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2020年05月11日

バイク空冷シリンダのスリーブ圧入について

バイク空冷シリンダのスリーブ圧入について











Air cool cylinder sleevingってやつです。
アルミシリンダーに鋳鉄のスリーブを圧入する際の寸法をどう考えて決めるのか?
復習です。
(ま、ト〜シロ〜ですので経験に基づくノウハウはあまりないので話半分です。)

スリーブとシリンダの間に隙間が出来てしまうとエンジンで発生した熱がスリーブからシリンダにうまく伝達できなくなるので、確かに密着していた方が良いとは言えるわけです。
ご老体のZなんかはスリーブが緩んじゃってることも有るのでオーバーヒートしちゃうか?なんてこと気にしている方もいるかと思います。
で、熱伝達(異なる物に熱が伝わる)は電気の流れのように考えられ、まあ密に接触していれば伝わっていくという理解。
(なので表面がザラついていたりして隙間が出来ちゃうと伝わりにくいハズ。)
なので、スリーブ、シリンダともに接触面はツルピカの方が良さそうですね。

じゃあ、圧入代はどう考えるのか?

① 材料の熱膨張を考える
シリンダは120~140℃ぐらいまで温度があがっちゃうと考えると、この温度域でもシリンダとスリーブの間に隙間が生じないような交差で圧入しておく必要はあると思います。
材料の熱膨張(線膨張率)を考えると、アルミが23x10-6、鋳鉄が11x10-6ぐらい。
同じ寸法でスリーブとシリンダを作ったら隙間が開いちゃうわけです。
60mmのスリーブを例にすると140℃で
鋳鉄スリーブ (60x11x140)/1000000(10のマイナス6乗なんで割る)=0.0924mm伸びる計算。
アルミシリンダ(60x23x140)/1000000=0.1932mm伸びちゃう
つまり0.1mmガバガバになるわけ。
なもんで、最低でも0.1mmは締め代としてキツクしておく必要があると考えます。
乱暴に行っちゃえば3/100で鋳鉄シリンダを圧入するのは考え無しで、ちょっと危ない。

②材料の弾性を考える
じゃあ、キュ〜って締めてもらった方がいいのか?となるわけで・・・
キューってしまる根元は何かと考えると、ゴムと同じように金属が伸ばされた時の弾性で締めていると考えられるので、圧入した場合伸ばされるアルミの弾性について調べてみます。
アルミがゴムのような弾性を持つ伸び範囲は明確ではなく0.2%の伸びぐらいまでと決めているので
60x0.002=0.12mm
これ以上伸ばしても伸びて元に戻らないってことになる印象ですね。
無論、鋳鉄にも弾性は影響し、圧入後寸法が変化(シリンダの剛性があると縮められる)ボーリング修正するなんてことがあります。

で、もうひとつ
③その他
アルミは高温でクリープする。という性質があるのですよ。(変形、ヘタリ)
150℃ぐらいから柔らかくなってヘタル感じかしら。
シリンダが高温になると徐々に締め付けが緩む。

うだうだ書き連ねましたが①〜③について考えるといいんじゃあないかと・・・・

ワタス的には
熱膨張差を見込んで、さらに圧入代は締め上げるのであれば0.2%変位以下、圧入時の温度管理は150℃以下にするという感じで決めていきたいなあと思います。
そうだ。モ、ひとつ。
スリーブもうすこし磨いとこ。(笑)

ご参考
https://www.knowyourparts.com/technical-resources/engine/installing-cylinder-sleeves/

https://dartonsleeves.com/pdf/dsCatalogue2018-web.pdf

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Posted at 2020/05/11 11:24:20

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この記事へのコメント

2020年5月11日 14:54
シリンダーブロックとスリーブの密着、すき間にオイルが入りこむと余計に伝導率が下がって、当然スリーブも動きやすくなって具合が悪いみたいですね。
コメントへの返答
2020年5月11日 20:33
熱伝導の低いモノが間に入ると伝達がうまくいかなくなるということですね。強く接していなくとも広い面積が接するようになるといいのでしょうね。
スリーブに銅メッキしちゃう人もいるとか。
2020年5月11日 16:36
そういえばネジ込むスリーブは無いのでしょうか?
接触面積が倍増してヨサゲです。
コメントへの返答
2020年5月11日 20:36
バルブガイドにはねじ式の修正部品がありましたよ。
スリーブでは大仏の頭のような小さな突起をつけてアルミを射込んだ際の引っ掛かりにする工法がありますね。
いかに接触面積を増やすかが大事なのでしょうね。
2020年5月11日 17:55
こんばんは❗️
冷却性を考える時、ご存知の様に「熱伝導」と「熱伝達」を考えます。「熱伝導」は材質に起因するので既に決定されていますが、「熱伝導」は物と物の「接触抵抗」で決まります。「接触抵抗を下げる」=「接触面積を増やす」なので、圧入代は別の要因で決まってくる為、円筒度を上げてピカピカ面にしてみては如何でしょうか⁉️
PS:明日から在宅勤務が再開です😭
コメントへの返答
2020年5月11日 21:00
そうですね。
伝達抵抗は接触面積と反比例しますので接触面積が増えれば熱は伝りやすくなるということですね。
円筒度になるのかもわかりませんが、スリーブの外径を測ったら3/100ぐらい径がばらついているところがあり仕上げた方が良さそうです。
在宅勤務、気が散らないよう頑張ってください。
2020年5月11日 18:11
コメントの修正方法が分からず、再びすみません。
下記に修正させてください。

「熱伝導」は物と物の「接触抵抗」で決まります

「熱伝達」は物と物の「接触抵抗」で決まります
コメントへの返答
2020年5月11日 21:04
熱伝導と熱伝達って混同しやすいですね。熱伝導は物体の中を伝わる熱の流れで、伝達が隣り合わせた異なる材料に伝わる熱のことを示していると思いました。
熱の流れと電気の流れは似ていると昔習った記憶。
2020年5月11日 20:32
うちのスリーブのように回らないように!!
コメントへの返答
2020年5月11日 21:09
がんばります。(笑)
発熱量はヘッドの方が多いのでシリンダはあまり気にしても仕方がない印象もあります。ヘッドのフィン伸ばしたいなあ。

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