Voiteluaiheista pähkäilyä

[Repo/promo]

Tässä olen yrittänyt nikkaroida exeliä, jolla voi laskea, kuinka paljon öljynpaineen pitää olla, jotta öljy menee akseliin runkolaakerin kaulalta, kun kierrokset nousevat.

Kouluja käymättömänä olen mielestäni saanut aikaiseksi taulukon, johon syöttämällä runkolaakerin kaulan halkaisijan ja kierrokset, se sylkee ulos, kuinka kovan hydrostaattisen paineen kierrosluku kohdistaa runkolaakerin tasoon.

Toisin sanoen, akseli linkoaa öljyä kehälleen nopeuden ja halkaisijan suhteessa. Mitä isompi kaula, ja mitä kovemmat kierrokset, sitä kovempi pitää olla peruspaine, jotta öljy päätyy pumpulta myös kiertokangen laakereille.

Laskukaavoina:

Syöttöarvot

Akselinkaulan halkaisija metreinä D
Akselin pinnan pituus R
RPM
Öljyn tiheys: Roo (esim 880kg/m3)

Näistä

Kehän pituus metreinä S = 3.14*D
Kehänopeus V= RPM*S

Keskeiskiihtyvyys a: V*V/R

Keskeiskiihtyvyyden aiheuttama hydrostaattinen paine: 880*a*r

Mä tässä sitä pähkäilin, että esim 58mm kaulalle 6000 kierroksella tuo antaa nyt ulos 2.92bar, joka kuulostaa uskottavalle, mutta en nyt satavarmasti sano, että osaan kaikki laskea oikein.

Haluaisko joku asioihin enemmän perehtynyt vilkaista tuota Exeliä? Voisin nakata sen tulemaan emaililla.

Tämä nyt tulee ajankohtaiseksi lähinnä silloin, kun kierrätetään konetta vaikka yli 10 000rpm, jolloin tää mun exeli antaa paineeksi 58mm akselille yli 10 bar. Kuulostaa sekin ehkä uskottavalta, mutta onko se oikein?

Ymppäsin samaan myös laskennan, joka antaa kiertokangen laakerille tulevan öljynpaineen, joka antaa nyt esim 9000 kierroksella, 58mm kaulalla ja 92.8mm iskulla hydrostaattiseksi paineeksi vajaat 40bar, joka sekin kuulostaa aika uskottavalta.

Muttamutta. Paljonkos sitä painetta siellä sylinterissä on? Mikä on se mekanismi, joka öljykalvon saa kantamaan? Olen ennen tätä ollut siinä uskossa, että "keskipakovoima" aiheuttaa riittävästi painetta, jotta kalvo kantaa männän päällä olevan paineen, mutta koska laakerihan on aina helvetisti pienempi kuin männän laki, niin öljynpaineenhan pitäisi olla dekadeita enemmän kuin sylinteripaine.

Näin jossakin teorian, että kiertokanki voblaa välyksen verran ympäri akselia, ja pumppaa itse itselleen öljyn valtavalla paineella. Niinkö se onkin?

Samalla kiinnostaisi analysoida, että mitä muita asioita tuohon voiteluasiaan nyt vaikuttaa kuin nämä edellä mainitut.

[Mr.Crossfire]

Mutulla heittäisin että öljyn toteutuneella viskositeetilla ja laakerivälyksellä on oma osuutensa tuohon laskentaan.

[jannekk]

Olisko tuosta läpyskästä apua?

https://www.mhi.co.jp/technology/rev...91/e391016.pdf

[Repo/promo]

Oli, koska tuo nyt selittää sitten sen, mitä tässä olen päissäni pähkäillyt.

Eli mun teoreema olisi sen sorttinen, että lopulta sillä öljypumpun tekemällä paineella on varsin vähän tekemistä sen kanssa, kuinka kiertokangen laakerit kestää.

Öljypumpun peruspaineen tulee vain olla riittävä, että öljykanavissa on aina riittävä paine voittamaan kampuran kaulan pyörimisestä johtuva hydrostaattinen paine. "Keskipakovoima" siirtää öljyn kyllä sitten sinne kiertokangen laakerille. Sitten tämä elastohydrodynaaminen mekanismi huolehtii lopusta.

Siitä sitten eteenpäin välyksellä ja viskositeetillä sekä parilla muullakin tekijällä on vaikutus kiertokangen laakerin voitelutapahtumassa.

Miksi tätä mietin? Siksi kun kuivasumppukoneessa öljynpaine on säädettävä, jotta tietäisin, kuinka kovilla paineilla ainakin pitää ajaa, jotta ei pelit heti leivo kiinni.

Ja siksi, että ymmärtäisin, mitä en ymmärtänyt. Eli sitä, että mikä sen öljykalvon sinne laakerille puristaa, kun sitä painetta tarvitaan järjettömän paljon enemmän kuin mitä meillä öljypumppu tuottaa.

Toki moderneissa moottoreissa öljynpaine tekee muutakin kuin vain voitelee laakereita.

[jipitkan]

Jos haet sitä, mikä sen kantavan öljykalvon saa aikaan sinne kaulan ja laakeriliuskan väliin, niin hakusana lienee hydrodynaaminen voima tai noste. Sama ilmiö mikä saa veneen nousemaan plaaniin.

[Repo/promo]

Joo, tuohan selvisi siis tuosta MHI:n prujusta.

Mutta ensisijaisesti oli tarkoitus keksiä työkalu, jolla laskea minimiöljynpaine. Jos tuossa mun laskelmassa on mitään järkeä, niin isoja tehoja haikailevien bitukkamiesten kannattaa ainakin tutkia tätä aihetta, koska bitukassa on helvetin isot runkolaakerit.

Vaikka se kyllä taisi olla pyhien asioiden joukossa, bitukasta puhuminen jos ei ole itellä sellasta. Ja kaikki biturbojen viat on user erroreita. Eikä fysiikan lait oo koskaan koskeneet bitukoita. Hymiöt perään.

[pv]

Juuri yhtään asiaan liittyen kiertokangenlaakereista, että jos lisää sylinteripainetta ja on tavalliset vapari laakerit, niin missä vaiheessa tehon nostoa ne pitäis vaihtaa? Kyseessä 3.2 vr6 ja eräältä gurulta on kommenttia että ei tarvi vaihtaa ja kuulemma oli jopa vr6 laakereita käytetty rs4 bitukassa ilmeisesti halpuuden takia.

[jipitkan]

Se ei välttämättä ole ihan helppoa tehdä yleispätevää kaavaa sille minimipaineelle, siinä voi olla muitakin tekijöitä kuin voitelu. Esimerkiksi öljyn vaahtoaminen on yksi juttu, johon paineella on merkitystä. Öljyn seassa on aina ilmakuplaa ja se on taas enemmän moottorityypin tai moottorin ja käytetyn öljyn yhdistelmän ominaisuus kuinka paljon sitä kuplaa on. Mitä korkeampi koneistoon syötettävän öljyn paine on, sitä pienempi on ilmakuplien osuus tilavuusvirrasta. Tai jotain sinnepäin.

[Repo/promo]

Luonnollisesti. Silti tämä yksittäinen asia perustuu mielestäni nyt fysiikkaan, joten se nyt ainakin pitäisi ottaa huomioon. Ja lähinnä mua nyt tällä hetkellä meneillään olevan projektin kohdalla siis kiinnostaa tuo +9500rpm alue.

Ameriikan pikkulohkon viilaajille on vanha nyrkkisääntö, 10psi per 1000rpm, ja niiden laakerinkaulojen halkaisijoilla tuo mun laskentatapa antaa noin 15% enemmän kuin nyrkkisääntö.

Nyrkkisäännölle en löytänyt mitään perusteluja, muuta kuin että "niin ne on aina tehty".

Ja siis edelleen, tämä on mun oma teoria, mutta haluaisin teorialleni nyt jonkun kirjallisen tuen, koska asiaa on varmasti pähkäillyt joku muukin. Ja itse asiassa veikkaan, että tällaisia asioita käydään jossakin moottoritekniikan perusteissa, joten toivoin, että joku foorumin insinööreistä olisi tällaiseen törmännyt.

Pari foorumikeskustelua löysin, joissa on laskettu samoja asioita.

[jipitkan]

Nyrkkisäännölle on varmaan se perustelu, että laskeminen ei ole mitenkään helppoa. Kun sitä painetta ei varsinaisesti edes tarvita, vaan riittävä tilavuusvirta eli tuotto öljypumpulta, jotta hydrodynaaminen laakeri pystyy toiminaan. Paine sattuu nyt vaan olemaan se helposti mitattava suure, jolla voitelusysteemin tilaa pystyy seuraamaan. Ja painehan taas on virtausvastuksen yksikkö. Sitä kautta tietyn systeemiin minimipainetta voisi lähteä laskemaan siitä, kuinka paljon öljyä vuotaa pois laakereilta 9500rpm vauhdissa. Ja sitä kautta palata takaisinpäin kuinka paljon pumpulta tarvitaan tilavuusvirtaa, että se laakereilta pois vuotava öljy saadaan korvattua. Ja siitä tilavuusvirrasta saadaan sitten selville se painelukema mittapisteessä. Joo, minä lopetan tämän aiheen tähän.

[ArttuH]

Mielenkiintoinen aihe. Mutta mulle ei nyt ihan täysin auennut, että mistä tuossa mainitussa öljynpainetta vaativassa keskeiskiihtyvyydessä on kyse? Siis missä kohtaa kampuraa ja öljyn virtausta tämä esiintyy?

Jos nyt oikein arvasin, niin ilmeisesti tässä on kyseessä öljyn puskeminen runkolaakerin pinnalta kampuran poraukseen laakerin keskilinjaa kohti? Jos näin, niin joo, kyllähän tuossa kohtaa keskipakovoima vastustaa öljyn virtausta. Mutta toisaalta taas porauksen toisessa päässä viuhtoo kiertokangen kaula samalla kierrosnopeudella, mutta huomattavasti suuremmalla kehällä. Eli sieltä puolelta keskipakovoima puolestaan auttaa virtausta huomattavasti enemmän kuin mitä se runkolaakerin kohdalla vastustaa. Tietty tässäkin tulee jossain kohtaa raja vastaan ellei syöttöpuolella ole tarpeeksi painetta tarjolla. Paine kiertokangen kaulalle menevässä porauksessa voi laskea niin pieneksi, että syntyy kavitaatiota, mikä ei tietenkään ole hyvä juttu. En sitten osaa sanoa kuinka iso paine-ero tähän tarvitaan ja tuleeko tuo käytännössä eteen koskaan.

[Repo/promo]

Tämä ilmiö esiintyy siis nimenomaan runkolaakerin kaulalla. Öljy kiertokangille syötetään vastavirtaan kampiakselin sisään, josta se kanavia pitkin jatkaa matkaansa kiertokangen kauloille.

Siis jos öljyä ei syötetä kampuran keskeltä, vaan runkolaakerin kaulalta, niin tuo keskipakovoiman aiheuttama paine pitää voittaa, ja sen lisäksi vielä saada aikaiseksi riittävä tilavuusvirta sinne kk kauloille.

KK kauloillahan kulutus kasvaa, kun keskipakovoiman johdosta paine siinä kanavassa kasvaa, jolloin tuo kaulan keskipakovoima pitää voittaa jollakin turvamarginaalilla. Sitten jos pumpulta ei tule tarpeeksi ölperttiä, niin akseli linkoaa kanavan tyhjäksi ja kiertokangen laakeri käy kuivana.

[ArttuH]

Joo, runkolaakerin kaulalla keskipakovoima tosiaan aiheuttaa virtausta vastustavaa painetta. Mutta toisaalta taas kiertokangen kaulalla se pyrkii auttamaan virtausta. Eli niin kauan kun paine-ero ei aiheuta öljyn kiehumista/kavitointia, niin keskipakovoima kokonaisuutena auttaa öljyn liikkumista oikeaan suuntaan.

Mutta kuten sanottu, niin en tiedä missä kohtaa tuo kavitaatioraja tulee vastaan, onko se 1 bari, 10 baria vai jotain ihan muuta. Jos arvata pitäisi, niin luultavasti tuokin ilmiö on ihan mahdollista saada aikaan käytännön elämässä. Eli kyllähän sitä painetta varmaan tarvitaan noiden keskipakovoimien voittamiseen. Mutta luultavasti tarvittava paine on kuitenkin vähemmän kuin mitä runkolaakerin kaulan keskeiskiihtyvyydestä aiheutuu.

[ilyx]

Tuli joskus koulussa tribologian kurssilla tehtyä softa, millä voi laskea elastohydrodynaamisen voitelukalvonpaksuuden vierintälaakereille ja hammaspyöräpareille.

Hydrodynaaminen voitelu tarkoittaa siis kahden liikkuvan pinnan välille syntyvää voitelukalvoa, mikä erottaa pinnat toisistaan. Sen muodostumiseksi ei tarvita ulkoista öljynpainetta ollenkaan, riittää että öljyä on saatavilla. Mielestäni vesiliirto kuvastaa tilannetta aika hyvin. Vaaditaan vain riittävä pyörimisnopeus, jotta kalvo voi muodostua. Ja kalvon paksuudessa puhutaan siis mikrometreistä.

Tuo kalvo kantaa myös kuormitusta hyvin, koska hetkellinen pintapaineen nousu nostaa äkillisesti öljyn viskositeettia, mikä estää sen pursuamista pois laakerin välistä. Netistä löytyy varmasti lähteitä miten tuon kalvon kuormankantokykyä voidaan laskea esim polttomoottorissa. Oppikirjassa ei ollut kun esimerkki tasaisessa kuormituksessa olevasta laakerista, mutta alkaa nämäkin mennä jo sen verran tiukaksi kaavaksi että ei enää meikäläisen päässä taivu.

Jos pelkästään öljynpaineella erotetaan voideltavat pinnat toisistaan, puhutaan hydrostaattisesta voitelusta. En tiedä kuinka suuri merkitys tällä on moottorissa, mutta mutuilisin että päätekijä voitelussa on nimenomaan tuo hydrodynaaminen voitelu. Riittävä paine tarvitaan vain takaamaan se, että öljyä on saatavilla joka paikassa.