Бесшатунные двигатели - 2
- Статус
Вот еще один материал на туже тему:
А.Б.Богза - д.т.н., профессор МГТУ им.Косыгина
по материалам журнала "Текстильная промышленность"
Проблема обеспечения высокой износостойкости в парах трения остается важнейшей в современном машиностроении. Статистика свидетельствует, что до 80% отказов в машинных системах связано с износовыми отказами. Это характерно и для текстильных машин. Причем в отраслевых машинах имеют место и особо тяжелые условия эксплуатации, в частности, в машинах красильно-отделочных производств, в цехах карбонизации шерсти, в сушильных машинах волокна и тканей и др., где детали работают в агрессивных средах.
В этой связи представляют интерес материалы – силицированные графиты, обладающие исключительно высокими эксплуатационными свойствами.
Силицированные графиты представляют собой графитокарбидокремнистые материалы, полученные пропиткой пористого графита расплавленным кремнием. В процессе пропитки в результате взаимодействия с углеродом образуется карбид кремния, при этом часть кремния и графита остаются не связанными углеродом. Таким образом, силицированный графит состоит из карбида кремния, графита и кремния. Соотношение компонентов может меняться в зависимости от количества пор и их размеров в исходном графите, от продолжительности пропитки кремнием и режима изменения температуры. Структура этих материалов представляет собой жесткий каркас из карбида кремния исключительно высокой твердости и свободный графит, что и обеспечивает комплекс ценных физико-механических свойств. Их механические свойства определяются прежде всего фазовым составом и особенностями микроструктуры. Наиболее высокими прочностными характеристиками обладают материалы высокой плотности и мелкодисперсного строения. Материалы пористые и многокомпонентные имеют более низкие характеристики за счет наличия в них пор, кремния и углерода. Изменяя фазовый состав и пористость материалов, можно в определенной степени регулировать их механические свойства.
Технология изготовления деталей из силицированного графита заключается в следующем. Заготовки для деталей заданной формы и размеров прессуют или получают обработкой резанием с учетом необходимых припусков, а затем заготовку пропитывают по всему объему жидким кремнием при высоких температурах – выше 2000°С. При этом происходит реакция с образованием карбида кремния. В дальнейшем необходимую форму, точность размеров и шероховатость рабочих поверхностей получают механической обработкой. Однако получение требуемой шероховатости затруднительно, так как имеют место налипание кремния, неглубокие раковины и другие дефекты. В ряде случаев эти факторы не влияют на работоспособность изделий. При наличии жестких требований обработку осуществляют на шлифовальных станках алмазосодержащими кругами с обязательным охлаждением эмульсией или водой.
Проведем анализ свойств силицированных графитов. Плотность составляет от 2,1 до 2,8 г/см. Прочность зависит от фазового состава и плотности. Так, прочность на изгиб и сжатие снижается со снижением плотности и увеличением в изделии содержания малопрочных фаз – кремния и углерода – и наоборот. Прочность н растяжение возрастает с увеличением содержания карбидной фазы. Ударная вязкость является функцией из предела прочности при растяжении в характеризуется невысокими значениями. Этот недостаток материала проявляется в основном при механической обработке. Упругость также зависит от плотности и наличия металлических примесей. С увеличением плотности и чистоты материалов растет и упругость силицированных графитов. Их термическое расширения зависит от размера зерен карбид кремния и количественного содержания несвязанных кремния и углерода С увеличением содержания кремния в углерода растет и коэффициент температурного расширения (КТР). С повышением температуры возрастает в КТР. Теплопроводность также зависит от фазового состава и плотности С увеличением плотности растет и теплопроводность. При этом теплопроводность растет с увеличением содержания карбида кремния и частично несвязанного кремния. Коррозионная стойкость силицированныз графитов достаточно высокая к агрессивным средам, и прежде всего к минеральным кислотам различных концентраций и температур (материалы реагируют только с плавикового кислотой и раствором щелочи). Особое значение имеет тот факт, что в результате воздействия агрессивныл сред физико-механические свойств силицированных графитов изменяются незначительно. На основе этих испытаний осуществляют назначения материалов для узлов машин, работающих в агрессивных средах.
Важнейшими характеристикам силицированных графитов являются высокие антифрикционные свойства, в частности, низкий коэффициент трения. Это обусловлено наличием в материале графита, равномерно распределенного по всему объему изделия. При этом наименьший коэффициент трения имеют материалы с меньшим со- держанием свободного кремния (например, для марки СГ-П при полусухом трении – 0,04 – 0,05). Для силицированных графитов характерна высокая износостойкость. Так, при работе в агрессивных средах, не содержащих механических примесей, в паре с углепластиками, керамикой и закаленными сталями интенсивность изнашивания составляет 1*10-12 – 10-14, что в ряде случаев обеспечивает срок службы 10000 – 15000 час. В условиях трения без смазки интенсивность износа марки СГ-Т не превышает 1*10-12, что в 5 – 10 раз меньше интенсивности износа углеграфитовых материалов и более чем в 10 раз меньше, чем у фторопластиков ФК-Н-7 и ФКН-14.
Для изготовления деталей текстильных машин могут быть использованы следующие марки силицированных графитов, выпускаемые отечественными заводами: СГ-Т; СГ-П; СГ-М; ГАКК 55/40. Основные физико-механические свойства этих материалов представлены в табл.1.
Показатель Материал
СГ-Т СГ-П СГ-М ГАКК 55/40
Плотность, г/см 2,5-2,8 2,4-2,6 2,1-2,4 2,2-2,4
Предел прочности, МПа
- при сжатии 300-320 420-450 130-160 120-180
- при растяжении 401-501 60 30-40 -
- при изгибе 90-110 100-120 70-90 -
Ударная вязкость, 103*Нм/м2 2,8 4 2,8 3,5
Модуль упругости, ГПа 95 127 97 -
Твердость, HRC 65-78 50-70 40-50 50
Теплопроводность, Вт/(М*°С) 85-100 130-150 120 120
Температурный коэффициент линейного расширения при 20-100°С а*106*°С-2 4,6 4,2 4,2 3,9
На ряде предприятий отрасли имеется опыт использования этих материалов. Например, в шерстяной отрасли в красильных аппаратах типа АКД. Они внедрены в уплотнительных устройствах. В целях проведения ремонта этих устройств автором совместно с ЗАО “Текстильная фирма “Купавна” выполнены работы по отработке технологии изготовления запасных деталей из силицированных графитов и их комплексному испытанию в производственных условиях. При этом подтверждены высокие эксплуатационные свойства деталей в агрессивных средах и возможность их механической обработки в цехах фабрики.
Совокупность исключительно ценных свойств силицированных графитов, как отмечено выше, дают основание рекомендовать их в качестве антифрикционного высокоизносостойкого конструкционного материала, пригодного для работы в парах трения, в том числе и в агрессивных средах. Кроме этого, они могут быть использованы и в качестве ните – и тканенаправителей.
Наш комментарий:
И на сегодняшний день данная статья не потеряла свою актуальность. Однако стоит отметить, что во многих отраслях, таких как нефтегазодобыча, переработка, нефтехимия, химия, энергетика, широкое применение нашли материалы следующего поколения, такие как самоспеченный карбид кремния, реакционно-спеченный карбид кремния, графитоугольные композиции с высокими техническими характеристиками, а также карбид вольфрама. Именно эти материалы используются для изготовления пар трения в современных торцевых уплотнениях.
А.Б.Богза - д.т.н., профессор МГТУ им.Косыгина
по материалам журнала "Текстильная промышленность"
Проблема обеспечения высокой износостойкости в парах трения остается важнейшей в современном машиностроении. Статистика свидетельствует, что до 80% отказов в машинных системах связано с износовыми отказами. Это характерно и для текстильных машин. Причем в отраслевых машинах имеют место и особо тяжелые условия эксплуатации, в частности, в машинах красильно-отделочных производств, в цехах карбонизации шерсти, в сушильных машинах волокна и тканей и др., где детали работают в агрессивных средах.
В этой связи представляют интерес материалы – силицированные графиты, обладающие исключительно высокими эксплуатационными свойствами.
Силицированные графиты представляют собой графитокарбидокремнистые материалы, полученные пропиткой пористого графита расплавленным кремнием. В процессе пропитки в результате взаимодействия с углеродом образуется карбид кремния, при этом часть кремния и графита остаются не связанными углеродом. Таким образом, силицированный графит состоит из карбида кремния, графита и кремния. Соотношение компонентов может меняться в зависимости от количества пор и их размеров в исходном графите, от продолжительности пропитки кремнием и режима изменения температуры. Структура этих материалов представляет собой жесткий каркас из карбида кремния исключительно высокой твердости и свободный графит, что и обеспечивает комплекс ценных физико-механических свойств. Их механические свойства определяются прежде всего фазовым составом и особенностями микроструктуры. Наиболее высокими прочностными характеристиками обладают материалы высокой плотности и мелкодисперсного строения. Материалы пористые и многокомпонентные имеют более низкие характеристики за счет наличия в них пор, кремния и углерода. Изменяя фазовый состав и пористость материалов, можно в определенной степени регулировать их механические свойства.
Технология изготовления деталей из силицированного графита заключается в следующем. Заготовки для деталей заданной формы и размеров прессуют или получают обработкой резанием с учетом необходимых припусков, а затем заготовку пропитывают по всему объему жидким кремнием при высоких температурах – выше 2000°С. При этом происходит реакция с образованием карбида кремния. В дальнейшем необходимую форму, точность размеров и шероховатость рабочих поверхностей получают механической обработкой. Однако получение требуемой шероховатости затруднительно, так как имеют место налипание кремния, неглубокие раковины и другие дефекты. В ряде случаев эти факторы не влияют на работоспособность изделий. При наличии жестких требований обработку осуществляют на шлифовальных станках алмазосодержащими кругами с обязательным охлаждением эмульсией или водой.
Проведем анализ свойств силицированных графитов. Плотность составляет от 2,1 до 2,8 г/см. Прочность зависит от фазового состава и плотности. Так, прочность на изгиб и сжатие снижается со снижением плотности и увеличением в изделии содержания малопрочных фаз – кремния и углерода – и наоборот. Прочность н растяжение возрастает с увеличением содержания карбидной фазы. Ударная вязкость является функцией из предела прочности при растяжении в характеризуется невысокими значениями. Этот недостаток материала проявляется в основном при механической обработке. Упругость также зависит от плотности и наличия металлических примесей. С увеличением плотности и чистоты материалов растет и упругость силицированных графитов. Их термическое расширения зависит от размера зерен карбид кремния и количественного содержания несвязанных кремния и углерода С увеличением содержания кремния в углерода растет и коэффициент температурного расширения (КТР). С повышением температуры возрастает в КТР. Теплопроводность также зависит от фазового состава и плотности С увеличением плотности растет и теплопроводность. При этом теплопроводность растет с увеличением содержания карбида кремния и частично несвязанного кремния. Коррозионная стойкость силицированныз графитов достаточно высокая к агрессивным средам, и прежде всего к минеральным кислотам различных концентраций и температур (материалы реагируют только с плавикового кислотой и раствором щелочи). Особое значение имеет тот факт, что в результате воздействия агрессивныл сред физико-механические свойств силицированных графитов изменяются незначительно. На основе этих испытаний осуществляют назначения материалов для узлов машин, работающих в агрессивных средах.
Важнейшими характеристикам силицированных графитов являются высокие антифрикционные свойства, в частности, низкий коэффициент трения. Это обусловлено наличием в материале графита, равномерно распределенного по всему объему изделия. При этом наименьший коэффициент трения имеют материалы с меньшим со- держанием свободного кремния (например, для марки СГ-П при полусухом трении – 0,04 – 0,05). Для силицированных графитов характерна высокая износостойкость. Так, при работе в агрессивных средах, не содержащих механических примесей, в паре с углепластиками, керамикой и закаленными сталями интенсивность изнашивания составляет 1*10-12 – 10-14, что в ряде случаев обеспечивает срок службы 10000 – 15000 час. В условиях трения без смазки интенсивность износа марки СГ-Т не превышает 1*10-12, что в 5 – 10 раз меньше интенсивности износа углеграфитовых материалов и более чем в 10 раз меньше, чем у фторопластиков ФК-Н-7 и ФКН-14.
Для изготовления деталей текстильных машин могут быть использованы следующие марки силицированных графитов, выпускаемые отечественными заводами: СГ-Т; СГ-П; СГ-М; ГАКК 55/40. Основные физико-механические свойства этих материалов представлены в табл.1.
Показатель Материал
СГ-Т СГ-П СГ-М ГАКК 55/40
Плотность, г/см 2,5-2,8 2,4-2,6 2,1-2,4 2,2-2,4
Предел прочности, МПа
- при сжатии 300-320 420-450 130-160 120-180
- при растяжении 401-501 60 30-40 -
- при изгибе 90-110 100-120 70-90 -
Ударная вязкость, 103*Нм/м2 2,8 4 2,8 3,5
Модуль упругости, ГПа 95 127 97 -
Твердость, HRC 65-78 50-70 40-50 50
Теплопроводность, Вт/(М*°С) 85-100 130-150 120 120
Температурный коэффициент линейного расширения при 20-100°С а*106*°С-2 4,6 4,2 4,2 3,9
На ряде предприятий отрасли имеется опыт использования этих материалов. Например, в шерстяной отрасли в красильных аппаратах типа АКД. Они внедрены в уплотнительных устройствах. В целях проведения ремонта этих устройств автором совместно с ЗАО “Текстильная фирма “Купавна” выполнены работы по отработке технологии изготовления запасных деталей из силицированных графитов и их комплексному испытанию в производственных условиях. При этом подтверждены высокие эксплуатационные свойства деталей в агрессивных средах и возможность их механической обработки в цехах фабрики.
Совокупность исключительно ценных свойств силицированных графитов, как отмечено выше, дают основание рекомендовать их в качестве антифрикционного высокоизносостойкого конструкционного материала, пригодного для работы в парах трения, в том числе и в агрессивных средах. Кроме этого, они могут быть использованы и в качестве ните – и тканенаправителей.
Наш комментарий:
И на сегодняшний день данная статья не потеряла свою актуальность. Однако стоит отметить, что во многих отраслях, таких как нефтегазодобыча, переработка, нефтехимия, химия, энергетика, широкое применение нашли материалы следующего поколения, такие как самоспеченный карбид кремния, реакционно-спеченный карбид кремния, графитоугольные композиции с высокими техническими характеристиками, а также карбид вольфрама. Именно эти материалы используются для изготовления пар трения в современных торцевых уплотнениях.
В контексте роторно-волнового двигателя более интересна "приварка" материала к поверхности винтовых профилей роторов. В этом смысле можно наверно напылять композицию мелкодисперсных терморасширенного графита и кремния с последующей обработкой напыления лазерным лучом или ударными волнами.сказал(а):
Но в принципе можно просто периодижески "впрыскивать" мелкодисперсный терморасширенный графит в РВД чтобы он налипал на поверхность и увеличивал таким образом компрессию.
- Откуда
- Саратовская обл.
TNVD сказал(а):
Шторковое газораспределение осуществляется поршнями(2 в каждом двойном цилиндре и со смещением хода относительно друг друга)??!! 🙂
Любопытные материалы о двигателе Баландина:
http://talks.guns.ru/forum_light_message/42/258631-m7115298.html
Так же рекомендую посмотреть и другие сообщения SRL, начиная со стр.22:
http://talks.guns.ru/forummessage/42/258631-22.html
совсем о другом, но весьма интересно...
http://talks.guns.ru/forum_light_message/42/258631-m7115298.html
Так же рекомендую посмотреть и другие сообщения SRL, начиная со стр.22:
http://talks.guns.ru/forummessage/42/258631-22.html
совсем о другом, но весьма интересно...
сказал(а):
Думаю, что нам надо, чтобы налипало только на один из профилей, либо на наружный, либо на внутренний. Для этого поверхность одного должна блестеть как яйцa у кота, а у другого материал и качество поверхности должны быть подобраны так, чтобы повысить адгезию с терморасширенным графитом... Хотя возможны определенные проблемы со скоплением материала в камере сгорания, тогда ТР-графит надо "впрыскивать после камеры сгорания, а на впуске опрыскивать стенки топливом.
TNVD!
Список ваших постов настолько обширен, что я несколько затрудняюсь найти именно, то что вы в данном конкретном случае имели в виду :-?, поэтому буду признателен если растолкуете поновой 🙂. У меня есть смутные догадки насчет того, что вам не нравится сдвоенность штоков, так ли это? Если это так, то у нас остается вариант с усовершенствованием механизма, предложенного уважаемым Cloud-ом, только там придется делать разборный коленвал (стобы можно было одеть эксцентриковую втулку, и добавлять противовесики на торцы ползунного эксцентрика (который у Cloud-а как известно разборный).
Leon CX
Будь просто - смог бы каждый...
Bulagen сказал(а):
У уважаємого Клода (то что я видел) эксцентрик , а не коленвал разборный. Но это не важно.
Коленвал (или ексцентриковый узел в Вашем случае) любого БШМа описывает сложное (похожее на планетарное) движение. Ни о каких сдвоенных штоках речь не может даже идти.
Я уже устал повторять - посмотрите посты на счет постулата Q=0 и постарайтесь применить такие пары при которых Q механизма будет минимальным (с первого взгляда Вам даже покажется, что этот новый "расхлябанный" механизм работать не должен - но это не так).
TNVD
Чессно слово, в понятие Q механизма я даже непытался въехать. Насколько я понимаю основную нагрузку должен нести не шток, а ползун. Шток воспринимает и передает только толкающие и растягивающие усилия. Что касается эксцентриковой втулки (которая должна находиться внутри эксцентрикового узла и вокруг шейки коленвала - приглядитесь повнимательнее на рисунке) то она призвана компенсировать неточности изготовления (например несоосность). Я моделировал (в SW 2006) несоосность оси коленвала от требуемог на 1 мм в сотрону и механизм проворачивался. Хотя на больших обротах он работать с таким отклонением конечно не будет, но сам принцип ухода от паразитных связей вполне сносно демонстрируется.
Чессно слово, в понятие Q механизма я даже непытался въехать. Насколько я понимаю основную нагрузку должен нести не шток, а ползун. Шток воспринимает и передает только толкающие и растягивающие усилия. Что касается эксцентриковой втулки (которая должна находиться внутри эксцентрикового узла и вокруг шейки коленвала - приглядитесь повнимательнее на рисунке) то она призвана компенсировать неточности изготовления (например несоосность). Я моделировал (в SW 2006) несоосность оси коленвала от требуемог на 1 мм в сотрону и механизм проворачивался. Хотя на больших обротах он работать с таким отклонением конечно не будет, но сам принцип ухода от паразитных связей вполне сносно демонстрируется.
Ещё раз посмотрим на картику на ней:
Зеленое - это шейка коленвала (не коренная шейка)
Желтое - это эксцентриковая втулка
Маджента - узел ползунного эксцентрика
Эксцентриситет втулки (желтая) компенсирует отклонение траектории оси внутреннего отверстия ползунного эксцентрика (маджента) от траектории оси коленчатого вала (зеленый).
Да.... и ещё объем не 1.0 а 1.4 литра
Зеленое - это шейка коленвала (не коренная шейка)
Желтое - это эксцентриковая втулка
Маджента - узел ползунного эксцентрика
Эксцентриситет втулки (желтая) компенсирует отклонение траектории оси внутреннего отверстия ползунного эксцентрика (маджента) от траектории оси коленчатого вала (зеленый).
Да.... и ещё объем не 1.0 а 1.4 литра
Leon CX
Будь просто - смог бы каждый...
Булаген,Bulagen сказал(а):Ещё раз посмотрим на картику на ней:
Зеленое - это шейка коленвала (не коренная шейка)
Желтое - это эксцентриковая втулка
Маджента - узел ползунного эксцентрика
Эксцентриситет втулки (желтая) компенсирует отклонение траектории оси внутреннего отверстия ползунного эксцентрика (маджента) от траектории оси коленчатого вала (зеленый).
Да.... и ещё объем не 1.0 а 1.4 литра
Вы понимаете что такое "планетарное движение" ? Это 3D (6сть степеней свободы) это не плоскость !
Тут я так понимаю я должен застреллиться.... И при чем тут степени свободы? Планетарное движение вы рассматриваете как абстракцию или в приложении к конкретному элементу? В бесшатунном механизме есть разные элементы, совершающие разно движение: есть неподвижно закрепленные (конечно условно), есть совершающие возвратно поступательное движение, есть совершающие вращательное, есть совмещающие обращательное с вращательным и т.п. Я хоть теормех и на 5 сдал но хоть убейте не понимаю, что вы имеете в виду.
Нет я конечно понимаю, что есть понятия неустойчивости штоков или там какие нибудь другие виды деформаций, приводящих к незначительным отклонениям от плоского движения. Но в пределе некоторых допусков мы этими деформациями можем пренебречь (все ведь учесть не возможно).
Leon CX
Будь просто - смог бы каждый...
Булаген, помилуйте, не стрелятся я Вас толкаю, а смотреть анализировать и делать выводы.
Просмотрите вот эти вот примитивы: http://www.youtube.com/watch?v=9QEjmK0JYb0 и http://www.youtube.com/watch?v=PSGbf0AWXlA
и укажите в каком месте механизма Вы усмотрели:
-совершающие возвратно поступательное движение;
-совершающие вращательное;
-есть совмещающие обращательное с вращательным.
Просмотрите вот эти вот примитивы: http://www.youtube.com/watch?v=9QEjmK0JYb0 и http://www.youtube.com/watch?v=PSGbf0AWXlA
и укажите в каком месте механизма Вы усмотрели:
-совершающие возвратно поступательное движение;
-совершающие вращательное;
-есть совмещающие обращательное с вращательным.
Мультики прикольные... Про те моменты, которые вы имели в виду, все понятно, но если изображать стандартный КШМ с подобными перекосами (а они там безусловно есть, только не в таких гротескных значениях ) то ни один обычный ДВС тоже не должен работать. Я много копий поломал, пока мы пришли к общему знаменателю с представителями Хрулева на www.ab-engine.ru по поводу преимуществ т.н. Н-образных шатунов, перекосы шеек, плавание верхней головки шатуна вдоль оси поршневого пальца и всё такое. На мой взгляд не та это проблема, на которую стоит заморачиваться. Пока не будет реального продукта все наши переписки не больше чем приятное времяпрепровождение.
- Статус