ograniczenie wynika z faktu, że duże koło rozrządu (o dwa razy większej liczbie zębów) zajmowałoby zbyt dużo miejsca w komorze silnika.
W sumie analizie poddano 1728 kombinacji kół i pasów zębatych, wytypowano najbardziej niekorzystne (takie, gdy powtórzenie zazębienia na dużym kole rozrządu występuje co 1 lub 2 obiegi pasa zębatego) kombinacje kół i pasów zębatych rozrządu. Analiza wykazała ponadto, że najkorzystniejsza możliwa kombinacja zapewnia powtarzalność zazębienia po liczbie obiegów pasa równej liczbie zębów rozważanego koła.
Rozważenie wszystkich kombinacji prowadzi do wniosku, że pewne liczby zębów kół rozrządu należałoby szczególnie zalecić ze względu na bardzo szeroki zakres możliwych do zastosowania pasów zębatych zapewniających małą powtarzalność zazębienia. Daje to duże możliwości unifikacji kół rozrządu do różnych silników lub możliwość wprowadzania napędu dłuższym pasem zębatym dodatkowych urządzeń bez obawy o powtarzalność zazębienia. Kombinacje takie jak 23-46 i 19-38 zapewniają minimalną powtarzalność zazębienia, co przekłada się na większą trwałość i elastyczność zastosowań.
Łukasz Kowalski – PSF
