Laakeriliitoksen mekaanisten ominaisuuksien tutkimus- ja kehitystyö keskinopeissa nelitahtimoottoreissa

Abstract

Polttomoottoreissa käytetään erilaisia ja erityyppisiä laakereita, jotka tukevat ja auttavat akseleita pyörimään. Jatkuvan kehityksen myötä moottorien teho sekä hyötysuhde nousevat, ja tämä vaikuttaa suoraan laakereihin. Laakerien kehittäminen ja tutkiminen on välttämätöntä, jotta laakerien elinikää ja toimintavarmuutta voidaan parantaa.

Tämä diplomityö tehtiin Wärtsilä Oyj:n toimesta. Työn tavoitteena oli tutkia ja kehittää laakeriliitoksen ominaisuuksia keskinopeissa nelitahtimoottoreissa. Laakeriliitoksen aikaansaamiseksi laakerin tulee olla riittävän hyvin kiinni laakeripesässä. Liitoksen täytyy olla luja, jotta laakeri toimii oikein ja sen elinikä olisi mahdollisimman pitkä. Työssä selvitettiin laakerin kiinnipysymisen kannalta kriittisimmät tilanteet moottorin käynnistyksen ja käynnin aikana. Liukulaakerin kiinnittämisen tutkimus- ja kehitystyössä hyödynnettiin kirjallisuudesta löytyviä liitosmenetelmiä, joita käytetään koneenrakennuksessa. Työssä sovellettuja menetelmiä voidaan hyödyntää jokaisessa Wärtsilän valmistamassa moottorityypissä.

Työssä laadittiin toimenpiteet, joiden avulla voidaan laskea kiertokangen liukulaakeriin kohdistuva vääntömomentti käynnistyksen aikana. Laadittua toimenpidettä voidaan soveltaa erilaisten materiaalien laakeriliitoksen kehittämisessä. Lähtökohtaisesti työssä hyödynnettiin Wärtsilän laboratoriomoottorin käynnistyksen mittaustuloksia. Saatujen mittaustulosten perusteella pääteltiin laakerin käyttäytyminen laakeripesässä moottorin käynnistyksen ja käynnin aikana. Erilaisten liitosmenetelmien arvioinnissa käytettiin samoja mittaustuloksia. Tutkimustyössä laakerimateriaaliksi valittiin alumiinipronssi. Työssä saatujen laskentatulosten perusteella alumiinipronssia on mahdollista käyttää kiertokangen laakerissa. Työn lopputuloksena saatiin eri liitosmenetelmien pidättelemän vääntömomentin suuruusluokat.

There are different types of bearings that are used in internal combustion engines to support and help shafts to rotate. With continuous engine development, the power and efficiency ratios of the engines increases, and this directly affects the bearings. Bearing development and research is essential to improve the lifetime and reliability of the bearings.

This thesis was made for Wärtsilä Corporation. The purpose of this thesis was to research and develop the characteristics of a bearing connection in medium-speed four-stroke engines. In order to provide a proper bearing connection, the bearing must be sufficiently secured in the bearing housing. The connection must be strong in order for the bearing to function properly and to have a long lifetime. The most critical situations in terms of bearing retention during engine start-up and operation were investigated. The research and development of the bearing fitting was done with the help of fitting methods found in the literature. The methods used in the work can be applied to any engine type manufactured by Wärtsilä.

Measures were developed in the thesis to calculate the torque on the connecting rod bearing during engine start-up. The procedure developed can be used to develop a bearing fitting of various materials. As a starting point, the results of a Wärtsilä laboratory engine start-up measurements were used to investigate bearing forces. Based on the results obtained, the behavior of the bearing in the bearing housing can be roughly deduced. The same measurement results were used to evaluate the fitting methods used in the literature. Aluminum bronze was used as the bearing material in the research. Based on the calculation results it is possible to use aluminum bronze in the connecting rod bearing. As a result of this work, the magnitude of the torque retained by the various fitting methods was obtained.