Ispitivanje na komponentama motora
Komponente motora sa sagorevanjem, kao što su klipnjače, radilice, ventili i bregaste osovine, izložene su ekstremnim mehaničkim i termičkim naprezanjima i moraju ispunjavati najviše zahteve kvaliteta. Pouzdano ispitivanje materijala i komponenti je stoga ključno za obezbeđivanje bezbednosti, efikasnosti i dugovečnosti modernih motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Bilo da se radi o statičkim, dinamičkim ispitivanjima, ispitivanjima torzije ili ispitivanjima tvrdoće: precizna tehnologija ispitivanja vam omogućava da osigurate dugoročni kvalitet vaših komponenti.
Saznajte više o ispitivanju
Klipnjače Radilice Ventili Bloka motora Lanci Bregaste osovine Projekti kupaca Preuzimanja
Ispitivanje klipnjači
Klipnjača je ključni element svih motora sa unutrašnjim sagorevanjem, povezujući klip i radilicu. Zajedno sa radilicom, pretvara linearno kretanje u rotaciono kretanje. Klipnjača se sastoji od glave klipnjače (manjeg kraja), vratila klipnjače i podnožja klipnjače (glavnog kraja). Radi lakše montaže, stopalo klipnjače se obično sastoji od dva dela koja su spojena zavrtnjima za klipnjače.
Klipnjače koje se koriste u modernim motorima putničkih automobila i kamiona obično su napravljene od čelika ili sinterovanih metala. Međutim, čini se da postoji i trend upotrebe lakših i čvršćih legura za klipnjače. U slučaju visokoperformansnih motora, tj. trkačkih motora, koriste se i klipnjače napravljene od drugih materijala kao što su legure aluminijuma ili titanijuma. Manje klipnjače, koje se koriste, na primer, za motorne skutere, često su i dalje napravljene od livenog gvožđa.
Dok motor radi, klipnjače su izložene visokim cikličnim opterećenjima, uglavnom u smislu aksijalnih opterećenja i naprezanja na savijanje. Aksijalna opterećenja se sastoje od visokih kompresivnih opterećenja od sagorevanja i niskih zateznih opterećenja od inercije. Fleksurna naprezanja su uglavnom uzrokovana centrifugalnom silom.
Radi kontrole kvaliteta, klipnjače se ispituju na zamornu čvrstoću kako bi se predvideo procenjeni vek trajanja. Kolektivno opterećenje koje deluje na klipnjače zahteva dizajn (uključujući i korišćene materijale) koji zadovoljava zahteve koji se na njega postavljaju. Granica zamora klipnjači se pretpostavlja da je približno N = 5 x 106 ciklusa. Klipnjača se može podeliti na tri područja opterećenja. Oba oka moraju se ispitivati u realnim uslovima, odnosno sa zazorom i u temperaturnom opsegu od 90 – 120 °C, okruženim uljem.
Preferirano rešenje za ispitivanje klipnjači je Vibrofor – naša mašina za rezonantno ispitivanje. Vibrofori su poznati po niskoj potrošnji energije pri visokim frekvencijama ispitivanja i stoga su poželjniji u odnosu na servohidraulične mašine za ispitivanje. ZwickRoell je razvio najsavremenije rešenje za stezanje, koje omogućava ispitivanje klipnjača različitih veličina bez potrebe za promenom uređaja za stezanje. Korišćenjem odgovarajućih ispitnih vijaka, klipnjače sa različitim prečnicima vijaka i radilice mogu se ispitati pomoću istog steznog uređaja. Stezni uređaj je dizajniran tako da se stezanje automatski poravnava prema stvarnim uslovima instalacije.
Ispitivanje klipnjača u uljnom okruženju
Da bi se ispitivanja izvršila pod što realnijim uslovima rada, motorno ulje se može utisnuti u ležajeve pod pritiskom, kako bi se dobio konstantan film ulja za podmazivanje između ležaja i vijka. Opciono, ovo ulje za podmazivanje može se hladiti ili zagrejati po potrebi. Zaštitni uređaj štiti okolinu od uljne magle koja može da izađe iz područja ispitivanja, a istovremeno omogućava nesmetan pogled na uzorak. U zavisnosti od okruženja instalacije, može se integrisati i separator uljne magle kako bi se vazduh oko mašine za ispitivanje održavao čistim.
Dostižne frekvencije ispitivanja kreću se u opsegu od 70–120 Hz, u zavisnosti od klipnjače. Dostupni rezultati ispitivanja uključuju primenjenu silu, učestalost ispitivanja i broj ciklusa naprezanja. Na osnovu principa rada elektromagnetnog vibrofora, dinamičke performanse se smanjuju u prisustvu zazora ili upotrebe ulja tokom ispitivanja. Ovo se mora uzeti u obzir prilikom dimenzionisanja mašine za ispitivanje.
Pošto se ispitivanje odvija u rezonantnom opsegu (mašine), Vibrofor može da detektuje pukotine u razvoju uzorka u ranoj fazi uz minimalne promene u frekvenciji ispitivanja.
Ispitivanje radilice
Radilica je centralna komponenta motora sa unutrašnjim sagorevanjem koja pretvara oscilaciono kretanje klipova u rotaciono kretanje. Da bi izdržale ekstremna mehanička i termička opterećenja, radilice se obično prave od čelika ili livenog gvožđa. Njihov kvalitet značajno utiče na efikasnost i izdržljivost celog pogonskog sklopa. Precizna proizvodnja i ispitivanje su stoga neophodni za bezbedan rad modernih motora.
Za ispitivanje zamora radilica možete koristiti vibrofornu rezonantnu mašinu za ispitivanje ili servohidrauličnu mašinu za ispitivanje. Specijalno razvijeni nosači obezbeđuju sigurno fiksiranje različitih veličina radilice. Integrisana ploča sa T-žlebom omogućava promenljivo pozicioniranje uzorka, što omogućava lako osiguravanje čak i složenih geometrija u ispitnom uređaju.
Zamor se javlja usled fleksibilnog opterećenja, pri čemu su sto za montažu i alati raspoređeni tako da se svi segmenti radilice mogu proveriti ponovnim stezanjem. Ovde se pretpostavlja granica zamora od približno N = 3 x 106 ciklusa. Sinusoidni ciklusi kontrolisani silom se izvode prema metodi stepenica. Ispitivanje zamora putem torzionog opterećenja može se izvršiti i pomoću iste mašine.
Ispitivanje radilice: Segment
Dinamičko savijajuće opterećenje
Slomljena radilica
Ispitivanje tvrdoće podizača ventila
Podizači ventila su jako opterećene komponente u ventilskim mehanizmima motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Kvalitet materijala i proces termičke obrade su ključni za dugotrajno i pouzdano funkcionisanje — posebno u području vretena i glave ventila. Tokom rada, ova područja su izložena visokim mehaničkim i termičkim opterećenjima.
Ispitivanje tvrdoće omogućava brzu i jednostavnu proveru potrebnih svojstava materijala nakon termičke obrade. Ispitivanje tvrdoće se sprovodi u skladu sa Rockwell metodom (ISO 6508, ASTM E18) ili Vickers metodom (ISO 6507, ASTM E384) u području vratila i aktuatora ventila.
Zahvaljujući preciznoj tehnologiji ispitivanja Durajet tvrdomera i univerzalnog tvrdomera VisionLine, čak i najmanji prečnici ili velike serije mogu se pouzdano ispitivati – ručno ili integrisano u proizvodne linije.
Ispitivanja na visokim temperaturama na komponentama motora
Ventili, blokovi motora i klipovi moraju da rade pod visokim termičkim i mehaničkim opterećenjima. Ispitivanja na visokim temperaturama omogućavaju realističnu karakterizaciju ponašanja materijala na povišenim temperaturama i pružaju važne parametre za čvrstoću, otpornost na temperaturu i vek trajanja.
Uz pomoć ispitivanja puzanja i zatezanja, sabijanja i savijanja na povišenim temperaturama, slabosti materijala i dizajna mogu se identifikovati već u fazi razvoja. Dobijeni parametri se koriste za osiguranje kvaliteta i definisanje optimalne kombinacije materijala za odgovarajuću primenu, podržavajući dizajn lakših, otpornijih i efikasnijih komponenti motora.
ISO 6892-2 ASTM E21 Ispitivanje puzanja
Termomehanička ispitivanja zamora (TMF) se takođe koriste za blokove motora kako bi se realistično simulirala interakcija između cikličnih promena temperature i mehaničkog opterećenja. Ova ispitivanja pružaju važne uvide za predviđanje veka trajanja do zamora i ponašanja ciklične deformacije pod preovlađujućim radnim uslovima i čine osnovu za pouzdane procene veka trajanja i simulacione modele.
Ispitivanje zatezanja aluminijuma na visokoj temperaturi
Ispitivanje sabijanjem na visokoj temperaturi na gumeno-metalnoj komponenti
Termomehanička ispitivanja zamora metala
Ispitivanje zamora blokova motora
Motori sa unutrašnjim sagorevanjem sastoje se od četiri glavne komponente: bloka motora, glave cilindra, pogona radilice i pogona razvoda. Blok motora je obično napravljen od aluminijuma ili livenog gvožđa i čini kućište za cilindre u kojima se klipovi kreću gore-dole.
Zahvaljujući svojoj robusnoj konstrukciji, blok motora obezbeđuje strukturnu stabilnost motora i izložen je mnogim naprezanjima kao što su maseni momenti, torzioni momenti ili sile od prenosa gasnih sila sa glave cilindra na ležajeve radilice.
Tokom ispitivanja zamora, između ostalog se ispitivaju i navojni umetci u bloku motora. Ulošci za navojne spojeve se dinamički opterećuju pomoću Vibrofora mašine za rezonantno ispitivanje i određuje se S-N kriva. Kao rezultat principa rezonancije, vibrofori se karakterišu minimalnom potrošnjom energije na visokim frekvencijama ispitivanja.
Ispitivanje tvrdoće blokova motora
Blokovi motora su stabilno jezgro motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Moraju da izdrže toplotu i visok pritisak. Tvrdoća i materijal sedišta ležajeva i košuljica cilindara su posebno važni za dobre performanse.
Ispitivanje tvrdoće pomaže u brzoj proveri ovih svojstava. Pošto se blokovi motora obično prave od livenog gvožđa ili aluminijuma, često se koristi Brinellova metoda (ISO 6506, ASTM E10). Ovo vam daje dobru prosečnu vrednost tvrdoće materijala. Dve varijante su se dokazale u praksi: HBW 5/750 za liveni aluminijum i HBW 10/3000 za liveno gvožđe.
Pošto su blokovi motora veliki, potrebno im je dosta prostora u oblasti za ispitivanje kako bi sve bilo lako dostupno. Naš tvdomer VisionLine je idealan za ispitivanje velikih delova kao što su blokovi motora. Ispitivanja se mogu izvoditi automatski ili poluautomatski. Ovo obezbeđuje pouzdane rezultate ispitivanja i jednostavan proces – čak i sa velikim brojem delova.
Ispitivanje lanaca razvoda
Zupčasti lanci povezuju radilicu sa bregastom osovinom i omogućavaju preciznu kontrolu vremena otvaranja ventila. Obično se zglobni lanci koriste kao lanci za razvod. Za razliku od zupčastih kaiševa, oni su napravljeni od robusnog metala i karakterišu se posebno dugim vekom trajanja i otpornošću na temperaturu. Pravilno zategnut i dobro podmazan lanac razvoda značajno doprinosi efikasnosti motora. Međutim, lanci se takođe koriste u industrijskim postrojenjima i kao transportni ili konvejerski lanci.
U stvarnim primenama, lanci razvoda su stalno izloženi periodično promenljivim opterećenjima i teškim uslovima okoline. Pored njihove čvrstoće na lomljenje i otpornosti na habanje, oni se stoga posebno ispitivaju u pogledu njihovih svojstava u opsegu zamora sa konačnim vekom trajanja i opsegu zamora dugog veka trajanja.long-life fatigue range.
Dinamičko ispitivanje lanaca može se vršiti i na beskonačnim lancima i na pojedinačnim komponentama lanaca (lančani mostovi). Beskonačni lanci mogu se integrisati u mašinu za ispitivanje ili pomoću lančanika koji je predviđen u aplikaciji ili pomoću posebnih čeljusti. Prilikom ispitivanja pojedinačnih ili višestrukih komponenti lanca, one se drže u čeljustima pomoću klina kroz poslednju otvorenu kariku lanca. Bez obzira na hvatanje uzorka, moguća su i ispitivanja u klimatskim komorama i tečnim medijumima, kao što su ulja ili korozivni medijumi. Specifični uslovi ispitivanja, sile ispitivanja i broj promena opterećenja su određeni odgovarajućim fabričkim standardima.
Zamorna svojstva lanaca se posebno efikasno određuju na mašinama za elektromagnetno rezonantno ispitivanje (visokofrekventni pulsatori). ZwickRoell vibroforne rezonantne mašine za ispitivanje u opsegu sila između 15 kN i 1000 kN karakterišu se niskom potrošnjom energije i visokim frekvencijama ispitivanja. Mašina za ispitivanje radi na rezonantnoj frekvenciji, zbog čega je njena potrošnja energije samo oko 2% potrošnje energije uporedive servohidraulične mašine za ispitivanje. Tipične frekvencije ispitivanja za ispitivanje lanaca su od 50 Hz do 150 Hz, što garantuje kratko trajanje ispitivanja. Zahvaljujući ispitivanju u rezonantnom opsegu, visokofrekventni pulsator može da detektuje pukotine u lancu u ranoj fazi kroz minimalnu promenu frekvencije.
Lanci sa velikim promenama u prigušenju takođe se mogu meriti. Takođe se mogu lako prilagoditi standardima ispitivanja specifičnim za kompaniju.
Ispitivanje bregastih vratila
Bregaste osovine kontrolišu otvaranje i zatvaranje ventila u motoru sa unutrašnjim sagorevanjem preko svojih profila bregaste osovine. Koriste se u skoro svim motorima vozila - od putničkih automobila do komercijalnih vozila i motocikala. U zavisnosti od dizajna, nalaze se u bloku motora (donja bregasta osovina) ili u glavi cilindra (nadglavna bregasta osovina) i predstavljaju kritičan element za upravljanje motorom.
Zbog svoje oblasti primene, bregaste osovine moraju da izdrže visoka, kontinuirana torziona opterećenja. Mašine za ispitivanje torzije mogu se koristiti u kontroli kvaliteta vezanoj za proizvodnju.
Na bregastim vratilima se određuju ugao rotacije i obrtni moment pri kome se spojevi komponenti otpuštaju. Delovi bregaste osovine se drže horizontalno u mašini i sve se više primenjuje obrtni moment do 1000 Nm. Od posebnog interesa je elastična i plastična deformacija komponenti bregaste osovine. ZwickRoell-ov optički ekstenzometar meri ugao rotacije bez kontakta.
TorsionLine 500
Merenje ugla rotacije
TorsionLine sa laserXtens
Ispitivanje tvrdoće bregastih vratila
Bregaste osovine kontrolišu razmenu gasova u motoru sa unutrašnjim sagorevanjem i podložne su dinamičkim opterećenjima i velikom habanju. U automobilskoj industriji, ispitivanje tvrdoće je neophodno sredstvo za obezbeđivanje kvaliteta komponenti – posebno za kaljene klizne površine bregastih vratila i ležajeva.
U zavisnosti od geometrije i zahteva ispitivanja, ispitivanje se vrši Vickersovom metodom u skladu sa ISO 6507 ili ASTM E384, ili Rockwellovom metodom u skladu sa ISO 6508 ili ASTM E18.
Pored određivanja površinske tvrdoće, moguće je izvršiti i ispitivanje profila tvrdoće prema ISO 18203 radi provere indukcionog ili cementacionog kaljenja. Zbog složene geometrije komponenti, često su potrebni posebni uređaji za bezbedno i obnovljivo pozicioniranje – kako za ručne tako i za automatizovane sekvence ispitivanja.
Za sveobuhvatno ispitivanje tvrdoće bregastih vratila, dostupni su DuraJet tvrdomeri, kao i univerzalni tvrdomer VisionLine.
